Profibus DP 從站冗余技術(shù)及其在智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用（上）

發(fā)布：2018-12-18 | 點(diǎn)擊：人次

摘要：Profibus DP 從站冗余技術(shù)及其在智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用（上）資訊由優(yōu)秀的流量計(jì)、流量?jī)x生產(chǎn)報(bào)價(jià)廠(chǎng)家為您提供。摘要：針對(duì)市場(chǎng)上對(duì)高可靠性ProfibusDP控制系統(tǒng)需求，研究了相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，采用DPC31鏈路層控制器作為核心芯片，進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出符合PNO標(biāo)準(zhǔn)〈SpecificationSlaveRedundancyV1.。更多的流量計(jì)廠(chǎng)家選型號(hào)價(jià)格報(bào)價(jià)歡迎您來(lái)電咨詢(xún)，下面是Profibus DP 從站冗余技術(shù)及其在智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用（上）文章詳情。

針對(duì)市場(chǎng)上對(duì)高可靠性ProfibusDP控制系統(tǒng)需求，研究了相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，采用DPC31鏈路層控制器作為核心芯片，進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出符合PNO標(biāo)準(zhǔn)〈SpecificationSlaveRedundancyV1.2>要求的從站冗余協(xié)議棧，并在自?xún)x股份的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中得到應(yīng)用。

1引言

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)發(fā)生了新的變革?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)在控制系統(tǒng)中得到日益廣泛的應(yīng)用并成為當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)之一，其中以Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)應(yīng)用zui為廣泛。

Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通過(guò)串行通信方式，解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備同控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題，但是其系統(tǒng)可靠性卻由此受到制約。在發(fā)電及能源輸配(石油，天然氣，電力)，采礦，環(huán)境工程，紙漿造紙，鋼鐵冶金，交通，航空等行業(yè)對(duì)系統(tǒng)可靠性存在非常高的要求，一旦串行鏈路出現(xiàn)故障或者通信端口故障，那么整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制必將受到嚴(yán)重影響，甚至出現(xiàn)事故。

針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題,Profibus國(guó)際組織在2004年底提出了<SpecificationSlaveRedundancyVI.2>，該標(biāo)準(zhǔn)的制訂確立了PmfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的從站冗余規(guī)范。在Profibus控制系統(tǒng)中，通過(guò)控制系統(tǒng)冗余的方式，將發(fā)生故障的單元或者串行鏈路自動(dòng)切換到備用單元或者串行鏈路的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)擾動(dòng)切換，滿(mǎn)足系統(tǒng)不停機(jī)的高可用性要求。

國(guó)內(nèi)尚無(wú)廠(chǎng)家有符合該規(guī)范的冗余從站產(chǎn)品面世，僅國(guó)外自動(dòng)化巨頭如Siemens等擁有符合從站冗余規(guī)范的產(chǎn)品。而冗余電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)國(guó)內(nèi)沒(méi)有廠(chǎng)家推出此類(lèi)產(chǎn)品。因此，開(kāi)發(fā)符合<SpecificationSlaveRedundancyVI.2>標(biāo)準(zhǔn)的冗余從站設(shè)備及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。

2ProfibusDP冗余技術(shù)分類(lèi)及框圖

ProfibusDP冗余技術(shù)主要有三種形式：主站冗余，介質(zhì)冗余，從站冗余

主站冗余:Profibus主站是整個(gè)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)中zui關(guān)鍵的部分，主站的穩(wěn)定性和可靠性是保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，因此，主站冗余非常重要。

冗余的Profibus主站具有兩個(gè)獨(dú)立的Profibus協(xié)議棧，同時(shí)還提供一個(gè)對(duì)冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的冗余處理模塊。兩個(gè)協(xié)議棧相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行，分別接收兩條總線(xiàn)上的消息并進(jìn)行處理，然后提交給冗余處理模塊，冗余處理模塊一定的法則對(duì)兩路冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行判決，將有效數(shù)據(jù)提交給上層應(yīng)用，對(duì)于上層應(yīng)用程序而言，冗余鏈路是透明的。對(duì)于下行數(shù)據(jù)，從上層應(yīng)用程序傳來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)冗余模塊處理后分別傳給兩個(gè)ProfibusDP接口模塊，經(jīng)進(jìn)一步處理后發(fā)送到兩路Profibus網(wǎng)絡(luò)。冗余主站的兩個(gè)Profibus接口模塊在正常工作時(shí)同時(shí)運(yùn)行，可以對(duì)出于工作狀態(tài)的冗余從站發(fā)送來(lái)的狀態(tài)信息進(jìn)行診斷,通過(guò)增加冗余切換命令，可以在冗余從站出錯(cuò)的情況下主動(dòng)進(jìn)行從站切換。

目前可以通過(guò)軟冗余的方式實(shí)現(xiàn)S7-300系統(tǒng)的主站冗余，也可以通過(guò)硬冗余方式直接采用S7-400H系統(tǒng)的主站冗余。

介質(zhì)冗余:主要是對(duì)Profibus系統(tǒng)中傳輸介質(zhì)進(jìn)行冗余，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，傳輸介質(zhì)zui容易出現(xiàn)故障。采用介質(zhì)冗余模式，兩條冗余總線(xiàn)同時(shí)工作，同時(shí)傳輸輸入輸出數(shù)據(jù)，由冗余連接模塊將兩路冗余數(shù)據(jù)整合為一路后送入終端站點(diǎn)。這樣當(dāng)一路介質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),Pmfibus系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)仍然可以通過(guò)另一路介質(zhì)進(jìn)行正常通信。

從站冗余：冗余從站是整個(gè)冗余系統(tǒng)的一個(gè)重要部分。根據(jù)PNO的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)<SpecificationSlaveRedun-dancyV1.2>中定義，一個(gè)冗余從站必須滿(mǎn)足下列條件：

1)至少兩個(gè)Profibus總線(xiàn)接口；

2)兩個(gè)獨(dú)立的Profibus從站協(xié)議棧；

3)一個(gè)在兩個(gè)協(xié)議棧之間進(jìn)行數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息交換的冗余通道；

正常工作時(shí)，一個(gè)從站接口作為*從站工作，另一個(gè)從站接口作為備用從站工作。兩個(gè)從站接口之間不斷交換數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，保證兩個(gè)從站接口的輸入輸出數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)一致，備用從站的狀態(tài)信息通過(guò)*從站的診斷報(bào)文傳遞給*主站。

在工程應(yīng)用中，主站冗余，介質(zhì)冗余和從站冗余根據(jù)需要組合使用。

3ProfibusDP從站冗余技術(shù)基本原理實(shí)際使用時(shí)，根據(jù)冗余系統(tǒng)的可靠性要求，可以選擇FlyingRedundancy或者SystemRedundancy•下面簡(jiǎn)要介紹兩種冗余結(jié)構(gòu)。

在FlyingRedundancy(FR)模式下：

1)*從站地址不同于備用從站地址；

2)只需要按*從站地址組態(tài)；

3)主站永遠(yuǎn)不會(huì)通過(guò)MS0或者M(jìn)SI同備用從站通信(即使存在MS0通信也是出于監(jiān)控目的)。

在SystemRedundancy(SR)模式下：

1)*從站地址等于備用從站地址；

2)*從站和備用從站同時(shí)組態(tài)；

3)主站可以通過(guò)MS0(不是MSI)同備用從站通信；

4)*從站的確定不一定要依靠主站的切換命令；在正常工作中，主站同冗余從站之間通過(guò)MS0，

MS1,MS2服務(wù)進(jìn)行通信：

MS0(周期性數(shù)據(jù)交換*從站使用周期性通信發(fā)送和接收過(guò)程變量，此外*從站還發(fā)送包括自己和備用從站在內(nèi)的診斷信息。

備用從站同樣通過(guò)MS0服務(wù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)是不相關(guān)的，并且也會(huì)被備用從站丟棄。

MSI(非周期數(shù)據(jù)交換》僅*從站會(huì)通過(guò)MSI服務(wù)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)備用從站接收到MSI服務(wù)時(shí)，給出錯(cuò)誤響應(yīng)。

MS2(非周期數(shù)據(jù)交換*從站和備用從站都可以接收MS2服務(wù)。一旦一個(gè)從站接口接收到MS2服務(wù)提供的數(shù)據(jù)，將通過(guò)冗余通道傳遞給另一個(gè)從站接口。

正常情況下，如果主站支持從站冗余,那么在檢測(cè)到與*從站之間的通信失效后，主站會(huì)發(fā)送一條命令給備用從站，由備用從站執(zhí)行一次冗余切換。在其他情況如僅*從站接收線(xiàn)或發(fā)送線(xiàn)斷開(kāi)弓I起通信失效，主站也會(huì)檢測(cè)到并發(fā)送切換命令給從站。當(dāng)然，對(duì)于主站不支持從站冗余的情況，*從站也會(huì)監(jiān)測(cè)接收并且在內(nèi)部看門(mén)狗溢出時(shí)執(zhí)行冗余切換。正常運(yùn)行時(shí),*從站也會(huì)檢測(cè)內(nèi)部軟件及硬件運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)不適合作為*從站運(yùn)行的因素，將啟動(dòng)冗余切換。

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