PROFIBUS現(xiàn)場總線通信技術及其應用研究

劉洋

摘 要：隨著電子信息化社會的發(fā)展，將計算機技術和電子通信技術相互結合、滲透，信息技術的快速發(fā)展也推進了自動化技術領域的技術革新。本文對PROFIBUS現(xiàn)場總線技術進行了基本概述，展現(xiàn)了PROFIBUS的協(xié)議結構，根據(jù)PROFIBUS現(xiàn)場總線通信技術的結構特點介紹了其實際應用領域及系統(tǒng)軟件。

關鍵詞：PROFIBUS現(xiàn)場總線；通信技術；系統(tǒng)應用

在當今社會的工業(yè)生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場總線技術已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢，現(xiàn)場總線具有節(jié)約成本、提高系統(tǒng)準確可靠性的特點，用戶可享有高度的集成主動權。其開發(fā)目標是為打破目前系統(tǒng)孤立且開發(fā)程度低的現(xiàn)狀，建立一個開放式控制系統(tǒng)應用于工廠的底層信息網(wǎng)絡。當前發(fā)展較為典型且成熟的現(xiàn)場總線及產(chǎn)品有LON WORKS、 PROFIBUS、FF等，其中 PROFIBUS是最為流行的現(xiàn)場總線之一。它是開放式的現(xiàn)場總線 ，自動化設備交換信息皆可通過同樣的接口。通過對PROFIBUS現(xiàn)場總線的研究，使其促進社會的生產(chǎn)與發(fā)展。

1 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術概述

PROFIBUS不依賴于設備生產(chǎn)商的通信設想，具有國際化和開放式的特點，用于監(jiān)控工廠自動化車間和現(xiàn)場設備通信，可以實現(xiàn)工廠設備層到車間的數(shù)字監(jiān)控和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，為工廠自動化、智能化發(fā)展提供了有利依據(jù)。當總線系統(tǒng)啟動時，PROFIBUS可將所有連接到總線上的裝置設為相同的速度。其應用于制造業(yè)、流程工業(yè)、交通電力等領域。經(jīng)試驗證明和市場調查，該技術已經(jīng)在加工制造、過程控制等方面取得巨大成功。其技術優(yōu)勢能不斷給市場提供優(yōu)質的產(chǎn)品和技術服務。現(xiàn)場總線系統(tǒng)分為主站和從站，使用分散控制、集中控制、混合控制三種方式。當主站獲得總線控制權時，可直接主動發(fā)送信息，無需通過外界請求，其決定主線的數(shù)據(jù)通信，從站沒有總線控制權，僅通過外界請求對信息給予確認，從站裝置包括閥門、驅動器、輸入/輸出裝置等部分，實施時經(jīng)濟高效。

2 PROFIBUS協(xié)議結構

PROFIBUS協(xié)議結構的參考模型是以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡模型為基礎，如圖 1所示，模型一共分為 7層。其中，物理層為第一層，數(shù)據(jù)鏈路層為第二層，網(wǎng)絡層為第三層，傳輸層為第四層，會話層為第五層，表達層為第六層，應用層為第七層。其中，第三～六層沒有具體應用，其功能已集成于低層接口中。現(xiàn)場總線信息規(guī)范是指向用戶提供強有力的通信服務。低層接口是指協(xié)調通信關系提供第2層訪問接口且不需要依賴任何設備 。第 2層現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)具有可靠性，可控制訪問總線。用戶接口對不同的設備和系統(tǒng)具有調用功能，直接將數(shù)據(jù)映像提供給第2層的數(shù)據(jù)用戶，確保了數(shù)據(jù)的快速和有效傳輸。PROFIBUS-DP因其的性能高 、實時性好等優(yōu)點已被大多數(shù)用戶所接受。根據(jù)IEC1158-2標準，PA的傳輸技術使用連接器擴展PA網(wǎng)絡，通過總線給設備現(xiàn)場供電，保證其安全性， PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的DP協(xié)議。

3 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術的應用系統(tǒng)

PROFIBUS可便捷的構成集散式和分布式系統(tǒng)，公開各層現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的不同規(guī)范來設計系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口，實現(xiàn)不同的設備的網(wǎng)絡互聯(lián)，只要設備具有GDS文件，就能相互構成系統(tǒng)，便于用戶根據(jù)自己的需要選擇不同廠家的設備，此類分布式系統(tǒng)具有靈活性，基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術形成三級企業(yè)生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，分別為工廠管理層自動化系統(tǒng)、車間監(jiān)控層自動化系統(tǒng)、現(xiàn)場設備層自動化系統(tǒng)，其主要通信技術表現(xiàn)為以下幾個方面：

3.1 工廠管理層自動化系統(tǒng)

采用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術，利用DP 、PA 總線通過耦合器相連直接連接下層設備，使用集線器、辦公管理網(wǎng)將車間操作員工作站連接起來，現(xiàn)場儀表和執(zhí)行器對數(shù)據(jù)采集和控制，最終將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送給車間管理層。

車間管理網(wǎng)是主網(wǎng)內部的子網(wǎng)，對廠區(qū)骨干網(wǎng)的連接可選取交換機或路由器等設備，將車間數(shù)據(jù)集成再傳輸?shù)焦S管理層。PROFIBUS總線的上一層為全廠的供應 、生產(chǎn)、銷售管理等環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支持。其操作通過網(wǎng)間連接器接到全廠局域網(wǎng)，如將該局域網(wǎng)接入國際互聯(lián)網(wǎng)， 便可以通過國際互聯(lián)網(wǎng)對現(xiàn)場設備進行遠程訪問。

3.2 車間監(jiān)控層自動化系統(tǒng)

FMS總線為車間級總線，協(xié)調、優(yōu)化和管理部分車間級任務工作，主要任務是完成車間生產(chǎn)設備連接工作，具有生產(chǎn)統(tǒng)計、生產(chǎn)調度等車間級生產(chǎn)管理功能，對車間設備的運行進行整體監(jiān)控。

3.3 現(xiàn)場設備層自動化系統(tǒng)

現(xiàn)場設備連接為現(xiàn)場設備層的主要功能，在傳統(tǒng)的自動化控制系統(tǒng)設計中，采用的是對區(qū)域內的現(xiàn)場儀表、傳感器、執(zhí)行器等設備利用集中器或下位機連接在一起的方法，設備間連鎖控制需使用分散式 l/O、傳感器、驅動器、執(zhí)行機構、設備等完成。

4 結語

PROFIBUS現(xiàn)場總線通信技術為目前市場總線技術中應用較為廣泛的一種，是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的重要組成部分。它能實現(xiàn)從傳感器到優(yōu)化管理層的透明網(wǎng)絡，不僅是開放系統(tǒng)網(wǎng)絡，更是全分布控制系統(tǒng)。

基于PROFIBUS現(xiàn)場總線通信技術能實現(xiàn)過程自動化，在工廠生產(chǎn)中具有實際運用性，實現(xiàn)了工廠管理層自動化系統(tǒng)、車間監(jiān)控層自動化系統(tǒng)和現(xiàn)場設備層自動化系統(tǒng)的有效工作，積極開發(fā)基于PROFIBUS現(xiàn)場總線通信技術的控制系統(tǒng)，有利于推進工業(yè)自動化的發(fā)展。

參考文獻：

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