工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )結構

工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示，它主要包括現場(chǎng)設備層、車(chē)間監控層和工廠(chǎng)管理層3個(gè)層次的內容。

圖1工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )結構

1、現場(chǎng)設備層
主要功能是連接現場(chǎng)設備，例如分布式I/O、傳感器、驅動(dòng)器、執行機構和開(kāi)關(guān)設備等，完成現場(chǎng)設備控制及設備間連鎖控制。在這里可以采用AS-i和PROFIBUS通訊總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行控制。
2、車(chē)間監控層
車(chē)間監控層又稱(chēng)為單元層，用來(lái)完成車(chē)間主生產(chǎn)設備之間的連接，包括生產(chǎn)設備狀態(tài)的在線(xiàn)監控、設備故障報警及維護等。還有生產(chǎn)統計、生產(chǎn)調度等功能。傳輸速度不是最重要的，但是應能傳送大容量的信息。在這里主要采用ProfiNET通訊總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行控制。
3、工廠(chǎng)管理層
車(chē)間操作員工作站通過(guò)以太網(wǎng)集線(xiàn)器與車(chē)間辦公管理網(wǎng)連接，將車(chē)間生產(chǎn)數據送到車(chē)間管理層。車(chē)間管理網(wǎng)作為工廠(chǎng)主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)，連接到廠(chǎng)區骨干網(wǎng)，將車(chē)間數據集成到工廠(chǎng)管理層。

二、PROFIBUS通訊概述
1、概述
PROFIBUS是一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，它廣泛適用于制造業(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 已被納入現場(chǎng)總線(xiàn)的國際標準IEC 61158 和歐洲標準EN 50170，并于2001 年被定為我國的國家標準JB/T10308.3-2001。
PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（ Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation ）和PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。其中PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式I／O的通信，使用PROFIBUS－DP可取代辦24VDC或4－20mA信號傳輸。而PROFIBUS-PA是專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設計，可使傳感器和執行機構聯(lián)在一根總線(xiàn)上，并有本征安全規范。PROFIBUS-FMS則用于車(chē)間級監控網(wǎng)絡(luò )，是一個(gè)令牌結構、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò )。
PROFIBUS是一種用于工廠(chǎng)自動(dòng)化車(chē)間級監控和現場(chǎng)設備層數據通信與控制的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)?？蓪?shí)現現場(chǎng)設備層到車(chē)間級監控的分散式數字控制和現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )，從而為實(shí)現工廠(chǎng)綜合自動(dòng)化和現場(chǎng)設備智能化提供了可行的解決方案。
與其它現場(chǎng)總線(xiàn)系統相比，PROFIBUS的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩定的國際標準EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應用驗證具有普遍性。目前已應用的領(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(chǎng)商的通信的設想，已在10多萬(wàn)成功應用中得以實(shí)現。市場(chǎng)調查確認，在德國和歐洲市場(chǎng)中PROFIBUS占開(kāi)放性工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)系統的市場(chǎng)超過(guò)40％。PROFIBUS有國際著(zhù)名自動(dòng)化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠(chǎng)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)。
2、可以連接到PROFIBUS DP的設備
如圖2所示，大多數設備可以作為 DP 主站或 DP 從站連接至 PROFIBUS DP，唯一的限制是它們的行為必須符合標準 IEC 61784-1：2002 Ed1 CP 3/1。對于其它設備，可以使用以下產(chǎn)品系列的設備：
• SIMATIC S7/M7/C7
• SIMATIC S5
• SIMATIC PD/PC
• SIMATICHMI(操作面板(OP)、操作員站(OS)以及文本顯示(TD)操作員控制和監視設備)
• 其它廠(chǎng)商的設備

圖2 可以連接到PROFIBUS DP的設備
3、PROFIBUS 協(xié)議結構
圖3所示為PROFIBUS的協(xié)議結構，PROFIBUS 采用主站（Master）之間的令牌（Token）傳遞方式和主站與從站（Slave）之間的主-從方式。當某主站得到令牌報文后可以與所有主站和從站通信。

圖3 PROFIBUS 協(xié)議結構

在總線(xiàn)初始化和起動(dòng)階段建立令牌環(huán)。在總線(xiàn)運行期間，從令牌環(huán)中去掉有故障的主動(dòng)節點(diǎn)，將新上電的主動(dòng)節點(diǎn)加入到令牌環(huán)中。監視傳輸介質(zhì)和收發(fā)器是否有故障，檢查站點(diǎn)地址是否出錯，以及令牌是否丟失或有多個(gè)令牌。
DP 主站與DP 從站間的通信基于主-從原理，DP 主站按輪詢(xún)表依次訪(fǎng)問(wèn)DP 從站。報文循環(huán)由DP 主站發(fā)出的請求幀（輪詢(xún)報文）和由DP 從站返回的響應幀組成。

三、PROFIBUS硬件
1、PROFIBUS 的物理層
可以使用多種通信介質(zhì)(電、光、紅外、導軌以及混合方式)。傳輸速率9.6k～12M bit/s，假設DP 有32 個(gè)站點(diǎn)，所有站點(diǎn)傳送512 bit/s輸入和512bit/s 輸出，在12Ｍbit/s 時(shí)只需１ms。每個(gè)DP 從站的輸入數據和輸出數據最大為244 字節。使用屏蔽雙絞線(xiàn)電纜時(shí)最長(cháng)通信距離為9.6km，使用光纜時(shí)最長(cháng)90km，最多可以接127 個(gè)從站?？梢允褂渺`活的拓撲結構，支持線(xiàn)型、樹(shù)型、環(huán)型結構以及冗余的通信模型。
DP 和FMS 使用相同的傳輸技術(shù)和統一的總線(xiàn)存取協(xié)議，可以在同一根電纜上同時(shí)運行。DP/FMS 符合EIA RS-485 標準（也稱(chēng)為H2），采用屏蔽或非屏蔽雙絞線(xiàn)電纜，9.6 kbit/s 到12M bit/s。一個(gè)總線(xiàn)段最多32 個(gè)站，帶中繼器最多127 個(gè)站。
2、D 型連接器
PROFIBUS 標準推薦總線(xiàn)站與總線(xiàn)的相互連接使用9 針D 型連接器（如圖4所示）。A，B 線(xiàn)上的波形相反。信號為1 時(shí)B 線(xiàn)為高電平，A 線(xiàn)為低電平。

圖4 針D 型連接器
使用該連接器時(shí)，注意A1和B1為入線(xiàn)電纜接口端、A2、B2為出線(xiàn)電纜接入端；在接線(xiàn)時(shí)將電纜內的綠色芯纜接入A、紅色芯纜接B，并將PROFIBUS電纜的紫色外皮剝去適宜長(cháng)度，并保留部分屏蔽層。