1 导言
现场总线操控体系（FCS）用数字信号替代模拟信号，以进步体系的可靠性、精确度和抗干扰才能，并延伸信息传输的间隔。它既是一个敞开的通讯网络，有时一种全散布的操控体系，是一种新式的网络集成自动化体系，它以现场总线为枢纽，把挂接在总线上相关的网络节点组成自动化体系，完结根本操控、补偿核算、参数修正、报警、显现、归纳自动化等多项功用。
FCS用“工作站－现场总线智能外表”的二层组织完结了集散操控体系（DCS）“操作站－操控站－现场外表”的三层结构形式，降低了本钱，进步了可靠性，且在一致的国际规范下可完结真实的敞开式互连体系结构，是一种正在开展的很有出路的核算机操控体系。
现在最具代表性的现场总线是PROFIBUS（Process Fieldbus）。PROFIBUS是由SIEMENS公司推出的一种敞开式现场总线规范，1989年成为德国规范DIN19245，1996年成为欧洲规范EN50170，1999年12月被承受为国际规范IEC61158的一部分。用于工厂自动化体系三级网络中的底层，即车间级监控和现场设备层数据通讯与操控;运用于涣散的、具有通讯接口的现场受控设备对底层设备有较高的数据集成和长途确诊、毛病报警及数字化要求的体系。
PROFIBUS遵从ISO/OSI模型，其通讯模型由三层构成:物理层、数据链路层和使用层。PROFIBUS由三部分组成，PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，现场总线报文规范）、PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，涣散型外围设备）、PROFIBUS-PA（Process Automation，进程自动化）。其间PROFIBUS-DP已广泛适用于水电站自动化范畴。
2 PROFIBUS-DP的特性及体系组成
2.1 PROFIBUS-DP的特性
PROFIBUS-DP运用物理层，数据链接层和用户接口，用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站地输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时刻有必要要比主站程序循环时刻短。此外，PROFIBUS-DP还供给智能化现场设备所需的非周期性通讯以进行组态、确诊和报警处理及杂乱设备在运转中参数的承认。
PROFIBUS-DP根本功用和特性如下:
（1） 长途离高速通讯
支撑9.6Kbps到12Mbps的传输速率; 12Mbps时最大传输间隔为100m，1.5Mbps时为200m，别的还能够用中继器延伸;
（2） 散布式结构
各主站间令牌传递，主站与从站为主－从传送;每段可有32个站，用衔接线可扩展到126个站;
（3） 易于装置，敞开式的通讯网络;
（4） 可靠性高，具有自确诊功用。
PROFIBUS-DP主站分为一类主站和二类主站。一类主站完结总线通讯操控与办理，完结周期性数据拜访，包含PLC、PC或可做一类主站的操控器。二类主站完结非周期性数据拜访，如数据读写、体系装备、毛病确诊等，包含操作员工作站（如PC机加图形监控软件）、编程器、HMI等。PROFIBUS-DP从站首要进行输入、输出信号收集和发送，包含PLC或其他操控器、涣散式I/O、智能现场设备等。
2.2 体系组成
为便于叙说和了解，现组成一个双主站单从站的PROFIBUS-DP网络，如图1所示。详细装备如下:
图1 PROFIBUS-DP网络
（1） 硬件:带Siemens CP5611卡的PC机两台，一台装备为一类主站，另一台装备为二类主站;从站为Siemens S7-200 系列PLC的CPU224一块，带Siemens EM277DP通讯模块;三个网络衔接器;衔接线为双绞线。
（2） 软件:用于软件编程的STEP7-MICROWIN3.2和用于完结PROFIBUS-DP协议网络装备的SIMATIC NET6.0。
3 PROFIBUS-DP主站和从站的组态
3.1 一类主站的组态
在PC1（一类主站）运用SIMATIC net 6.0软件来组态整个PROFIBUS-DP网络。详细步骤如下:
（1） 运用SIMATIC程序组中的Configuration Console设定PROFIBUS的形式为Configured Mode，插槽号随意，如图2所示:
图2 Configuration Console
（2） 用PC Station Wizard进行一系列简略的设置后新建一个工程
设置CP5611的参数:网络类型设为PROFIBUS，站地址为1（也可为其他值，但不能重复，其他站点地址的设定与此类同）;加上PROFIBUS-DP总线（DP master system（1）），并把CP5611设为DP-Master（即一类主站）。导入EM277的GSD文件，在视窗右侧的从站设备栏里边就能够找到EM277模块了。将EM277图标拖到DP总线上，站地址为设置2，V存储器偏移量本例设置为4000，然后根据需要设定EM277的发送和接纳缓冲区巨细。最终将装备成果下载到模块。成果如图3所示:
图3 一类主站的组态
至此，本PROFIBUS-DP网络结构一类主站与从站的主从联系现已确立了。下面接着装备二类主站。
3.2 二类主站的组态
（1） 相同仍是在PC1上，在图3的界面中点击图标 （Configure Network），弹出如图4的界面。增加一个SIMATIC PC Station（此刻这个PC Station还没有挂到DP网上），并双击它，弹出如图5的窗口（此窗口与图3类同）。手动增加OPCServer和CP5611，槽位随意。将CP5611站点地址设为3，从归于之前增加的DP网，并设定为DP Master Class 2（即二类主站），将装备成果下载到模块。再次点击 ，可看到PC Station挂到DP网上了。
图4 Configure Network
图5 二类主站的组态
（2） 现在操作目标转到PC2上。相同运转Configuration Console，设置也与PC1相同。翻开PC Station Wizard新建一个工程。将CP5611设为DP Master Class 2，站地址设为3，相同要从归于DP master system（1）。将装备成果下载到模块。
3.3 从站的组态
为了将EM277作为一个DP从站运用，有必要设定与主站组态中的地址相匹配的DP端口地址（之前设定的地址为2）。从站地址是运用EM277模块上的旋转开关设定的。在改变旋转开关之后，用户有必要重新启动CPU电源。
EM277输出和输入数据缓冲区驻留在S7-200CPU变量存储器（V存储器）内，输入缓冲区紧紧跟从输出缓冲器。缓冲区的巨细是由DP主站组态设定的（之前设定为8 Bytes Out/8 Bytes In）。组态后，EM277可接纳从主站来的输出数据，并将输入数据回来给主站。主从站缓冲区的联系如图6:
图6 主从站的缓冲区
若EM277 PROFIBUS-DP从站模块为I/O链中的第一个智能模块，则它的状况信息从CPU224中的SMB200到SMB249取得;若EM277为第二个智能模块，其状况从SMB250到SMB299取得。只要DP主站才能够组态运转了DP 方法下的EM277 DP模块，用户不能经过改写有关SMB存储单元来组态EM277 DP模块的缓冲区巨细或方位。
由表1中专用存储器字节的阐明，不难写出CPU224的DP通讯程序，见表2。
4 经过OPC读写PLC数据
OPC（OLE for Process Control）是进程操控业中的新式规范，它的出现为根据Windows的使用程序和现场进程操控使用树立了桥梁。能够经过Siemens供给的OPC Server程序读写PLC中的数据。
（1） 一类主站PC1读写PLC
在PC1上翻开SIMAT%&&&&&%程序组中的OPC Scout，新建一个组名。翻开新建组的“OPC-Navigator”，在DP目录下的Slave002便是从站CPU224，M00_I和M00_Q即对应从站的输入和输出缓冲区。将M00_I和M00_Q目录下的变量按需求增加（如图7），承认后OPC就开端运转了。假如变量的“Quality”显现“good”，表明OPC Server程序现现已过PROFIBUS-DP总线协议和PLC树立了衔接运转联系。此刻不只能够读取PLC中的数据，还能够向PLC写数据。
（2） 二类主站PC2的数据拜访
在PC2上相同翻开OPC Scout，新建组名。在该组名的“OPC-Navigator”下增加二类主站相应的输入和输出缓冲区，承认。PC2就能够拜访网络中的数据了，各数据的改变同PC1中的是同步的。
要注意的是:当PC1的OPC Scout封闭的时分，PC2的OPC Scout对DP网络的数据拜访也中断了。这证明了CPU224只是从归于一类主站PC1，而二类主站PC2不能操控它（仅能进行数据拜访）。
图7 OPC-Navigator
5 PROFIBUS-DP在水电站中的使用
现在，PROFIBIS-DP总线技能在水电站小型自动化体系中使用较多，如水电站弧门监控体系和机组辅佐设备操控体系就很多用到了PROFIBUS-DP网络。这是由于PROFIBUS-DP实时性遭到体系规划影响，体系规划越大实时性越差，所以PROFIBUS-DP总线技能最适合于小型自动化体系。
不过，PROFIBUS-DP在信号的传输精度、可靠性和抗干扰性有不俗的体现，其体系本钱低、装置简略、保护调试便利且易于扩展。并且，各类传感器和智能设备等都有支撑DP网络的规范通讯口，硬件资源丰富;DP网络自身灵敏多变的主从结构，习惯多种操控体系;各类组态软件也都能够和OPC Server树立数据交换，减少了监控体系的开发周期;经过专用的通讯协议转换器或工控机，根据PROFIBUS-DP总线的操控体系能够挂靠到工业以太网上，成为归纳操控体系的一部分。因而，尽管现在工业以太网的技能有大遍及之势，但DP网较高的性价比仍是被越来越多的用户所认可。
6 结束语
总的来说，作为国际规范之一的PROFIBUS-DP总线技能敞开性强、性价比高，在水电职业的使用将越来越广泛。
