Profibus

现场总线Profibus1.Profibus发展历程Profibus（ProcessFieldbus）德国西门子公司1987年推出，主要应用于PLC。产品有三类：FMS用于主站之间的通讯；DP用于制造行业从站之间的通讯；PA用于过程行业从站之间的通讯。由于Profibus开发生产的现场总线产品开发时间早至十年前，限于当时计算机网络水平，大多建立在IT网络标准基础上，随着应用领域不断扩大和用户要求越来越高，现场总线的产品只能在原有IT协议框架上进行局部的修改和补充，以致在控制系统内增加了很多的转换单元（如各种耦合器），这为该产品今后的进一步发展带来了一定的局限性。87年由siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发。89年比准为德国工业标准DIN19245。96年批准为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS/-DP)。98年PROFIBUS-PA批准纳入EN50170V.299年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分(TypeIII)2001年批准成为中国的行业标准JB/T10308.3-20012.Profibus通信网的构成；PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP（DecentralizedPeriphery）．PROFIBUS－PA（ProcessAutomation）．PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。主要使用主-从方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换。2.Profibus通信网的构成；PROFIBUS–DP:是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代办24VDC或4－20mA信号传输。2.Profibus通信网的构成；PORFIBUS－PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。2.Profibus通信网的构成；PROFIBUS－FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构．实时多主网络。Profibus的组成•PROFIBUS的三部分：3.Profibus协议结构Profibus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。Profibus协议根据ISO74898国际标准，以开放系统互连ISO/OSI为参考模型。协议结构如图1所示。协议定义了第1层（物理层）、第2层（数据链路层）和第7层（应用层）。没有使用第3层至第6层，这样可以减少通信开支，增加效率。Profibus协议的设计要满足介质存取控制的两个基本要求：1)在复杂的自动化系统（主站）间的通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。2)在复杂的程序控制器和简单的I/O设备（从站）间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。因此，Profibus总线存取协议，主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。Profibus由三个兼容部分组成，即1、Profibus-FMS(FieldbusMessageSpecification)2、Profibus-DP（DecentralizedPeriphery）3、Profibus-PA(ProcessAutomation)PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。Profibus的通信模型1、Profibus的物理层现场总线的物理层规定了总线介质、网络拓扑、传输距离、传输速率、站点数以及总线接口。它提供有关同步和比特流在物理媒体上的传输手段。PROFIBUS提供3种传输技术。a.DP和FMS的RS485传输b.PA的IEC1158-2传输c.在电磁干扰很大的环境下，可以使用光纤导体提高传输距离和传输速度。许多厂商提供专用的总线插头可将RS485信号和光纤信号互相转换。2、Profibus的数据链路层数据链路层主要实现介质存取控制MAC和数据通信服务功能。MAC保证令牌的按序传递，在任意时刻总线上只有一个节点发送数据，避免信息的碰撞延时。数据通信服务提供点对点，点对多点和广播通信功能。3、Profibus的应用层在DP和PA中没有应用层，只有复杂场合使用的FMS中有应用层。应用层由低层接口LLI和现场总线信息规范FMS2部分组成，FMS描述通信对象，提供应用服务；LLI主要实现将FMS的服务映射到数据链路层，通信连接的建立、监视和释放以及数据流控制。Profibus控制系统集成技术现场总线控制系统的产生现场总线是过程控制技术、智能仪表技术和计算机网络技术三个不同领域结合的产物，把自动控制系统和设备带进了信息网络之中，成为企业信息网络的底层，从而为实现企业信息集成和企业综合自动化提供了可行的基础。现场总线导致了传统控制系统结构的变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统——现场总线控制系统（FCS）。现场总线控制系统集成技术的发展由于技术发展的连续性和继承性，以及不同系统研发投资和市场利益的驱使，现场总线控制系统的出现，不会使得其他系统（如DCS，PLC等）很快消失而形成了多种系统集成的局面。目前世界上多种现场总线仍共存，现场总线的标准化是多元化的，所以必须发展多种现场总线之间的集成技术。现在Internet和Intranet（企业内部信息网络）正在把世界范围的计算机和通信设备联成一个全球化的数据网络，产生了比孤立的网络强大得多的功能，随着由各种现场总线智能单元组成的现场控制网络Infranet的出现，控制网络上的设备也接入了Internet，新一代的企业信息网络结构也伴随而产生。如何使控制网络和企业信息网络达到无缝连接是近期企业信息网络的发展重点。现场总线控制系统的信息集成技术就是在这样的趋势下产生的。由于各种现场总线技术的发展和竞争、各种计算机主流技术在工业控制领域的渗透和应用以及自动化技术发展的延续性和继承性，现场总线控制系统中的集成技术的研究和发展将面临着多总线集成、多系统集成、多技术集成的局面。系统结构及配置1.网络部件的构成网络部件由连接部件和通信介质组成，其中连接部件是FC(快速连接插座)、ELS(工业以太网电气交换机)、ESM(工业以太网电气交换机)、SM(工业以太网光纤交换机)和MCTPll(工业以太网光纤电气转换模块)，通信介质为普通双绞线、工业屏蔽双绞线和光纤。SIMATICPLC控制器上的工业以太网通信处理器用于将SIMATICPLC连接到工业以太网。PG/PC上的工业以太网通信处理器用于将PG/PC连接到工业以太网。现场总线主要由现场总线仪表、控制器、现场总线线路、监控组态计算机组成，通过现场总线网卡、通信协议软件连接到网上。因此，现场总线网卡、通信协议软件是现场总线控制系统的基础和神经中枢。2.主站组成根据PROFIBUS技术原理，一个最小系统至少由一个PROFIBUS(一类)主站和若干PROFIBUS从站组成。PROFIBUS总线访问协议:主站间的逻辑令牌环、主从站间的主从协议。主站在一个限定时间内(TokenHoldTime)对总线有控制权，从站只是响应主站的请求，它们对总线没有控制权。主站有一类主站:完成总线通信控制与管理，完成周期性数据访问，PLC,PC或可做一类主站的控制器;二类主站:完成非周期性数据访间，如数据读写、系统配置、故障诊断等，包括操作员工作站(如PC机加图形监控软件)、编程器、HMI等(如图1)。3.从站组成1)PLC或其他控制器。PLC可做PROFIBUS上的一个从站，PLC自身有程序存储，PLC执行程序并按程序指令驱动I/O，作为PROFIBUS主站的一个从站，在PLC存储器中有一段特定区域作为与主站通信的共享数据区，主站可通过通信间接控制从站PLC的I/O。2)分散式I/O。不具有程序存储和程序执行，通信适配器部分接收主站指令，按主站指令驱动I/O，并将I/O输入及故障诊断等信息返回给主站，通常由主站统一编址，主站编程时使用分散式I/0与使用主站的I/O没有什么区别。3)智能现场设备。即带PROFIBUS接口的现场设备，可由主站在线完成系统配置、参数修改、数据交换等功能，至于哪些参数可进行通信及参数格式由PROFIBUS规定。6现场总线在多功能天车上的应用在每台天车上增加1台S7一300可编程序控制器，作为联动控制的上位机，并作为固定吊的控制PLC;远程遥控接收仪在联动操作时控制信号传输。由上位机通过现场总线与大车控制PLC进行通信，上位机通过总线对大车PLC进行数据通信，实现远程控制，大车PLC完成对大车行走的控制功能。在两台天车进行联动控制时由地面操作遥控仪进行控制，其中的一台天车处于主动状态，另一台处于从动状态，在主动天车发生故障时，从动天车必须停止运行。天车同步运行，在固定吊联动作业时，四台固定吊需要实现单动、双动、三动、四动控制。在天车联动时由于每台车电源相序不同，可能在试车时出现两台车顶牛或两台车升降不统一现象，此时要调整一台车控制线或改变电源相序来达到同步同方向运转的目的;在吊槽壳时，单台天车运行到槽壳附近后，天车联动转换开关切换到联动位置，切断控制台电源，消除被控天车误动作;联动作业时由一名操作工完成作业。系统采用了大量新技术，在网络配置上使用标准的工业以太网和PROFIBUS网络;通过冗余的10Mbids光纤环网江业以太网)相连接，分别将信号传送至中央控制室，全系统主要运转设备的开、停和故障信号都将在过程控制系统和中央控制室的大型模拟屏上显示(控制原理如图3所示)。CompanyLogo应用实例PROFIBUS已经有广泛的应用制造业自动化汽车制造装瓶系统仓储系统楼宇自动化交通管理自动化供热、空调系统过程工业自动化清洗工厂化工和石化工厂造纸和纺织品工厂电力工业和电力输送发电厂开关装置应用实例PROFIBUS在汽车生产中的应用例如，在Bochum的GM(Opel)工厂，对每个车身，PROFIBUS-DP控制机器人处理2，000多个焊接操作PROFIBUS-DP用在组装线上，每天生产1，200辆轿车PROFIBUS-DP用在冲压车间，每天处理22，000吨钢材应用实例PROFIBUS在楼宇自动化在法国的BibliothequeNationale，PROFIBUS控制四个80米高的塔楼PROFIBUS任务包括报警管理能量优化监视技术设备的控制操作服务间的可靠、有效的通信、