現場(chǎng)總線(xiàn)在低壓電器行業(yè)中的應用分析

1、Profibus總線(xiàn)技術(shù)

　　Profbus是一種不依賴(lài)廠(chǎng)家的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)標準，采用Profibus的標準系統后，不同廠(chǎng)商所生產(chǎn)的設備不需要對其接口進(jìn)行特別調整就可通信。Profibus為多主從結構，可方便地構成集中式、集散式和分布式控制系統。針對不同的應用場(chǎng)合，它分為三個(gè)系列：

　?。?）Profibus－DP用于傳感器和執行器級的高速數據傳輸，它以德國標準DIN1924的第一部分為基礎，根據其所需要達到的目標對通信功能加以擴充，DP的傳輸速率可達12Mb/S，一般構成單主站系統，主站、從站間采用循環(huán)數據傳送方式工作。

　　Profibus－DP的設計旨在用于設備級的高速數據傳送。中央控制器（PLC/PC）通過(guò)高速串行線(xiàn)同分散的現場(chǎng)設備（如 1/O、驅動(dòng)器、閥門(mén)等）進(jìn)行通信，同這些分散的設備進(jìn)行數據交換多數是周期性的。

　?。?）Profibus－PA適用于安全性要求較高的場(chǎng)合。PA具有本質(zhì)安全特性，其實(shí)現了IECll58－2（物理層）規定的通信的規程。

　　Profibus－PA的過(guò)程自動(dòng)化解決方案中PA將自動(dòng)化系統和過(guò)程控制系統與現場(chǎng)設備（壓力溫度和液位變送器等）連接起來(lái)，代替了4－20mA模擬信號傳輸技術(shù)，節約成本，并大大提高了系統功能和安全可靠性，因此PA尤其適用于化工、石油、冶金等行業(yè)的過(guò)程自動(dòng)化控制系統。
　　
　?。?）Profibus－FMS旨在解決車(chē)間級通用性通信任務(wù)。FMS提供大量的通信服務(wù)，用以完成以中等傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)交換，因此它考慮的主要是系統功能而不是系統響應時(shí)間，應用中通常要求的是隨機的信息交換（如改變設定多數等）。強有力的FMS服務(wù)向人們提供了廣泛的應用范圍和更大的靈活性，可用于大范圍和復雜的通信系統。
Profibus協(xié)議的結構定問(wèn)是根據iso7498國際標準以開(kāi)放式系統互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )（osi）作為參考模型的。

　　Profibus－DP使用第一層、第二層和用戶(hù)接口。這種結構確保了數據傳輸的快速和有效進(jìn)行，直接數據鏈路映象（DDLM）為用戶(hù)接口提供第二層功能映象，用戶(hù)接口規定了用戶(hù)系統以及不同設備可以調用的應用功能，并詳細說(shuō)明了各種不同Profibus－DP設備的設備行為。

　　Profibus－PA使用Prfibus－DP的基本功能傳送測量值和狀態(tài)，并用擴展的Profibus－DP功能來(lái)制定現場(chǎng)設備的參數和進(jìn)行設備操作。另外它使用了描述現場(chǎng)設備行為的PA行規，根據 IECI 158－2標準，這種傳輸技術(shù)可確保其本征安全性并使現場(chǎng)設備通過(guò)總線(xiàn)供電。

　　Profibus－FMS對第一、第二和第七層均加以定義，其中應用層包括了現場(chǎng)總線(xiàn)信息規格（Fieldbus Message Specification，FMS）和低層接口（Lower interface，LLI）。FMS向用戶(hù)提供了廣泛的通信服務(wù)功能，LLI則向FMS提供了不依賴(lài)設備訪(fǎng)問(wèn)第二層（現場(chǎng)總線(xiàn)數據鏈路層）的能力，第二層主要完成總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)控制和保持數據的可靠性。

　　PMS服務(wù)是ISO9506 MMS（Manufacturing Message Specification，加工制造信息規范）服務(wù)項目的子集，這些服務(wù)項目在現場(chǎng)總線(xiàn)應用中被優(yōu)化，而且還加上了通信目標和網(wǎng)絡(luò )管理功能。

　　Profibus－DP和Profibus－FMS系統使用了同樣的傳輸技術(shù)和統一的總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議，因而這兩套系統可在同一電纜上同時(shí)操作。

　　2、在低壓電器行業(yè)中的應用

　?。?）智能化斷路器 3WN6通過(guò) Profibus－DP網(wǎng)關(guān)（DP/3WN6接口單元）與 Profibus－DP相連接，從而與上位機S7－300PLC通信。通過(guò)這種方法，控制信號和3WN6外圍的有用數據可以通過(guò)一根簡(jiǎn)單的兩芯電纜或光纖電纜與具有Profibus－DP控制能力的自動(dòng)化級進(jìn)行傳輸，對控制系統而言也就省去了不必要的常規的數據電纜布線(xiàn)。DP/3WN6接口單元組裝于一個(gè)可安裝的標準安裝導軌上70mm寬的緊湊外殼之中。單元可以并排安裝，甚至垂直安裝，彼此之間無(wú)需任何安裝空間。DP/3WN6的九芯SUB－D插座連接。DP/3WN6接口是與3WN6斷路器點(diǎn)對點(diǎn)連接的。Profibus－DP配置的更改是在接口完成的。Profibus－DP允許12Mb人的數據速度。在初次使用前，只需預置Profibus－DP的地址。位速率和其他的總線(xiàn)參數則由主控機單元預先設置，接口對該設備自動(dòng)接受。電源連接以后與斷路器的通訊自動(dòng)地建立起來(lái)。Profibus和斷路器的接口由接口連接地監視，并且其狀態(tài)是經(jīng)過(guò)兩只發(fā)光二極管（紅色和綠色）來(lái)顯示的。Profibus－DP的共享者“DP/3WN6接口”是通過(guò)諸如 SIMATIC SS的 COM Profibus參數化軟件，SIMATIC S7編程軟件或其他主控機供應商提供的軟件來(lái)策劃完成的。斷路器既可以通過(guò)鍵盤(pán)在過(guò)流脫扣器上進(jìn)行組態(tài)池可以手持單元通過(guò)應用程序來(lái)設置參數。

　　總線(xiàn)上有用的數據：①模擬量測量值，如相電流、接地故障電流、功率因數。②事件信息，如脫扣類(lèi)型、欠負荷、相不平衡。③操作狀態(tài)，如開(kāi)或關(guān)、處于試驗位置、合問(wèn)就緒。④組態(tài)數據，如額定工作電流、短路電流、故障保護參數。⑤診斷數據，如上次脫扣電流值、前15min峰值電流。遙控操作，合問(wèn)或分閘、其他的接口。

　?。?）AS司總線(xiàn)通過(guò)DP／AS－I接口單元（網(wǎng)關(guān)）與Profibus－DP相連，從而使AS——I的有用數據可以通過(guò)Profibus－DP與自動(dòng)化系統進(jìn)行交換。

　　AS司是一種適用于雙工線(xiàn)的執行器和傳感器的現場(chǎng)型網(wǎng)絡(luò )系統，它通過(guò)兩根電纜進(jìn)行傳輸，數據信號和電源共載于雙工線(xiàn)上，可以具有任意的拓撲配置，以滿(mǎn)足不同的應用場(chǎng)合，最多允許31個(gè)站點(diǎn)或從屬設備與ASJ相連接，而一個(gè)ASJ應用模塊可與至多四個(gè)標準的雙工線(xiàn)傳感器和執行器連接，這樣ASJ一共提供了124個(gè)傳感器和124個(gè)執行器的最大配置。

　　接口單元組裝于一個(gè)可安裝在標準安裝導軌上的70mm緊湊外殼之中。單元可以并排安裝，也可以垂直安裝，彼此之間無(wú)需任何安裝空間。接口單元的DP主控機的格式化軟件盤(pán)上能夠為設備提供特殊設置的設備主控文件（GSD）來(lái)格式化。在SIMATIC SS中，格式化是通過(guò)COM Profibus完成的。對SIMATIC S7而言，Profibus。－DP格式化是STEP7所集成的一部分。

　　DP的地址是通過(guò)一只編碼開(kāi)關(guān)而實(shí)現的。其波特率是自動(dòng)設定的。與相連接的AS從屬設備的數目無(wú)關(guān)，一個(gè)16字節的輸人（PAA）的地址空間總在 PLC當中儲存。Profibus和AS－Interface的接口是被連續地監視的，其狀態(tài)是經(jīng)兩只發(fā)光二極管（紅色和綠色）來(lái)顯示的。第三只發(fā)光二極管用來(lái)顯示共可用性。“通電”以后，當前的AS一互組態(tài)就定義了。如果連接了AS－I從屬設備，已定義的數據總線(xiàn)的組態(tài)（LES——已識別的從屬設備列表）就變?yōu)檫B接處的總線(xiàn)組態(tài)（LA——激活的從屬設備列表）。如果沒(méi)有從屬設備可識別，就沒(méi)有連接外的組態(tài)被列人主控機的清單中。隨后所識別的從屬設備直到RESET按鈕按下后才能被接受或激活。

　　Profibus－DP為主干線(xiàn)人AS一I總線(xiàn)通過(guò)DP/AS—互耦合器接人Profibus－DP系統。AS司總線(xiàn)上可以連接各種執行器、傳感器，Profibus—DP通過(guò)S7－300對總線(xiàn)上的智能化設備進(jìn)行組態(tài)、參數化等工作。通過(guò)Beckhoff公司的BK3000/BK3010/BK3100/BK3110與Profibus-DP連接。Beckhoff公司的BK3000系列采用一個(gè)386EX芯片作為內核，并且支持同Profibus－DP有連接，BK3000系列的實(shí)質(zhì)是一個(gè)輸人/輸出數據的收集站，它可以起到AS河網(wǎng)關(guān)的作用，但由于其采用386EX芯片作為內核，其功能和使用均比AS－I網(wǎng)關(guān)要靈活。BK3000是作為ProfibSS系統中DP－FMS的從站設備的，它包括總線(xiàn)連接插頭、地址編碼接口和64個(gè)I/O等。BK3000和BK3 100支持對所有總線(xiàn)終端的操作，對模擬量輸人/輸出也一樣，通過(guò)使用KS200配置，可以對模擬/復合總線(xiàn)終端進(jìn)行調整，以適應各種特殊的應用場(chǎng)合，總線(xiàn)終端也可以通過(guò)PLC和PC機對其進(jìn)行操作控制，Becoff公司提供GSD文件，支持對總線(xiàn)終端的組態(tài)工作。

　　3、結論

　?。?）Profibus、AS一I、智能子站（Beckhoff公司的BK3000系列）可以構成一個(gè)靈活的配電控制系統，尤其在I/O層面上相當靈活，可以滿(mǎn)足配電控制系統的一般要求和大部分應用場(chǎng)合。

　?。?）隨著(zhù)IEC61158的通過(guò)，各種總線(xiàn)之間的互聯(lián)將成為趨勢，Profibus的下一步將會(huì )是和各總線(xiàn)在優(yōu)各個(gè)層面上互聯(lián)。因此，它的發(fā)展會(huì )以本文介紹的兩種方法進(jìn)行：①和異種總線(xiàn)用同關(guān)連接，AS一I。②向智能子站（Beckhoff公司的BK3000系）方向發(fā)展。