一種PROFIBUS冗余方案的實(shí)現(xiàn)  

              基于德國(guó)COMSOFT公司的PRS冗余交換機(jī)

對(duì)于某些行業(yè)、某些對(duì)象在安全方面和工藝方面有特殊要求的過(guò)程控制的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，系統(tǒng)冗余的問(wèn)題顯得十分的必要。在PROFIBUS DP主站冗余理念中，兩個(gè)完全相同（地址配置）的DP主站是必不可少的，但如何可靠、安全、迅速地實(shí)現(xiàn)兩個(gè)DP主站的線(xiàn)路切換，是每一個(gè)冗余系統(tǒng)必須面對(duì)的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。在以往的PROFIBUS冗余方案中，是通過(guò)建立Flying Master原則來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種方案中不可避免的缺點(diǎn)是成本和空間要求都很高，這給安裝調(diào)試和維護(hù)帶來(lái)了更多的問(wèn)題和更長(zhǎng)的排故時(shí)間，而且市場(chǎng)上很多DP主站是不支持Flying Master原則的，因?yàn)閮蓚€(gè)DP主站要預(yù)防同時(shí)被連接到總線(xiàn)上，導(dǎo)致雙地址沖突，系統(tǒng)癱瘓。本文所描述的方案是基于德國(guó)COMSOFT公司的PRS冗余交換器實(shí)現(xiàn)的，它能夠避免當(dāng)前冗余理念中的所有缺點(diǎn)，且簡(jiǎn)單，快速，安全。

PRS是一款緊湊型24伏帽軌模塊內(nèi)含切換邏輯和智能雙DP主站接口的DP從站。該設(shè)備可連接兩個(gè)DP主站并連接到其它所有DP從站網(wǎng)絡(luò)中。該交換機(jī)控制PROFIBUS協(xié)議和應(yīng)用層上運(yùn)作的DP主站的狀態(tài)。假如某一個(gè)運(yùn)作的主站有故障，該交換機(jī)就會(huì)物理切換到另一個(gè)待機(jī)的主站，整個(gè)切換過(guò)程并不影響DP從站的工作，即使PRS交換器本身出現(xiàn)故障而無(wú)法工作了，也不會(huì)影響原本主站的正常工作。

圖1是本套方案的基本結(jié)構(gòu)圖。

圖1：基于PRS的Profibus冗余結(jié)構(gòu)圖

從圖中可以看到，PRS可連接兩個(gè)完全相同的主站（包括配置，地址等等可完全相同），而下面又接了許多的從站設(shè)備，而PRS本身也作為一個(gè)從站存在，它也有自己唯一的站地址。

圖2是PRS的接口圖。

PRS的供電電壓為24V，RS232服務(wù)接口可供連接PC，并對(duì)PRS進(jìn)行基本設(shè)置，通過(guò)上下開(kāi)關(guān)可設(shè)置PRS本身的從站地址，MasterA和MasterB用于連接DP主站，Slave用于連接DP從站，而附加的EthernetA和EthernetB網(wǎng)口提供了另一種主站連接PRS的方式。

在簡(jiǎn)單介紹完這套方案之后，下面進(jìn)行實(shí)物測(cè)試。

圖3是本方案的實(shí)物連接圖，其中包括一個(gè)電源模塊，兩個(gè)Profibus主站（COMSOFT的FNL模塊），一個(gè)PRS模塊，一個(gè)從站（COMSOFT的XPS-E網(wǎng)關(guān)）。Profibus主站通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接PC，通過(guò)PC對(duì)其進(jìn)行組態(tài)，下載，控制。

圖3：實(shí)物連接圖

需要注意的是兩主站均作為該網(wǎng)絡(luò)的頭站，所以終端均打ON，而從站作為該網(wǎng)絡(luò)的尾站，終端電阻也需要打ON，而連接到PRS上的三個(gè)終端都需要打OFF。

圖4是主站的組態(tài)結(jié)構(gòu)圖。

圖4：主站組態(tài)結(jié)構(gòu)圖

組態(tài)軟件也是COMSOFT公司開(kāi)發(fā)的Configurator II，可以看到，PRS也是有GSD文件的，也是需要在主站中進(jìn)行組態(tài)的。

把兩臺(tái)主站組態(tài)成一模一樣之后下載到主站中，可通過(guò)軟件啟動(dòng)主站，并給設(shè)備上電。PRS首先把PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)切換到哪一個(gè)主站取決于主站的激活順序，哪一個(gè)主站先激活，就可先連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中。若PRS上電前兩主站都已經(jīng)被激活，那么PRS默認(rèn)連接MasterA。

MasterA與MasterB同時(shí)正常運(yùn)行，PRS把PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)切換到MasterA的控制下，從圖5.1可以看到，MasterA和MasterB都在運(yùn)行中，而從圖5.2可以看到，PRS的SIDE A，RUN A，RUN B均長(zhǎng)亮，而DP部分的SIDE A和SIDE B的ALIVE燈也長(zhǎng)亮，說(shuō)明MasterA和MasterB均處于正常可運(yùn)行狀態(tài)。

此時(shí)，從組態(tài)上來(lái)看，MasterA的所有站點(diǎn)均正常，而MasterB中除了PRS這個(gè)站點(diǎn)之外的其它站點(diǎn)都無(wú)法找到，如圖5.3和5.4所示。

若把MasterB反激活，則SIDE B的ALIVE燈熄滅，如圖5.5。

在這個(gè)方案中，PRS作為主站下來(lái)的第一個(gè)從站，而且主站跟PRS后面的所有從站通信都必須先經(jīng)過(guò)PRS，如果由于種種原因?qū)е?/span>PRS出錯(cuò)或掉電，這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)是不會(huì)受到影響的，它會(huì)保持原來(lái)已連接到網(wǎng)絡(luò)中的主站繼續(xù)工作。如圖6.1所示，PRS已掉電，但原有的主站仍處于工作狀態(tài)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也不會(huì)停機(jī)。

此時(shí)，從組態(tài)上可以看到，PRS這個(gè)站點(diǎn)已經(jīng)掉站，呈現(xiàn)紅色，而其它的從站是可以正常運(yùn)行的，如圖6.2。

總而言之，這套方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)PROFIBUS主站冗余是非常快速且可靠的，其優(yōu)點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的：

1、避免雙主站地址沖突

2、兩DP主站可以被相同配置

3、可與第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DP主站工作

4、通過(guò)PRS不會(huì)影響PROFIBUS數(shù)據(jù)通信，即使PRS出錯(cuò)

伴隨著工業(yè)的智能化、自動(dòng)化程度的提高，企業(yè)對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求也越來(lái)越高。因此，不同程度的冗余要求是必要的，為保證在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可靠、安全、持久的運(yùn)行，PROFIBUS DP冗余交換機(jī)在今后的總線(xiàn)中將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。