采用PROFIBUS-DP的FCS性能研究及诊断软件开发

文章摘要：图4为作者组建的PROFIBUS-DP网络实验系统结构图。在网络系统中，1类主站为SIEMENS公司的CPU315-2DP PLC，PC工控机作为2 类主站，通过现场总线接口卡CP5611与DP 总线相连， WAGO公司的750-333、BECKHOFF公司的BK3120、SIEMENS公司的ET200-L及和利时公司的LM3107 PLC等PLC设备作为从站连接到DP网络中。图4 PROFIBUS-DP网络实验系统结构图2.2 软件开发环境软件开发工具为VC++6.0，通过计算机标准串口通信，将PROFIBUS—DP报文采集到上位机进行处理。PROFIBUS-DP系统作为实验平台，采用RS4

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　　图4为作者组建的PROFIBUS-DP网络实验系统结构图。在网络系统中，1类主站为SIEMENS公司的CPU315-2DP PLC，PC工控机作为2 类主站，通过现场总线接口卡CP5611与DP 总线相连， WAGO公司的750-333、BECKHOFF公司的BK3120、SIEMENS公司的ET200-L及和利时公司的LM3107 PLC等PLC设备作为从站连接到DP网络中。

　　

　　图4 PROFIBUS-DP网络实验系统结构图

　　2.2 软件开发环境

　　软件开发工具为VC++6.0，通过计算机标准串口通信，将PROFIBUS—DP报文采集到上位机进行处理。PROFIBUS-DP系统作为实验平台，采用RS485/RS232通信电缆将其RS485的一端接入PROFIBUS-DP网络连接器的背插接口，RS232一端直接接入到PC机的串口。

　　2.3 软件系统基本程序框图

　　软件系统的程序基本架构流程图如图5所示。

　　

　　图5基本程序框架流程图

　　整个系统软件包括如下几个模块：

　　1）程序主控模块：负责实现程序逻辑与主界面，调用串口通信模块和接收显示模块。

　　2）串口通信模块：负责实现串口通信任务，PROFIBUS-DP报文数据采集及串口参数设置。

　　3）数据处理模块：根据PROFIBUS-DP协议报文格式，将采集上来的数据按报文格式进行处理，并存入临时缓冲区。

　　4）接收显示模块：负责实现接收数据的处理与显示。

　　5）数据库模块及数据查询模块，用来实现对采集到报文的历史数据的分析和查询。

　　2.4 关键技术

　　该软件主要是实现对PROFIBUS报文进行提取，实现在线采集PROFIBUS-DP报文数据，从数据链路层角度对各种报文进行分析，完成各种类型报文的显示，完成对报文种类、服务类型、地址、数据长度及数据单元等信息的提取显示，并对诊断报文、参数化报文及组态报文等的数据单元进行详细的分析，得出总线性能的各种参数及故障原因，将分析过的数据存储进数据库，存入临时缓冲区，根据需要将分析过的报文信息存入数据库，实现历史查询。

　　如何实现报文帧的提取是本软件设计的一个关键问题。由于PROFIBUS报文格式有很多种，而且包括数据长度不固定的可变报文。虽然各种报文都具有固定的报头、报尾，但是存在的问题是报头报尾并不是特定的字符，有可能和报文中数据单元内容一样，所以这里利用报头报尾进行报文的提取是不可行的。作者在这里利用各种报文帧前的同步字符进行报文提取，也就是说，在每个完整报文帧传输之前，其前面都有一个不小于33bit的同步时间，在报文帧中间是没有任何间隔的，利用这一同步时间，在VC++中利用超时函数，对报文帧进行了完整地提取。

　　另外，由于通信数据量很大，速度较快，这里采用了WINDOWS多线程技术。一个线程为监视线程，监视串口通讯，一个为数据处理主线程，另外一个为定时刷新数据库线程。当监视线程监视到串口中有数据到达时，就触发一个消息通知数据处理主线程，数据处理主线程就去串口缓冲区中取出数据，并进行数据处理。定时器线程定时刷新数据库显示，以实现实时显示功能。

　　作者在程序编写的过程中，出现数据库不能实时刷新的情况，后来发现问题出在WINDOWS的WM_TIMER定时器上，由于该定时器消息优先级较低，可能造成WM_TIMER消息的丢失，所以不能实现数据库的实时刷新。解决的方法是采用WINDOWS的多媒体定时器。在使用多媒体定时器的过程中，定时间隔的选取又是一个关键的问题，定时间隔选取太小，将会耗费大量的CPU内存，造成系统“死机”, 定时间隔选取太大，又不能完成“实时”显示功能。这里又涉及到PROFIBUS总线信息循环时间的问题，总线信息循环时间与总线传输的波特率、从站的数量、I/O数据的数量、从站需要的延迟时间以及主站的空闲时间等有关。作者通过了大量的计算和多次实验调试，寻找到一个合适的定时器间隔。

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