Profibus現場總線及應用實例

　　Profibus有全球最多的供貨廠商數， Profibus在國內已經得到了很好的發展，目前在國內市 場佔有率也是最高的。

1. Profibus的概述

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/330902.htm

　　Profibus現場總線技術已被列為IEC61158國際標準，是世界上應用最廣泛的現場總線技 術，由Profibus-FMS、Profibus-P A和Profibus-DP等3部分組成。其中Profibus-DP是一種高速(數據傳輸速率9. 6kb/s~ 12Mb/s)、經濟的設備級網絡，主要用於現場控制器與分散110之間的通信，可滿足交直流調速系統快速響應的時間要求; Profibus-PA用於過程控制，用IECII58-2標準，傳輸速率為31. 25kb/s，提供本質安全特性，適用於安全性要求較高以及由總線供電的場合; Profibus- FM S主要解決車間級通信問題，完成中等傳輸速率的循環或非循環數據交換任務。DP、PA以及FMS的完美結合使得Profibus現場總線在結構和性能上優越於其他現場總線。

2. Profibus-DP參考模型

　　Profibus協議結構是根據lS07498國際標準，以開放式系統網際網路作為參考模型的。

　　Profibus-DP定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規定了用戶及 系統以及不同設備可調用的應用功能，並詳細說明了各種不同Profibus- DP設備的設備行為。

　　Profibus-DP物理層與ISO/OSI參考模型的第一層相同，採用EIA-RS485協議，根據數據傳 輸速率的不同，可選用雙絞線和光纖兩種傳輸媒體。

　　Profibus-DP數據鏈路層協議媒體訪問控制(MAL)部分採用受控訪問的令牌總線(Token B山)和主從方式。其中令牌總線與區域網lEE四024協議一致，令牌在總線上的各主站間傳 遞，持有令牌的主站獲得總線控制權，該主站依照關係表與從站或與其他主站進行通信。主從方式的數據鏈路協議與區域網標準不同，它符合HDLC中的非平衡正常響應模式(NRM)。該模式的工作特點是:總線上一個主站控制著多個從站，主站與每一個從站建立-條邏輯鏈路;主站發出命令，從站給出響應;從站可以連續發送多個幀，直到無信息發送、達到發送數量或被主站停止為止。數據鏈路中幀的傳輸過程分為3個階段:數據鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。

　　Profibus-FMS定義了第一、二、七層，應用層包括現場總線信息規範和低層接口。Profi bus-FMS包括了應用協議並向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務。協調不同的通信關 系並提供不依賴設備的第二層訪問接口。

　　Profibus- P A的數據傳輸採用擴展的Profibus-DP協議。另外， Profibus-PA還描述了現場設 備行為的PA行規。根據IEC1158-2標準， Profibus-PA的傳輸技術可確保其安全性，而且可通過總線給現場設備供電。使用連接器可在Profibus-DP上擴展PA網絡。

3. Profibus網絡結構

　　一個典型的工廠自動化系統應該是三級網絡結構。基於現場總線Profibus-DPIPA控制系統位於工廠自動化系統中的底層，即現場級與車間級。現場總線Profibus是面向現場級與車間級的數位化通信網絡。

　　現場設備層:主要功能是連接現場設備，如分散式I/O、傳感器、驅動器、執行機構、開關設備等，完成現場設備控制及設備間連鎖控制。主站(PLC、PC機或其他控制器)負責總線通信管理及所有從站的通信。總線上所有設備生產工藝控制程序存儲在主站中，並由主站執行。

　　車間監控層:車間級監控用來完成車間主生產設備之間的連接，如一個車間3條生產線主控制器之間的連接，完成車間級設備監控。車間級監控包括生產設備狀態在線監控、設備故障報警及維護等。通常，還具有諸如生產統計、生產調度等車間級生產管理功能。車間級監控通常要設立車間監控室，有操作員工作站及列印設備。車間級監控網絡可採用Profibus-FMS，它是一個多主網，這一級數據傳輸速率不是最重要的，而是要能夠傳送大容量信息。

　　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連接，將車間生產數據送到車間管理層。車間管理網作為工廠主網的一個子網。子網同過交換機、網橋或路由等連接到廠區骨幹網，將車間數據集成到工廠管理層。

4. Profibus在水電站廊道排水系統的應用

　　用基於Profibus現場總線的分布式網絡結構，採用單主站/多從站方式，包括現場單元、集控單元和現場總線通信3個部分。現場控制單元完成現場信息的採集，獨立控制各個集水井的排水操作。集控站對分散的排水系統進行管理，並能遠程控制排水泵的啟停。高速的現場通信網絡完成分散於現場的現場單元與位於中控室的集控站之間的數據傳輸。系統具有易擴展性和較高的可靠性。

　　現場控制單元選用3臺Siemens S7-315-2DP PLC以控制執行機構的啟停、開關等，充分發揮PLC的邏輯輸入/輸出功能; 2臺工業控制計算機，內插數據採集和模擬輸出模塊，用以採集仿真對象的環境場特徵值，給變頻器提供模擬信號等，以發揮數字計算機模擬信號處理的能力，配置為Pentium III 850MHz、128MBRAM、40GB硬碟以及帶32MBRAM的顯示適配器。在2臺伺服器以及2臺工業控制計算機內分別配有一塊用以連接ProfibusS7網絡的適配卡CP5613，在PLC中同時配有一塊CP542-5卡， CP5613是一塊具有Profibus現場總線協議的通信 卡，用以組成一個真正意義上分布式控制系統， CP5613的通信協議採用的是Profibus，但其物理層採用是RS-485標準通信規範，即還是採用雙絞線陽45方式傳輸數據，傳輸介質採用A類雙絞線。