论文部分内容阅读
摘 要:PROFIBUS现场总线因具有通信实时性强、高传输速率、低成本、拓扑结构灵活多样、冗余性强、适合于各种工控领域等优点而得到广泛的应用。在此,我们结合PROFIBUS-DP的协议机制,对盾构掘进过程中主从站间数据传输进行了相关的研究。
关键词:PROFIBUS-DP协议 主从站通信
中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0141-01
目前,盾构工法集成了计算机、通信、自动化、控制技术等复合式技术,其在城市隧道施工技术中已确定了稳固的统治地位,且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。同时,通过现场总线实现最终控制设备与上层自动化控制设备之间的双向串行通信链路,其在盾构施工安全性、工程质量、工期和成本等方面起到了领先的作用。
PROFIBUS是一种标准的现场总线技术,是目前应用最广的现场总线技术之一。它具有快速、即插即用、高效低成本的特性,专门用于可编程控制器与现场分布式IO设备之间的数据通信。目前PROFIBUS的主站(如S7-400)在HKTBM施工中占主导作用。通过协议机制实现主从站间数据的有效传输、能更快更准的掌握盾构掘进的状态及其在各种状态下的各种参数,保证盾构工法整个系统的稳定性工作。论文中对主从站设备数据交换进行了相关的探讨、研究。结论表明,PROFIBUS-DP协议机制技术可提高整个系统运行可靠性,这也必将推动PROFIBUS-DP技术在盾构施工中更广泛的应用。
1 盾构施工过程中主从站通信的系统组成
结合实际的盾构施工,模拟建立主从站通信硬件搭建图结构图如图1所示。选用S7400PLC作为主站,将从站挂载到PROFIBUS-DP总线上,另外为了监测通信是否正确及跟踪盾构掘进过程中的状态和各种参数,自备了一个PC机(装有监视软件)。
系统中S7400的CPU模块内集成了过程控制功能,用于执行用户程序,而且带有集成的MPI接口和PROFIBUS-DP接口,不过在测试过程中,选用的是DP接口,利用这一接口,可以很方便将从站挂载到总线上,从而建立DP网络。从站是盾构机工作状态的传感器,以及处于各种状态下的各种进程的传感器,或者是自带有DP接口的设备。
2 PROFIBUS-DP主从站通信过程
2.1 主从站通信流程基本过程
在主从站的通信中,从站只能作为被动站,即一般只能是被动地等待主站的请求,然后才能执行数据交换,而在进入此状态之前,必须由主站对其赋参数、配置初始化并经过诊断。PROFIBUS-DP的从站数据通信分为3个阶段:1)上电;2)从站初始化从站(配置及诊断从站);3)数据交换。
2.2 运用软件实现主从站间的通信
从站的工作状态一般由:⑴等待组态配置;⑵等待参数初始化;⑶正常的数据交互;实现从站的基本功能,软件部分可分为几个部分:⑴帧完整性检查;⑵帧处理过程。下面依次对其进行分析。
2.2.1帧完整性检查
从站接到的数据是一些连续的十六进制数,要通过一种办法把每个数据帧分离才能进一步对主站的请求进行应答。分帧原理如图2所示。在t1时刻有数据时,利用软件定时器开始计时,到t2时刻控件再次被触发,时间间隔Δt＞11Tbit,即认为t2之前为完整数据帧,并读取缓冲区的数据;从t2时刻为一新的数据帧起始字符,软件定时器在t2时刻复位重新计时,在t3时刻控件又被触发,经判断Δt＜11Tbit,此时为不完整的一帧,软件定时器复位重新计时,直到tn＋1时刻,程序判断Δt＞11Tbit,读取从t2～tn时刻进入缓冲区的数据,操作完后清空缓冲区。对其后的数据依此类推进行时间的分帧。
2.2.2 帧处理过程
在对帧做出正确的检查之后,开始对帧进行处理,即分析主站的发出请求帧中对应的功能码,从站做出响应。帧处理过程流程图如图3所示。相应的功能码流程图如图4所示。
3 结语
本文结合Profibus协议机制,研究了基于PROFIBUS-DP的盾构掘进过程中主从站设备的通信,此方法在具体实际应用中可大大提高主从中通信过程中数据传输的高效性和稳定性。同时,也推动了盾构工法在隧道施工中的应用。
参考文献
[1] 中铁十一局集团城市轨道工程有限公司盾构机学习资料.
[2] 侯维岩,费敏锐,等.PROFIBUS协议分析和系统应用[M].北京:清华大学出版社,2006.Ⅳ.
关键词:PROFIBUS-DP协议 主从站通信
中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0141-01
目前,盾构工法集成了计算机、通信、自动化、控制技术等复合式技术,其在城市隧道施工技术中已确定了稳固的统治地位,且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。同时,通过现场总线实现最终控制设备与上层自动化控制设备之间的双向串行通信链路,其在盾构施工安全性、工程质量、工期和成本等方面起到了领先的作用。
PROFIBUS是一种标准的现场总线技术,是目前应用最广的现场总线技术之一。它具有快速、即插即用、高效低成本的特性,专门用于可编程控制器与现场分布式IO设备之间的数据通信。目前PROFIBUS的主站(如S7-400)在HKTBM施工中占主导作用。通过协议机制实现主从站间数据的有效传输、能更快更准的掌握盾构掘进的状态及其在各种状态下的各种参数,保证盾构工法整个系统的稳定性工作。论文中对主从站设备数据交换进行了相关的探讨、研究。结论表明,PROFIBUS-DP协议机制技术可提高整个系统运行可靠性,这也必将推动PROFIBUS-DP技术在盾构施工中更广泛的应用。
1 盾构施工过程中主从站通信的系统组成
结合实际的盾构施工,模拟建立主从站通信硬件搭建图结构图如图1所示。选用S7400PLC作为主站,将从站挂载到PROFIBUS-DP总线上,另外为了监测通信是否正确及跟踪盾构掘进过程中的状态和各种参数,自备了一个PC机(装有监视软件)。
系统中S7400的CPU模块内集成了过程控制功能,用于执行用户程序,而且带有集成的MPI接口和PROFIBUS-DP接口,不过在测试过程中,选用的是DP接口,利用这一接口,可以很方便将从站挂载到总线上,从而建立DP网络。从站是盾构机工作状态的传感器,以及处于各种状态下的各种进程的传感器,或者是自带有DP接口的设备。
2 PROFIBUS-DP主从站通信过程
2.1 主从站通信流程基本过程
在主从站的通信中,从站只能作为被动站,即一般只能是被动地等待主站的请求,然后才能执行数据交换,而在进入此状态之前,必须由主站对其赋参数、配置初始化并经过诊断。PROFIBUS-DP的从站数据通信分为3个阶段:1)上电;2)从站初始化从站(配置及诊断从站);3)数据交换。
2.2 运用软件实现主从站间的通信
从站的工作状态一般由:⑴等待组态配置;⑵等待参数初始化;⑶正常的数据交互;实现从站的基本功能,软件部分可分为几个部分:⑴帧完整性检查;⑵帧处理过程。下面依次对其进行分析。
2.2.1帧完整性检查
从站接到的数据是一些连续的十六进制数,要通过一种办法把每个数据帧分离才能进一步对主站的请求进行应答。分帧原理如图2所示。在t1时刻有数据时,利用软件定时器开始计时,到t2时刻控件再次被触发,时间间隔Δt＞11Tbit,即认为t2之前为完整数据帧,并读取缓冲区的数据;从t2时刻为一新的数据帧起始字符,软件定时器在t2时刻复位重新计时,在t3时刻控件又被触发,经判断Δt＜11Tbit,此时为不完整的一帧,软件定时器复位重新计时,直到tn＋1时刻,程序判断Δt＞11Tbit,读取从t2～tn时刻进入缓冲区的数据,操作完后清空缓冲区。对其后的数据依此类推进行时间的分帧。
2.2.2 帧处理过程
在对帧做出正确的检查之后,开始对帧进行处理,即分析主站的发出请求帧中对应的功能码,从站做出响应。帧处理过程流程图如图3所示。相应的功能码流程图如图4所示。
3 结语
本文结合Profibus协议机制,研究了基于PROFIBUS-DP的盾构掘进过程中主从站设备的通信,此方法在具体实际应用中可大大提高主从中通信过程中数据传输的高效性和稳定性。同时,也推动了盾构工法在隧道施工中的应用。
参考文献
[1] 中铁十一局集团城市轨道工程有限公司盾构机学习资料.
[2] 侯维岩,费敏锐,等.PROFIBUS协议分析和系统应用[M].北京:清华大学出版社,2006.Ⅳ.