0前语
现场总线技能是完结现场级设备数字化通讯的一种工业现场网络通讯技能。因其具有数字化、开放性、涣散性以及对现场环境的适应性等特色而取得了广泛的运用。现在。已逐步老练并对工业主动化进程构成影响的现场总线主要有Profibus(Processfieldbus)、HART、LonWorks、FF等。其间，ProfibusDP总线是最为盛行的现场总线技能之一。其产品广泛运用于工业、电力、动力、交通等主动化范畴。Profibus总线是德国国家规范DIN19245和欧洲规范EN50170的现场总线规范。是一种国际化、开放式并与制造商无关的现场总线。从用户视点看，
Profibus总线供给了3种通讯协议类型[3]：Profibus—PA(ProcessAutomation)，Profibus．DP(DecentralizedPeriphery)(简称DP)，Profibus—FMS(FieldbusMessageSpecification)。地铁线供电监控PSCADA(PowerSupervisoryControlAndDataAcquisition)体系规划选用的是会集办理、涣散安置的形式及分层分布式体系结构。现场I／O设备涣散安置必定要求运用现场总线技能或网络技能完结监控体系与I／O设备沟通讯息。因而．在地铁PSCADA体系中的站级办理层与1．5kV直流开关柜运用.DP现场总线完结两者之间的信息交互。
总线的实时性是点评现场总线体系功用的重要规范，即总线对外部事情的反应速度越快，实时性就越好。PROFIBUS-DP广泛运用于工业现场层，高总线传输速率的特色使其十分适合在小规模网络中完结对实时性要求高的报文传输使命。与PROFIBUS-DP总线实时性相关的时刻参数主要有两个：一个是主站轮询各从站的时刻，另一个是令牌在主站之间的轮转时刻。与这两个时刻相关的要素有许多，除了体系本身特色和协议特色外，用户对网络参数的设定也起到关键作用。以单主站PROFIBUS．DP系本文统为例，剖析了与总线实时性相关的各个时刻参数，推导总线循环周期的数学表达式，并给出令牌方针循环时刻的确认规范。
1PROFIBUS-DP总线结构
PROFIBUS—DP的MAC层运用依据Token—Passing办法的主从轮询协议。不同于一般以太网中各个站点有相等的权力接入总线，PROFIBUS-DP—Token-Passing网络上的各点都衔接在总线上，它们具有相等的物理位置和一致的逻辑地址，可是依照其在网络上的功用和本身智能化程度的不同分为主站(MasterStation)和从站(SlaveStation)两种类型。前者的作用是一致办理各个从站接入总线的时序，数据的搜集、处理、加工和反应主要由Pc和PLC担任；后者的作用是将搜集到的现场数据上传到主站并履行主站下达的使命，一般为前端的传感器和履行器。
PROFIBUS—DP总线上一切的主站能够界说成一个逻辑环，如图1所示，令牌作为一个特定的帧能够在此逻辑环中循环。一个体系中只要一个令牌，在恣意时刻只要一个主站能够取得这个令牌，持有令牌的主站具有总线的操控权，能够将归于它的从站接入总线并逐个与它们进行数据沟通。这种作业机制保证了任何时刻PROFIBUS-DP总线上只要一个主站运用总线，避免了数据传输抵触。
2PSCADA体系结构
地铁供电体系选用2级会集供电办法，设6个供电分区，环网电压为AC33kV。电力监控变电所主动化体系在车站主控设备室经过车站级的以太网沟通机接入主控体系。电力监控变电所主动化体系选用会集办理、涣散安置的形式。分层、分布式体系结构：体系由站级办理层、网络通讯层、距离设备层组成。体系以供电设备为目标。经过网络将所内的110kV／33kV／0．4kV沟通维护测控单元、1．5kV直流维护测控单元、交直流电源体系监控单元等距离层设备衔接起来。电力监控变电所PSCADA体系结构如图2所示。
站级办理层设备由通讯处理机(总控单元)、液晶显现器组成．在牵引变电主所还包含当地监控计算机。通讯处理机选用牢靠性高、处理才能强、实时呼应速度快的工业级监控计算机。通讯处理机的远程网、所内网传输都选用光纤以太网接口。网络通讯层供给了RS-422、RS-485和CAN、PROFIBUS-DP等现场总线接口．及以太网、光纤以太网接口．可满意主动化体系对变电所供电设备进行监控的要求．一起供给了通讯接口的可扩展才能，以满意体系扩容和添加通讯手法的需求。
距离层设备包含：1．5kV直流开关柜(包含馈线柜、进线柜和负极柜3种类型)，33kVGIS(GasInsu1anceSwitchcabinet)REF542+归纳测控维护单元。0．4kV开关柜智能信息搜集单元。110kV线路维护，110kVGIS测控单元。110kV分段维护、主变维护，智能监控单元和时钟体系。每个变电所因其功用的不同可只包含部分距离层设备．如1．5kV直流开关柜只存在于牵引所。在实践体系中1.5kV直流开关柜与站级办理层中的总控单元l直接构成DP总线网．下面详细剖析该总线网的规划及完结计划。
31.5kV直流开关柜DP通讯计划规划
主控单元与1．5kV直流开关柜经过DP总线网交互信息。并构成体系中特别的2层通讯结构。DP总线不只具有现场总线的一起长处．也具有特别的优势，即能够很好地满意体系可扩展性、牢靠性、实时性等严苛的要求．为整个地铁体系长时刻安稳运转供给保证。
3.1通讯计划规划原理及依据
DP协议的使命只界说了用户数据经过总线在主站和子站之间的传输办法．在用户接口层界说了设备能够运用的功用以及各种类型体系和设备的行为特性．各种详细设备或DP部件的行为特性则由电子设备数据库文件(electronicdevicedatasheets。简称GSD文件)描绘。DP协议不对用户数据进行点评和详细的描绘．而是界说了不同的行规或许扩展功用．这就使得DP协议具有很大的灵活性．也使其在各个范畴都得到广泛运用。
DP的总线存取操控办法是典型的纯主一从操控办法．即在单主总线网络中只允许有1个1类DP主站(主动节点)和若干个从站(被迫节点)，逻辑令牌环只含有1个主动节点；在多主总线网络中。即便有多个1类DP主站．但1个从站只能被其间的1个DP主站装备．而不允许1个从站一起被多个DP主站装备或拜访．这样．只要主动节点有权主动发送、存取由它所装备的从站设备，而从站仅仅被迫地呼应或应对主站的存取操控拜访要求。在DP总线网络中．主站经过循环地与它所装备的从站沟通数据．然后到达搜集涣散的距离层设备信息和操控设备的意图。
3.2硬件组网计划及完结
DP总线主站选用了apDlicomIO系列板卡．插在研华工业一体化机PCI插槽上完结DP总线的1类DP主站组网功用．板卡经过总线衔接器衔接到西门子公司带双光纤口的光链路模块OLM(Optical“nkModule)上，与相同衔接到光链路模块OLM的1.5kV直流开关柜设备完结冗余的双光纤环网。如图3所示，在该冗余双光纤环网中．各个OLM经过2个光纤接口和全双工光纤电缆相互衔接。构成光纤冗余环，主站(applieomIO板卡)和从站设备经过总线衔接器接到对应的OLM的DP总线电接口上。这样，其间任何一条光纤链路呈现了毛病，OLM能主动切换到别的一条链路．并经过衔接指示信号指示总线切换信息和传输线毛病信息。以便进行进一步的毛病处理而不影响体系的正常数据传输。一旦毛病扫除．总线链路又返回到正常的冗余状况。然后进步了体系的牢靠性。
3.3体系实时性剖析
地铁供电监控体系对实时性要求很高。体系通讯计划能否满意实时性要求决议了该计划能否得到运用。依据地铁的实践通讯参数及软硬件环境对上述计划进行实时性剖析。在本体系中，DP总线传输波特率为187．5Kbit／s．即传输1个位的时刻为5．333ms。在DP总线上，包含了1个主站，9个从站；输人数据块长度最大值为48Byte，输出数据块长度最大值为28Byte。
供电监控体系信息延时包含信息发生、信息处理、信息传输和信息显现等．其间信息处理和信息传输时刻占70％。例如，当馈线柜上一个断路器发生变位。其在DPU96上I／O滤波耗费时刻为3ms．内部总线运转需1ms。程序循环时刻20ms：总控单元程序处理(接纳和显现)时刻300ms。加上信息在DP总线上循环时刻70．38ms．1个变位信号从发生到传输至总控单元的时刻小于500ms：再经光纤以太网上送到主控室小于1s。若是对断路器或许阻隔开关的遥控输出．还应加上遥控履行回路校验时刻60。100ms和组织动作时刻．最大遥控输出并履行成功(无毛病状况)时刻小于2s。契合电力体系国家规范。从以上剖析得出．在PSCADA体系中选用DP总线能对现场设备信息作出实时呼应．也能对断路器或许阻隔开关进行实时遥控．DP总线计划能够满意用户对实时性的要求。
4定论
本文剖析了PROFIBUS—DP总线的通讯协议和介质层的使命处理流程，在对单主站PROFIBUS-DP总线体系中的主／从数据沟经进程进行剖析的基础上，给出了总线循环时刻的计算公式和进步总线实时性的办法。并剖析了令牌循环时刻置对体系实时性的影响，用户在装备单主站PROFIBUS-DP总线体系时能够依据不同的体系要求来确认参数的值。在软硬件规划时利用了QNX实时操作体系的实时性和牢靠性等特性，充分发挥了DP总线网的实时性长处。在DP总线网络中运用了0LM模块。组成光纤环网．加上杰出的接地规划．使体系不受恶劣环境下通讯线路上的电磁搅扰影响，满意体系牢靠性要求。
光纤环网选用总线结构。经过通讯链路的冗余．使得添加新的距离层设备而不影响其他设备的正常作业。经过DP现场总线在PSCADA体系中的运用。极大增强了距离层设备的信息集成才能．一起降低了体系的工程本钱．进步了整个体系的牢靠性和可维护性及扩展才能。
