一種PROFIBUS冗余方案的實現(xiàn)
基于德國COMSOFT公司的PRS冗余交換機(jī)
對于某些行業(yè)、某些對象在安全方面和工藝方面有特殊要求的過程控制的現(xiàn)場總線，系統(tǒng)冗余的問題顯得十分的必要。在PROFIBUS DP主站冗余理念中，兩個完全相同（地址配置）的DP主站是必不可少的，但如何可靠、安全、迅速地實現(xiàn)兩個DP主站的線路切換，是每一個冗余系統(tǒng)必須面對的問題和挑戰(zhàn)。在以往的PROFIBUS冗余方案中，是通過建立Flying
Master原則來實現(xiàn)的，這種方案中不可避免的缺點是成本和空間要求都很高，這給安裝調(diào)試和維護(hù)帶來了更多的問題和更長的排故時間，而且市場上很多DP主站是不支持Flying Master原則的，因為兩個DP主站要預(yù)防同時被連接到總線上，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COMSOFT公司的PRS冗余交換器實現(xiàn)的，它能夠避免當(dāng)前冗余理念中的所有缺點，且簡單，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)用層上運作的DP主站的狀態(tài)。假如某一個運作的主站有故障，該交換機(jī)就會物理切換到另一個待機(jī)的主站，整個切換過程并不影響DP從站的工作，即使PRS交換器本身出現(xiàn)故障而無法工作了，也不會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PRS進(jìn)行基本設(shè)置，通過上下開關(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。
在簡單介紹完這套方案之后，下面進(jìn)行實物測試。
圖3是本方案的實物連接圖，其中包括一個電源模塊，兩個Profibus主站（COMSOFT的FNL模塊），一個PRS模塊，一個從站（COMSOFT的XPS-E網(wǎng)關(guān)）。Profibus主站通過網(wǎng)線連接PC，通過PC對其進(jìn)行組態(tài)，下載，控制。
圖3：實物連接圖
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。
把兩臺主站組態(tài)成一模一樣之后下載到主站中，可通過軟件啟動主站，并給設(shè)備上電。PRS首先把PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)切換到哪一個主站取決于主站的激活順序，哪一個主站先激活，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同時正常運行，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都在運行中，而從圖5.2可以看到，PRS的SIDE A，RUN A，RUN B均長亮，而DP部分的SIDE A和SIDE B的ALIVE燈也長亮，說明MasterA和MasterB均處于正常可運行狀態(tài)。
此時，從組態(tài)上來看，MasterA的所有站點均正常，而MasterB中除了PRS這個站點之外的其它站點都無法找到，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。
在這個方案中，PRS作為主站下來的第一個從站，而且主站跟PRS后面的所有從站通信都必須先經(jīng)過PRS，如果由于種種原因?qū)е?/span>PRS出錯或掉電，這時整個系統(tǒng)是不會受到影響的，它會保持原來已連接到網(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)，整個網(wǎng)絡(luò)也不會停機(jī)。
此時，從組態(tài)上可以看到，PRS這個站點已經(jīng)掉站，呈現(xiàn)紅色，而其它的從站是可以正常運行的，如圖6.2。
總而言之，這套方案對于實現(xiàn)PROFIBUS主站冗余是非?？焖偾铱煽康?，其優(yōu)點也是顯而易見的：
1、避免雙主站地址沖突
2、兩DP主站可以被相同配置
3、可與第一個標(biāo)準(zhǔn)的DP主站工作
4、通過PRS不會影響PROFIBUS數(shù)據(jù)通信，即使PRS出錯
伴隨著工業(yè)的智能化、自動化程度的提高，企業(yè)對系統(tǒng)的可靠性要求也越來越高。因此，不同程度的冗余要求是必要的，為保證在現(xiàn)場總線可靠、安全、持久的運行，PROFIBUS DP冗余交換機(jī)在今后的總線中將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
