PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)知識點(diǎn)匯總

現(xiàn)場總線技術(shù)是一類統(tǒng)稱，針對實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)場總線技術(shù)又可劃分為多種類別。為增進(jìn)大家對現(xiàn)場總線技術(shù)的了解，本文將對PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容予以介紹。

一、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(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?shí)現(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(shí)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。

二、PROFIBUS特點(diǎn)

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(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?fù)錇榫€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?fù)浜涂偩€長度，從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

（4）站點(diǎn)數(shù)取決于信號特性，如對屏蔽雙絞線，每段為32個(gè)站點(diǎn)（無轉(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)，傳輸距離最長可達(dá)9.6km，用光纖時(shí)，最大傳輸長度為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。

三、PROFIBUS現(xiàn)場總線的組成

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(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：用于車間級監(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(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?，F(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(jī)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(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(gè)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(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(gè)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(gè)子網(wǎng)，通過交換機(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(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(yùn)輸15%（PROFIBUS-DP、DeviceNet），航空、國防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，隨著時(shí)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(yùn)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。

（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)績的總線，往往會進(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)特國際用戶組織，現(xiàn)在已成為德國標(biāo)準(zhǔn)，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。

七、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(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國際標(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(gè)成功應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。市場調(diào)查確認(rèn)，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。
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