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PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)及其在開(kāi)放控制系統中的應用

作者： 時(shí)間：2013-03-14 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
1引言

隨著(zhù)計算機、控制、通信和網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)的進(jìn)步，現場(chǎng)總線(xiàn)在20世紀80年代中期逐漸發(fā)展起來(lái)。現場(chǎng)總線(xiàn)是應用在生產(chǎn)現場(chǎng)測量與控制設備之間實(shí)現雙向串行多節點(diǎn)數字通信的系統，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數字化、多節點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò )。PROFIBUS是過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)（ProcessField Bus）的縮寫(xiě)。德國科學(xué)技術(shù)部總結了20世紀80年代德國工業(yè)界自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗，為了適應分散控制系統的發(fā)展要求，對各公司自己定義的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議加以規范化、公開(kāi)化，使得不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的自動(dòng)控制設備在網(wǎng)絡(luò )通信級互相兼容、遵守同一協(xié)議，以利于提高工業(yè)標準化水平，于1987年列為德國國家項目，由13家大公司（如SIEMENS、ABB、AEG等）及5家研究所經(jīng)過(guò)2 a多的時(shí)間完成。1991年，PROFIBUS成為德國國家標準DIN 19245,1996年6月成為歐洲標準EN 10170,1999年加入IEC 61158協(xié)議。PROFIBUS已成為應用廣泛、技術(shù)成熟的國際標準現場(chǎng)總線(xiàn)之一，廣泛應用于加工制造、過(guò)程和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。

2 PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)

2.1 PROFIBUS系列

PROFIBUS根據應用特點(diǎn)分為PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA 3個(gè)兼容版本。

a. PROFIBUS-DP以DIN 19245的第一部分為基礎，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速、廉價(jià)通信網(wǎng)絡(luò )，適用于自動(dòng)控制系統和設備級分散I/O之間通信。在設備級，中央控制器（如PLC、PC）通過(guò)高速串行線(xiàn)同分散的現場(chǎng)設備（如I/O、傳感器、閥門(mén)、執行器等）進(jìn)行通信。DP一般構成單主站系統，主從站之間采用循環(huán)數據傳送方式工作，最高通信速率可達12 Mbit/s。

b. PROFIBUS-FMS完成車(chē)間級通用性通信任務(wù)，提供大量的通信服務(wù)，實(shí)現周期性和非周期性通信。目前，PROFIBUS-FMS的作用正在為高速工業(yè)以太網(wǎng)HSE(High Speed Ethernet)代替。

c. PROFIBUS-PA專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設計,用于本質(zhì)安全和現場(chǎng)供電的場(chǎng)合。

2.2 PROFIBUS的協(xié)議結構和傳輸技術(shù)

PROFIBUS協(xié)議根據ISO 74898國際標準，以開(kāi)放系統互連ISO/OSI為參考模型。協(xié)議結構如圖1所示。協(xié)議定義了第1層（物理層）、第2層（數據鏈路層）和第7層（應用層）。沒(méi)有使用第3層至第6層，這樣可以減少通信開(kāi)支，增加效率。

2.2.1 PROFIBUS的物理層

現場(chǎng)總線(xiàn)的物理層規定了總線(xiàn)介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò )拓撲、傳輸距離、傳輸速率、站點(diǎn)數以及總線(xiàn)接口。它提供有關(guān)同步和比特流在物理媒體上的傳輸手段。PROFIBUS提供3種傳輸技術(shù)。

a. DP和FMS的RS 485傳輸基本特點(diǎn)見(jiàn)表1。
b. PA的IEC 1158-2傳輸基本特點(diǎn)見(jiàn)表2。

c. 在電磁干擾很大的環(huán)境下，可以使用光纖導體提高傳輸距離和傳輸速度。許多廠(chǎng)商提供專(zhuān)用的總線(xiàn)插頭可將RS 485信號和光纖信號互相轉換。
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