1 引言

　　Profibus是一種國際化、開放式、不依賴於(yu) 生產(chan) 商的現場總線標準，廣泛應用於(yu) 工業(ye) 自動化領域。Profibus根據應用特點分為(wei) Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA三個(ge) 兼容版本。其中Profibus-DP是一種高速（數據傳(chuan) 輸速率9.6kbit/s-12Mbit/s）經濟的設備級網絡，主要用於(yu) 現場控製器與(yu) 分散I/O之間的通信，可滿足交直流調速係統快速響應的時間要求。由於(yu) 其高可靠性、高性能、實時性好及其獨特的設計，已被幾乎所有的生產(chan) 廠商和用戶所接受。

　　BWS伺服電機具有結構緊湊、控製容易、運行平穩、相應快等優(you) 異特性，已越來越成為(wei) 現代工業(ye) 自動化運動控製的重要力量。特別是在自動化程度比較高、需精確控製速度、位置、力矩等應用場合，如紡織機械、印刷機械、造紙機械，數控機床、工業(ye) 機器人等重要行業(ye) 得到了普遍的應用。雖然PROFIBUS-DP不像SERCOS、MACRO、Fire Wire是專(zhuan) 門為(wei) 運動控製而開發的，但在實際控製中由於(yu) PROFIBUS-DP的廣泛存在，所以運用PROFIBUS總線對伺服的控製具有很重要的現實意義(yi) 。

2 PROFIBUS-DP總線技術

　　2.1 PROFIBUS-DP簡介

　　PROFIBUS以ISO7498為(wei) 基礎，以開放式係統互聯網絡OSI（open system interconnection）作為(wei) 參考模型，定義(yi) 了物理傳(chuan) 輸特性、總線存取協議和應用功能。其傳(chuan) 輸速率為(wei) 9.6kbps-12Mbps，最大傳(chuan) 輸距離在12Mbps時為(wei) 100m，在1.5Mbps時為(wei) 400m，可用中繼器延長至10km。最多可掛接127個(ge) 站點。PROFIBUS-DP是一種高速和便宜的通訊連接，使用了第1層、第2層（即物理層和數據鏈路層）和用戶接口層，第3層至第7層未加以描述，這種流體(ti) 型結構確保了數據傳(chuan) 輸的快速和有效。它是專(zhuan) 門為(wei) 自動控製係統和設備分散的I/O之間進行的通訊而設計的。使用PROFIBUS-DP模塊可取代24V或4～20mA的串聯式信號傳(chuan) 輸，減少投資成本。直接數據鏈路映像（DDLM）提供的用戶接口，使得對數據鏈路層的存取變的簡單方便，傳(chuan) 輸可使用RS-485傳(chuan) 輸技術或光纖媒體(ti) 。

　　標準現場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設備、從(cong) 設備、網絡網路等三部分組成。其中主設備用以控製總線上的數據傳(chuan) 輸，且在沒有提供外部請求時發送信息和被授權可訪問總線。從(cong) 設備是相對於(yu) 主設備而言較為(wei) 簡單的外部設備，且未被授權訪問總線;網絡網路如傳(chuan) 輸介質和網絡鏈接器，前者用屏蔽雙絞電纜構成電氣網絡，用塑料或玻璃纖維光纜構成的光纖網絡，或是基於(yu) 兩(liang) 種媒介之間由OLM轉換的混合網絡;後者如RS-485總線連接器、RS-485總線終端、RS-485中繼器、光鏈路模塊OLM等。

　　2.2 PROFIBUS-DP通信協議及特點

　　PROFIBUS-DP物理層與(yu) ISO/OSI參考模型的第一層相同，采用EIA—RS485協議，根據數據傳(chuan) 輸速率的不同，可選用雙絞線和光纖兩(liang) 種傳(chuan) 輸媒體(ti) 。

　　                                                                圖1 RS485總線段結構圖

　　圖1中兩(liang) 根數據線通常被稱為(wei) A線和B線，分別對應RXD/TXD-N和RXD/TXD-P信號。

　　PROFIBUS-DP數據鏈路層協媒體(ti) 訪問控製（MAL）部分采用受控訪問的令牌總線（Token Bus）和主從(cong) 方式。其中令牌總線與(yu) 局域網IEEE8024協議一致，令牌在總線上的各主站間傳(chuan) 遞，持有令牌的主站獲得總線控製權，該主站依照關(guan) 係表與(yu) 從(cong) 站或其他主站進行通信。主從(cong) 方式的數據鏈路協議與(yu) 局域網標準不同，它符合HDLC中的非平衡正常響應模式（NRM）。該模式的工作特點是：總線上一個(ge) 主站控製著多個(ge) 從(cong) 站，主站與(yu) 每一個(ge) 從(cong) 站建立一條邏輯鏈路;主站發出命令（Command），從(cong) 站給出響應（Respond）;從(cong) 站可以連續發送多個(ge) 幀，直到無信息發送、達到發送數量或被主站停止為(wei) 止。數據鏈路中幀的傳(chuan) 輸過程分為(wei) 三個(ge) 階段：數據鏈路建立、幀傳(chuan) 輸和數據鏈路釋放。

圖2中F為(wei) 幀標誌字段（8位）。A為(wei) 從(cong) 站地址字段。控製字段C表示幀類型、編號、命令和控製信息，它將HDLC幀分為(wei) 三種類型：信息幀（1）、監控幀（S）和無編號幀（U）。其中信息幀用於(yu) 應用數據（Useful Data）的傳(chuan) 輸並捎帶應答;監控幀用於(yu) 監視鏈路上的正常操作，對鏈路狀態做出各種響應（如認可幀、請求重傳(chuan) 或暫停等）;無編號幀（不含信息字段）用於(yu) 傳(chuan) 輸各種元編號命令和響應，例如建立鏈路工作模式，釋放鏈路及報告特殊情況等。信息字段由PKW+PZD的應用數據構成，PKW用於(yu) 讀寫(xie) 參數值，如寫(xie) 入控製字或讀出狀態字等，一般為(wei) 4B長，而PZD用於(yu) 存放控製器的具體(ti) 控製值，設置站點或狀態字的參數，一般為(wei) 2～10B長。例如，PKW=P554.1代表向變頻器的主驅動模塊寫(xie) 入一個(ge) 16位的控製字，控製字的每一位都代表一種不同的控製含義(yi) ;PZD的第二個(ge) 字節為(wei) 0#～7#電機的起停控製位。FCS是幀校驗字段，它對整個(ge) 幀的內(nei) 容進行循環冗餘(yu) 碼（CRC）校驗，該HDLC幀最長可達24B。

　　                                                     圖2 正常響應模式主站與(yu) 從(cong) 站間傳(chuan) 輸幀的格式

3 伺服電機接入PROFIBUS-DP網絡

　　廣州博瑋伺服科技有限公司的BWS-NBBR/BBF型伺服控製係統由於(yu) 其控製器提供了專(zhuan) 門的PROFIBUS-DP總線接口模塊，可以像其他的PROFIBUS-DP一樣，用普通的雙絞線作為(wei) 通信介質，很方便的連接到基於(yu) PROFIBUS-DP總線的工業(ye) 控製係統上，如圖3所示。

　　上位機由西門子的S7-300PLC組成，型號為(wei) 6ES7315-2AG10-0AB0，它有一個(ge) 專(zhuan) 門的PROFIBUS-DP接口，一個(ge) MPI通信接口，可接入64個(ge) 從(cong) 站。PROFIBUS-DP總線負責對整個(ge) 係統的中的所有伺服控製器進行管理，包括速度、力矩、位置等參數的命令傳(chuan) 送與(yu) 設置等。作為(wei) 一個(ge) 窗口，由組態軟件ProTool編織的人機界麵可方便的對整個(ge) 控製係統進行監視和參數的修改。

　　BWS-BBR/BBF的伺服控製器與(yu) 伺服電機之間采用旋轉編碼器或光電編碼器建立反饋，形成高精度的伺服控製係統，伺服電機實時的將其運行狀態與(yu) 信息上傳(chuan) 給伺服控製器。作為(wei) PROFIBUS-DP總線上的節點，伺服控製器可以與(yu) PLC主機進行通信，通過總線接受上位機的各種操作、控製和參數設定命令等。#p#分頁標題#e#

　                                          　圖3 伺服電機接入PROFIBUS-DP網絡係統結構示意圖

4 軟件結構設計

　　通過PROFIBUS-DP總線進行通信與(yu) 控製的伺服係統，主要解決(jue) 的是上位主機的軟件設計問題，以下是PLC程序的主要設計框圖

　　                                                               圖4 PLC程序設計框圖

　　PLC程序由STEP 7 進行編程。程序主要由幾大部分組成：OB100、OB1和FB40組成

OB100是暖啟動組織塊，係統啟動就調用OB100，它包括功能FC35即INIT_FIELDBUS，主要作用是初始化已經打開的背景數據快，為(wei) 伺服控製器設置輸入/輸出總線地址。

　　OB1是主程序組織塊，包括功能FC32、功能塊FB40、功能FC37和背景數據塊DB40。FC32即CYCL_UPDATE，它的功能是定期的讀和更新來自總線上的背景數據塊的數據。功能塊FB40是控製伺服控製器的主要程序塊，它將完成伺服控製器的初始化和位置控製，主要包括功能FC40和功能FC41。FC40即INIT_SERVO，它主要完成多個(ge) 軸的初始化即多個(ge) 伺服控製器的初始化。FC41即POS_SEQ_SERVO，它是整個(ge) 伺服控製的核心部分，一些控製命令如速度命令、位置命令、力矩命令、原點複歸命令以及從(cong) 總線上讀取伺服控製器的反饋值等都是由它完成的。FC37即FAULT_RESET，它是複位模塊，清除總線的錯誤信息並產(chan) 生一個(ge) 複位命令使伺服控製器重新複位。DB40是功能塊FB40的背景數據快。

　　FC30是FC40的子塊，完成從(cong) PLC到伺服控製器的命令傳(chuan) 送，檢查命令是否被正確執行並且對錯誤進行處理。FC31是FC41的子塊，它對FC41的完成情況加以診斷並報告總線。FC33和FC34也是功能塊FB40的附屬部分，FC33對當前伺服控製器的狀態進行檢查，如果空閑向總線發送命令表示下一個(ge) 命令可以發送。FC34處理多個(ge) 伺服控製器的同步和異步錯誤信息並產(chan) 生錯誤報告。

5 結束語

　　BWS-BBR/BBF型伺服控製器PROFIBUS-DP接口的引入，提高了工業(ye) 自動化運動控製的水平，使伺服電機在工業(ye) 控製網絡中的通信與(yu) 控製更為(wei) 方便、靈活和可靠，實際情況已證明這種控製方式效果好。

　　PROFIBUS-DP總線和BWS伺服控製係統在工業(ye) 控製中應用非常廣泛，這為(wei) 帶PROFIBUS-DP總線接口的伺服控製器提供了廣闊的應用前景。