PDF《Profibus DP 从站冗余技术及其实现》

3 Profibus DP 从站冗余规范 根据《Specification Slave Redundancy V1. 2》 的 规定, 冗余的 DP 从站具有下述通信模型: 具有

2 个 独立通信组件并且提供一个接口给从站应用程序作 为I/O 模块.2 个接口之间通过 RedCom 通道作为 联系纽带.根据实现的要求, 可以设计为紧耦合系 统, 也可以设计为松耦合系统. 结合 Profibus 规范 EN50170, Specification Slave Redundancy 给出了冗余从站的通信模型, 如图

4 所示.FSPMS 层根据 MS0, MS1 提供的服务生成相应 的服务给冗余从站应用使用, 冗余从站根据 FSPMS 层提供的事件、 RedCom 事件、 内部运行情况产生事 件进行处理, 主要事件有: RedC_Check. req /ind /res/ cnf, RedC _ Switchover. req /ind /res/cnf, FSPMS Re- set. req /cnf, FSPMS Set Slave Diag. req /cnf, FSPMS Set Output. req /cnf, FSPMS Get Input. req, FSPMS A- bort. req, FSPMS Prm Cmd. ind,FSPMS Stopped. ind, FSPMS_New_Output. ind. 所有这些事件的处理可以通过规范中定义的状 态机进行处理. 图4冗余从站通信模型图 图5冗余状态机基本状态转换图 图5对状态跳转作了简单介绍.在上电初期,

2 个从站接口通过竞争关系确定

2 个状态, 一个处于 S_Primary 状态, 另一个处于 S_Waiting 状态.处于 S_Primary 状态的从站接口准备好与 Profibus DP 主 站建立通信连接, 而处于 S_Waiting 状态的从站接 口则处于复位状态, 不能与 Profibus DP 主站建立连 接.在启动时间( Start_Up_Time) 内处于 S_Primary 状态的从站接口按照标准从站状态机启动, 一旦收 到正确的 SET_PRM, SET_CFG 报文, 从站将进入数 据交换状态, 此时如果主站发送 PRM_CMD 命令过 来, 则该从站接口的冗余状态机会进入第一从站状 态.如果在启动时间内 S_Primary 状态的从站接口 没有被主站正确参数化并进入数据交换状态, 那么 该从站接口会主动发起切换, 从S_Primary 状态切 ・

0 9 ・ 工业仪表与自动化装置

2011 年第

6 期 换到 S_Waiting 状态.另一个处于 S_Waiting 状态 的从站接口切换到 S_Primary 状态.如果

2 个从站 接口一直都没有被正确参数化, 那么启动时间以

2 s 的倍数增加, 直到

32 s 为止.在任何状态, 一旦接 收到

2 类主站的读写请求, 都予以响应, 进入 C_ Configure 状态.

4 基于 SPC3 的冗余 Profibus DP 智能从站 实现 根据 Profibus DP 冗余规范定义, 可以发现, 冗 余从站比单一通道从站复杂, 在实现形式上有

2 种: 一种是采用单 CPU + 双链路层控制器, 在单 CPU 中 实现

2 个协议栈并构成软件形式的冗余通道;

另一 种是采用双 CPU + 双链路层控制器的方式, 这种形 式下一般 CPU 和链路层控制器集成在一起, 每个 CPU 内部实现一个协议栈,

2 个CPU 之间采用专用 硬件实现冗余通道.从可靠性来说, 后一种方案高 于前一种方案, 从实现难易程度来看, 前一种方案优 于后一种方案.该文采用后一种方案实现了冗余 Profibus DP 从站.冗余从站框图如图

6 所示. 图6Profibus DP 冗余从站实现 4.

1 硬件方案 在图

6 的实现方案中, 选用 STM Electronics 公 司的 Cortex- M3 内核处理器 STM32F103 ZET6 作为 核心 CPU, 将SPC3 链路层控制器驱动程序移植过 来, 并在此基础上开发冗余从站协议栈.采用该芯 片首先是因为 SPC3 链路层控制器采用地址/数据 复用方式访问, 而目前常见 ARM 芯片都是地址/数 据线分开的, 需要专门设计转换电路, 那样硬件成本 较高;