現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)詳探，PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的方方面面

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一類(lèi)統(tǒng)稱(chēng)，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)又可劃分為多種類(lèi)別。為增進(jìn)大家對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的了解，本文將對(duì)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容予以介紹。如果你對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、PROFIBUS概述

PROFIBUS，是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，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(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

二、PROFIBUS特點(diǎn)

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

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

(2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€型、樹(shù)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?fù)浜涂偩€長(zhǎng)度，從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

(4)站點(diǎn)數(shù)取決于信號(hào)特性，如對(duì)屏蔽雙絞線，每段為32個(gè)站點(diǎn)(無(wú)轉(zhuǎn)發(fā)器)，最多127個(gè)站點(diǎn)帶轉(zhuǎn)發(fā)器。

(5)傳輸介質(zhì)為屏蔽/非屏蔽雙絞線或光纖。

(6)當(dāng)用雙絞線時(shí)，傳輸距離最長(zhǎng)可達(dá)9.6km，用光纖時(shí)，最大傳輸長(zhǎng)度為90km。

(7)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。

(8)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。

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

三、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的組成

PROFIBUS由三個(gè)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(jí)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(hào)傳輸。

PORFIBUS-PA：專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。

PROFIBUS-FMS：用于車(chē)間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu).實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。

四、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(wèn)協(xié)議，因而，這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時(shí)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(jìn)行無(wú)電流的連續(xù)傳輸，用于PROFIBUS-PA，能滿(mǎn)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(guò)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，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(lèi)型而變化，距離小于50m時(shí)可用價(jià)格低廉的塑料纖維導(dǎo)體，距離小于1km時(shí)可使用玻璃纖維導(dǎo)體。

五、PROFIBUS應(yīng)用

典型的工廠自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該是三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus-DP/PA控制系統(tǒng)位于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的低層，即現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和車(chē)間級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus是面向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和車(chē)間級(jí)的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。

1.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

主要功能是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、開(kāi)關(guān)、[3]燈設(shè)備，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。主站負(fù)責(zé)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(chǔ)存在主站中，并由主站執(zhí)行。

2.車(chē)間監(jiān)控層

車(chē)間級(jí)監(jiān)控用來(lái)完成車(chē)間中生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，如一個(gè)車(chē)間三條生產(chǎn)線主控制器之間的連接，完成車(chē)間級(jí)設(shè)備監(jiān)控。車(chē)間級(jí)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(bào)警及維護(hù)等。通常還具有諸如生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度等車(chē)間級(jí)生產(chǎn)管理功能。車(chē)間級(jí)監(jiān)控通常要設(shè)立車(chē)間監(jiān)控室，在操作員工作站及打印設(shè)備上。車(chē)間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可采用Profibus-FMS，它是一個(gè)多主網(wǎng)絡(luò)，在這一級(jí)，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(chē)間操作員工作站可通過(guò)集線器與車(chē)間辦公管理網(wǎng)連接，將車(chē)間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車(chē)間管理層。車(chē)間管理網(wǎng)作為主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)，通過(guò)交換機(jī)、網(wǎng)橋或路由器等連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)上，將車(chē)間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。

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

六、PROFIBUS的發(fā)展現(xiàn)狀

(1)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(guó)ARC公司的市場(chǎng)調(diào)查，世界市場(chǎng)對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)總線的需求為：過(guò)程自動(dòng)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(yùn)輸15%(PROFIBUS-DP、DeviceNet)，航空、國(guó)防34%(PROFIBUS-FMS、LonWorks、ControlNet、DeviceNet)，農(nóng)業(yè)未統(tǒng)計(jì)(P-NET、CAN、PROFIBUS-PA/DP、DeviceNet、ControlNet)，樓宇未統(tǒng)計(jì)(LonWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet)。由此可見(jiàn)，隨著時(shí)間的推移，占有市場(chǎng)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(guò)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(yùn)輸、農(nóng)業(yè)。但這種劃分又不是盡對(duì)的，相互之間又互有滲透。

(2)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(jī)的總線，往往會(huì)進(jìn)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(kāi)發(fā)出PA，以適用于流程產(chǎn)業(yè)。

(3)Profibus總線強(qiáng)大的背景：Profibus總線具有獨(dú)特國(guó)際用戶(hù)組織，現(xiàn)在已成為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，并以Siemens公司為主要支持。另外，Profibus在競(jìng)爭(zhēng)中與其它多種總線協(xié)調(diào)共存。

七、PROFIBUS的發(fā)展前景

與其他現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。并大量采用成熟、開(kāi)放和通用的技術(shù)以適用各個(gè)領(lǐng)域，目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造、過(guò)程控制和自動(dòng)化等。PROFIBUS開(kāi)放性和不依賴(lài)于廠商的通信設(shè)想，已在10多萬(wàn)個(gè)成功應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。市場(chǎng)調(diào)查確認(rèn)，在德國(guó)和歐洲市場(chǎng)中PROFIBUS占開(kāi)放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的市場(chǎng)超過(guò)40%，PROFIBUS有國(guó)際著名自動(dòng)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(shì)并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)，并會(huì)向著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化發(fā)展。

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