摘要：

　　本文在深入分析Profibus-DP現(xiàn)場總線設(shè)備GSD文件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，詳細介紹了在ABB AC450控制系統(tǒng)中使用PROFIBUS-DP時的硬件配置和軟件組態(tài)。

關(guān)鍵詞：

　　Profibus-DP；GSD；ABB AC450

0 引言

　　Profibus 是一種具有廣泛應用范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，已被納入在國際標準IEC 61158 和IEC 61784中。由于在“PROFIBUS用戶組織”的普遍可提供的導則中規(guī)定了應用和工程方面的信息，滿足用戶對于制造商無關(guān)性和開放性的要求，并確保了在各個制造商的設(shè)備之間進行通信，因此目前國際上PROFIBUS在各種現(xiàn)場總線應用中具有大于20%的市場份額，超過500萬個節(jié)點， PROFIBUS產(chǎn)品的制造商也已超過2000個。為支持PROFIBUS在控制系統(tǒng)中的應用，ABB公司在上世紀九十年代推出的Advant Controller 450(簡稱AC450)系統(tǒng)中全面支持PROFIBUS的應用，十年來廣泛應用于冶金等各領(lǐng)域。

1 GSD文件的結(jié)構(gòu)

　　GSD文件也稱為設(shè)備描述文件，是Profibus設(shè)備制造商使用PTO（Profibus Trade Organization） 提供的GSD-Editor制作的描述其生產(chǎn)的某一具體型號的設(shè)備的各種性能參數(shù)的文本文件。它可由制造商隨設(shè)備提供，用戶也可以從http://www.profibus.com下載。GSD文件包括所有與該設(shè)備有關(guān)的參數(shù)，例如：支持的波特率、信息長度、輸入和輸出數(shù)據(jù)的數(shù)量、診斷信息的含義、模塊化設(shè)備的可選件描述等。GSD文件一般由以下幾部分組成，其中以分號開始的內(nèi)容為注釋，為了便于說明，文件中的保留字用黑體字表示。

(1) DP GSD文件標識符，格式固定不變：#Profibus_DP

(2) 參數(shù)文本定義，語法為：
;
…
PrmText=4
Text(0)= “GRAY”
Text(1)= “BINARY”
Text(2)= “SHIFTED GRAY”
EndPrmText
…
在該部分可定義多個參數(shù)。

(3) 擴展用戶參數(shù)數(shù)據(jù)，語法為：
;
…
ExtUserPrmData=16 “Code SSI-Interface”
Unsigned8 0 0-2
Prm_Text_Ref= 4
EndExtUserPrmData
…
該部分定義該設(shè)備特有的參數(shù)，每個參數(shù)以ExtUserPrmData開始分別為其定義一個數(shù)字編號和用字符串表示的參數(shù)含義。對于該參數(shù)的設(shè)定值，用Prm_Text_Ref為其定義一個數(shù)字指針，指向在參數(shù)文本定義部分定義的一個文本參數(shù)號。本例中的Prm_Text_Ref= 4表示該參數(shù)的設(shè)定值由PrmText=4來定義，而在參數(shù)文本中明確給出該參數(shù)取不同值時所代表的編碼方式。對于本例中的“Unsigned8 0 0-2”，Unsigned8是參數(shù)的數(shù)據(jù)類型說明，為8為無符號整數(shù)，0表示默認取值，即格雷碼(GRAY)，0-2表示其取值范圍。參數(shù)文本定義和擴展用戶參數(shù)數(shù)據(jù)不是GSD文件的必有部分。

(4) 通用數(shù)據(jù)部分，語法及具體含義如下：

;
GSD_Revision=1 ；GSD文件的版本號
Vendor_Name="TR Electronic GmbH" ；制造商
Model_Name="TR CE65M DP V3.0" ；設(shè)備型號
Revision="V2.0" ；設(shè)備版本號
Ident_Number=0xAAAB ；由PTO簽發(fā)的唯一設(shè)備ID號
Protocol_Ident=0 ；定義支持的協(xié)議，0：DP；1：DP/FMS
Station_Type=0 ；設(shè)備類型，0：Slave；1：Master
FMS_supp=0 ；是否支持FMS
Hardware_Release="416157" ；設(shè)備硬件版本號
Software_Release="3.0" ；設(shè)備軟件版本號
9.6_supp=1 ；所支持的通信速率選擇，從9.6kB到12MB
…
MaxTsdr_9.6=60 ；與通信速率對應的最大應答時間
…

(5) 從結(jié)點通用數(shù)據(jù)，語法及具體含義如下:

; Slave-Specification:
OrderNumber="110-xxxxx" ；定貨號
Periphery="DPS"
OffsetFirstMPDBlock=0
ETERDelay=0
MaxResponseDelay=0
Freeze_Mode_supp=1 ；輸入數(shù)據(jù)同步
Sync_Mode_supp=1 ；輸出數(shù)據(jù)同步
Auto_Baud_supp=1 ；自動識別通信速率
Set_Slave_Add_supp=1 ；可通過 Profibus設(shè)定站地址
Min_Slave_Intervall=10 ；最小時間間隔，單位為100us
Max_Diag_Data_Len=57 ；最大診斷數(shù)據(jù)長度
Slave_Family=7@TR-ELECTRONIC ；為組態(tài)工具定義的產(chǎn)品家族標識
Bitmap_Device="Traaab3n" ；設(shè)備位圖文件名稱
Bitmap_Diag="Traaab3s" ；診斷位圖文件名稱
Modular_Station=1 ；站類型定義，1：模塊型；0：緊湊型
Max_Module=1 ；最大模塊數(shù)量(對模塊型而言)
Max_bbbbb_Len=6 ；輸入數(shù)據(jù)最大長度(對模塊型而言)
Max_Output_Len=4 ；輸出數(shù)據(jù)最大長度(對模塊型而言)
Max_Data_Len=10 ；輸入和輸出數(shù)據(jù)最大長度(對模塊型而言)
Fail_Safe=1 ；失敗安全功能
Max_User_Prm_Data_Len =33 ；最大用戶參數(shù)數(shù)據(jù)長度

(6) 模塊定義清單，分為兩類，一類稱為簡單模塊定義，如下例：
;
Module = "1 Byte DI " 0x10 ；1個字節(jié)的DI定義
EndModule
Module = "2 Byte DO" 0x21 ；2個字節(jié)的DO定義
EndModule
Module = "3 Byte DX" 0x32 ；3個字節(jié)的DX定義
EndModule

另一類稱為特殊模塊定義，如下例：
;
Module="PNO Class 1 16 Bit" 0xD0 ；模塊類型及其16進制代碼
Ext_Module_Prm_Data_Len=2 ；擴展模塊參數(shù)數(shù)據(jù)長度(以字節(jié)為單位)
Ext_User_Prm_Data_Const(0)=0x00,0x00 ；默認的擴展用戶參數(shù)組態(tài)
Ext_User_Prm_Data_Ref(1)=1
EndModule
在該部分中，使用Ext_User_Prm_Data_Ref為指定的字節(jié)定義所代表的參數(shù)，括號內(nèi)的數(shù)字是字節(jié)號（從0開始），等號后面的數(shù)字指向在擴展用戶參數(shù)數(shù)據(jù)中定義的參數(shù)號。

2 AC450系統(tǒng)中Profibus-DP的硬件配置和軟件組態(tài)

2.1 硬件配置

　　要在AC450系統(tǒng)中使用Profibus-DP，需要在CPU機架的擴展槽內(nèi)安裝一塊通信模塊作為Master，把PROFIBUS電纜通過總線連接器（SIEMENS 6ES7 972-0BA41-0XA0）連接到該板上，然后連接到其它Slave結(jié)點。下圖1是一個典型的配置圖，圖中有兩個Slave結(jié)點，一個是CE-65-M型絕對值編碼器，另一個是WAGO模塊組成的I/O站，各模塊作用如下：
WAGO 750-303： Profibus-DP Coupler(12Mbaud)
WAGO 750-610： 帶保險絲的供電模塊
WAGO 750-410： 雙通道24VDC DI模塊
WAGO 750-630： SSI傳感器接口模塊
WAGO 750-602： 供電模塊
WAGO 750-507： 雙通道24VDC DO模塊
WAGO 750-600： 終端模塊
 


2.2 軟件組態(tài)

　　ABB AC450系統(tǒng)中的軟件軟件組態(tài)分數(shù)據(jù)庫(DB)組態(tài)和程序(PC)組態(tài)兩部分，詳見參考文獻[4]。在PC部分，只需使用PC元素PB-R從Slave站點讀出所需的數(shù)據(jù)，這里著重介紹DB組態(tài)。在AC450中，與Profibus-DP有關(guān)的數(shù)據(jù)庫元素有三個：PB、PBSD、PBS，分別完成對總線、Slave特性描述、Slave站點的組態(tài)。各個數(shù)據(jù)庫元素詳細的輸入輸出端定義見參考文獻[3]。

(1) 總線的組態(tài)

　　按照下述步驟正確設(shè)置總線組態(tài)數(shù)據(jù)庫PB各輸入端的值：
-輸入總線號（BUSNO），范圍為1到255，注意不要與本系統(tǒng)中其它的總線號沖突。
-輸入站號（STNNO），范圍為1到125，注意不要與總線上其它Slave的站號沖突。
-輸入CI541模塊在機架中的位置和子位置（bbbbbbbb，SUBPOS）。
-設(shè)置總線參數(shù)部分，一般均使用系統(tǒng)默認值，需要注意的是參數(shù)BAURATE，應當根
據(jù)選用的通信介質(zhì)及其長度合理設(shè)置。例如如果使用A型電纜，則傳輸速率與長度對
應關(guān)系如下表1：
 


（2）Slave特性描述

　　數(shù)據(jù)庫元素PBSD完成對某一類或一個Profibus-DP Slave站點的特性描述，一般來說，對于象編碼器等緊湊型站點，不管在一條總線上用了多少個，可以為同型號的設(shè)備建立一個PBSD即可；而對于像WAGO I/O站等模塊型站點，除非幾個站點的I/O配置相同，否則要為每個站點分別建立一個PBSD，以完成其I/O配置。PBSD分為三部分：Slave參數(shù)、用戶參數(shù)數(shù)據(jù)、組態(tài)數(shù)據(jù)。對于Slave參數(shù)部分，可按照參考文獻[3]中對各參數(shù)的描述，在相應的GSD文件中取得正確的設(shè)置。對于用戶參數(shù)數(shù)據(jù)，一般也可以從GSD文件中取得，例如：UPRMDLEN對應于User_Prm_Data_Len 或Ext_Module_Prm_Data_Len指定的值，UPRMD1到UPRMD25對應于User_Prm_Data 或Ext_User_Prm_Data_Const(0) 指定的一組十六進制數(shù)，這些數(shù)字連續(xù)書寫（去掉“0x”標識），每個UPRMD可書寫最大20個數(shù)字，一個不夠可在下一個繼續(xù)寫。為了便于區(qū)分，也可以根據(jù)參數(shù)的具體含義分組，每組占用一個UPRMD。如果該模認參數(shù)不符合要求，可根據(jù)Ext_User_Prm_Data_Ref( )中指定的參數(shù)每個字節(jié)的具體含義進行修改。

　　對于組態(tài)數(shù)據(jù)部分，分緊湊型和模塊型兩種情況。對于象編碼器等緊湊型站點，CFGDLEN對應于Module定義的十六進制數(shù)的個數(shù)，CFGD1到CFGD25則對應著這些十六進制數(shù)，例如：如果Module="PNO Class 1 16 Bit" 0xD0，則：CFGDLEN=1，CFGD1=D0；如果Module="TR-Mode bbbbbbbb+Rpm." 0xF1,0XD0，則：CFGDLEN=2，CFGD1=F1D0。

　　對于象WAGO I/O等模塊型站點，根據(jù)站點中具體的各種型號的I/O模塊分配，然后根據(jù)GSD文件中對每種I/O模塊的定義確定上述參數(shù)。例如對于圖1中的WAGO站來說，GSD文件中與該硬件配置有關(guān)的內(nèi)容如下：
　　　　Module = "750-630 (/...-...) 1x32Bit I " 0xD1
　　　　Module = "0..8 Bit binary outputs " 0x20
　　　　Module = "0..8 Bit binary bbbbbs " 0x10
　　　　由此很容易計算出：CFGDLEN=10，CFGD1=D1D1D1D1D1D1D1201010。對于模塊型站點，應當注意，如果交換了模塊的位置，必須修改組態(tài)數(shù)據(jù)CFGD；如果增加或刪除了模塊，必須重新計算CFGDLEN和CFGD。

（3）Slave站點定義

　　在AC450系統(tǒng)中，PB元素的IMPL端和PBS的IMPL端有很強的依賴性，具體而言，只有當前者為0時才能創(chuàng)建該總線上的Slave站點。當增加Slave站點時，新增的PBS的IMPL端必須在PB元素的IMPL端置1之前設(shè)置為1，否則該站點不工作。因此正確建立Slave站點的步驟是：

-把相應PB元素的IMPL端改為0
-增加PBS站點，并輸入總線號（BUSNO）、站號（STNNO）和Slave站點描述索引
（它必須是一個已經(jīng)存在的PBSD）。
-把該PBS元素的IMPL端改為1（默認值）。
-把相應PB元素的IMPL端改為1以啟動該總線。

3 結(jié)論

實踐證明，在AC450系統(tǒng)中采用Profibus技術(shù)，能夠縮短安裝和調(diào)試工期，節(jié)省了大量電纜，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

參考文獻：

[1]WAGO-I/O-SYSTEM 750 Modular I/O System Profibus DP Manual,
WAGO Kontakttechnik GmbH
[2]Profibus-DP Advant? Controller 400 Series User’s Guide ，
ABB Automation Products AB 2000.
[3] Data Base Elements Advant? Controller 400 Series Reference Manual
ABB Automation Products AB 2000.
[4]孫漢峰：棒材和輕型材連續(xù)剪切控制系統(tǒng)，冶金自動化1997（6）