PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)及發(fā)展趨勢分析

　　PROFIBUS概述

　　PROFIBUS，是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

　　PROFIBUS特點

　　Profibus作為業(yè)界應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)，除具有一般總線的優(yōu)點外還有自身的特點，具體表現(xiàn)如下：

　?。?）最大傳輸信息長度為255B，最大數(shù)據(jù)長度為244B，典型長度為120B。

　　（2）網(wǎng)絡(luò)拓撲為線型、樹型或總線型，兩端帶有有源的總線終端電阻。

　　（3）傳輸速率取決于網(wǎng)絡(luò)拓撲和總線長度，從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

　?。?）站點數(shù)取決于信號特性，如對屏蔽雙絞線，每段為32個站點（無轉(zhuǎn)發(fā)器），最多127個站點帶轉(zhuǎn)發(fā)器。

　?。?）傳輸介質(zhì)為屏蔽/非屏蔽雙絞線或光纖。

　?。?）當用雙絞線時，傳輸距離最長可達9.6km，用光纖時，最大傳輸長度為90km。

　?。?）傳輸技術(shù)為DP和FMS的RS-485傳輸、PA的IEC1158-2傳輸和光纖傳輸。

　?。?）采用單一的總線方位協(xié)議，包括主站之間的令牌傳遞與從站之間的主從方式。

　?。?）數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)包括循環(huán)和非循環(huán)兩類。

　　PROFIBUS現(xiàn)場總線的組成

　　PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS－PA（Process Automation ）．PROFIBUS-FMS （Fieldbus Message SpecificaTIon ）。

　　PROFIBUS–DP： 一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代辦24VDC或4－20mA信號傳輸。

　　PORFIBUS－PA：專為過程自動化設(shè)計，可使傳感器和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。

　　PROFIBUS－FMS：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)．實時多主網(wǎng)絡(luò)。

　　PROFIBUS的傳輸技術(shù)

　　PROFIBUS提供了3種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：用于DP/FMS的RS-傳輸技術(shù)，用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)，光纖傳輸技術(shù)。

　　1、用于DP/FMS的RS-485傳輸技術(shù)（H2）

　　由于DP與FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，因而，這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時操作。RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)，采用了電纜是屏蔽雙絞銅線。

　　2、用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)（H1）

　　IEC1158-2是一種位同步協(xié)議，可進行無電流的連續(xù)傳輸，用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本質(zhì)安全性，并通過總線對現(xiàn)場設(shè)備供電。

　　3、光纖傳輸技術(shù)

　　PROFIBUS系統(tǒng)在很大的環(huán)境下應(yīng)用時，可使用光纖導(dǎo)體，以增加高速傳輸距離。光纖的特性隨所用的材料類型而變化，距離小于50m時可用價格低廉的塑料纖維導(dǎo)體，距離小于1km時可使用玻璃纖維導(dǎo)體。

　　PROFIBUS的應(yīng)用

　　典型的工廠自動化系統(tǒng)應(yīng)該是三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于現(xiàn)場總線Profibus-DP/PA控制系統(tǒng)位于工廠自動化系統(tǒng)中的低層，即現(xiàn)場級和車間級。現(xiàn)場總線Profibus是面向現(xiàn)場級和車間級的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。

　　1.現(xiàn)場設(shè)備層

　　主要功能是連接現(xiàn)場設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行機構(gòu)、開關(guān)、［3］燈設(shè)備，完成現(xiàn)場設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。主站負責總線通信管理及所有從站的通信?？偩€上所有設(shè)備生產(chǎn)工藝控制程序均儲存在主站中，并由主站執(zhí)行。

　　2.車間監(jiān)控層

　　車間級監(jiān)控用來完成車間中生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，如一個車間三條生產(chǎn)線主控制器之間的連接，完成車間級設(shè)備監(jiān)控。車間級監(jiān)控包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)控、設(shè)備故障報警及維護等。通常還具有諸如生產(chǎn)統(tǒng)計、生產(chǎn)調(diào)度等車間級生產(chǎn)管理功能。車間級監(jiān)控通常要設(shè)立車間監(jiān)控室，在操作員工作站及打印設(shè)備上。車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可采用Profibus-FMS，它是一個多主網(wǎng)絡(luò)，在這一級，數(shù)據(jù)傳輸速度不是最重要的，而是要能夠傳送大容量信息。

　　3.工廠管理層

　　車間操作員工作站可通過集線器與車間辦公管理網(wǎng)連接，將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車間管理層。車間管理網(wǎng)作為主網(wǎng)的一個子網(wǎng)，通過交換機、網(wǎng)橋或路由器等連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)上，將車間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。

　　車間管理層通常所說的以太網(wǎng)，即IEEE802.3和IETFTCP/IP的通信協(xié)議標準。工廠骨干網(wǎng)可根據(jù)工廠實際情況，采用如FDDI或ATM等網(wǎng)絡(luò)。

　　PROFIBUS的發(fā)展現(xiàn)狀

　?。?）多種總線共存，其中PROFIBUS總線的應(yīng)用貫穿各大領(lǐng)域：據(jù)美國ARC公司的市場調(diào)查，世界市場對各種現(xiàn)場總線的需求為：過程自動化15%（FF、PROFIBUS-PA、WorldFIP），醫(yī)藥領(lǐng)域18%（FF、PROFIBUS-PA、WorldFIP），加工制造15%（PROFIBUS-DP、DeviceNet），交通運輸15%（PROFIBUS-DP、DeviceNet），航空、國防34%（PROFIBUS-FMS、LonWorks、ControlNet、DeviceNet），農(nóng)業(yè)未統(tǒng)計（P-NET、CAN、PROFIBUS-PA/DP、DeviceNet、ControlNet），樓宇未統(tǒng)計（LonWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet）。由此可見，隨著時間的推移，占有市場80％左右的總線將只有六七種，而且其應(yīng)用領(lǐng)域比較明確，如 FF、PROFIBUS-PA適用于冶金、石油、化工、醫(yī)藥等流程行業(yè)的過程控制，PROFIBUS-DP、 DeviceNet適用于加工制造業(yè)，LonWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet適用于樓宇、交通運輸、農(nóng)業(yè)。但這種劃分又不是盡對的，相互之間又互有滲透。

　?。?）Profibus總線應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展：在一定應(yīng)用領(lǐng)域中已取得良好業(yè)績的總線，往往會進一步根據(jù)需要向其它領(lǐng)域發(fā)展。如Profibus在DP的基礎(chǔ)上又開發(fā)出PA，以適用于流程產(chǎn)業(yè)。

　?。?）Profibus總線強大的背景：Profibus總線具有獨特國際用戶組織，現(xiàn)在已成為德國標準，并以Siemens公司為主要支持。另外，Profibus在競爭中與其它多種總線協(xié)調(diào)共存。

　　PROFIBUS的發(fā)展前景

　　與其他現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標準EN50170作保證，并經(jīng)實際應(yīng)用驗證具有普遍性。并大量采用成熟、開放和通用的技術(shù)以適用各個領(lǐng)域，目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造、過程控制和自動化等。PROFIBUS開放性和不依賴于廠商的通信設(shè)想，已在10多萬個成功應(yīng)用中得以實現(xiàn)。市場調(diào)查確認，在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場超過40%，PROFIBUS有國際著名自動化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)，并會向著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單化發(fā)展。