基于PROFIBUS-DP总线和S7-300的电机调速系统设计

1 引言

现场总线控制系统(FCS)^[1]是信息数字化、控制分散化、开放互操作性的新一代工业自动化控制系统，是信息技术化、智能化、数字化、网络化向现场的发展。FCS的本质是信息处理现场化,具有开发性、互操作性、互换性、可集成性，可靠性高、易维护和管理，降低投资，减小运行费用，增强了现场级信息集成能力。它克服了传统工业过程控制系统的投资高，传输精度和抗干扰性能低，系统不开放、可集成性差,不易安装、维护和管理的缺点。现场总线是FCS的关键设备之一,而PROFIBUS是最具代表性的现场总线之一。

PROFIBUS支持TYPE3现场总线，是一种国际化、开发式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。用于工厂自动化系统三级网络中的底层，即车间级监控和现场设备层数据通信与控制；适用于分散的、具有通讯接日的现场受控设备对底层设备有较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统。已广泛适用于制造业自动化，流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。

2 PROFIBUS的协议结构

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准、以开放式系统互联网络作为参考型的。该模型共有7层。

PROFIBUS-FMS定义了1、2、7层,应用层包括现场总线信息规范和低层接口。FMS包括了应用协议并向用户提供可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第2层访问接口。第2层现场总线数据链路可完成总线访问控制和数据的可靠性。

 PROFIBUS_DP定义了第1、2层和用户接口，3层到7层未加描述，这种流体型结构确保了数据传输的快速和有效。直接数据链路映像提供易于进入第2层的用户数据。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS_DP设备的设备行为。

 PROFIBUS-PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外,PA还描述了现场设备行为的PA行规。PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。

3 PROFIBUS-DP的数据传输技术

3.1 通讯原理

PROFIBUS-DP使用了第1层（物理层）、第2层（数据链路层）和用户接口层，由于工业上的特殊需要省略了3-6层。

物理层：PROFIBUS的物理层与OSI参考模型的第1层相同，其主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接,以透明地传送比特流。它采用 RS-485协议，其传输技术为半双工通信方式，传输速率在9.6k-12Mbit/s 之间可选，对应的通讯距离在100m-1200m，根据最大传输速率的不同，可选用双绞线或光纤2种传输电缆。一般来说在电磁干扰很大的环境下可使用光纤导体以增长高速传输的最大距离。

数据链路层:PROFIBUS-DP的数据链路层是比较复杂的一部分，它主要是通过数据链路层协议，在不可靠的物理