淺談PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)

馬寶印

河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063004

0 引言

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制系統(tǒng)正在向著智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的集散控制制方式和計(jì)算機(jī)分層控制方式已經(jīng)開(kāi)始讓位于智能終端與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制方式?？偩€(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制方式是指通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)默F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)把系統(tǒng)中的各種設(shè)備連接在一起，從而形成一個(gè)完整的封閉系統(tǒng)，連接在總線(xiàn)上的設(shè)備可以是各種具備智能和通信功能傳感器和控制器，也可以是通信設(shè)備和計(jì)算機(jī)。連接在總線(xiàn)上的設(shè)備之間都能直接進(jìn)行信息交換。因此，以總線(xiàn)為核心形成一個(gè)完整的控制網(wǎng)絡(luò)，其系統(tǒng)具有設(shè)備之間的信息交換的能力，具有設(shè)備自調(diào)整的能力，同時(shí)還有與internet直接連接的能力。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以被看成是信息系統(tǒng)的直接終端，是一種以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制靈活、分散控制、信息共享、優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、實(shí)現(xiàn)企業(yè)量化管理、提高生產(chǎn)效率。

1 PROFIBUS的組成

PROFIBUS由 PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-dp、PROFIBUS-paD 3個(gè)系統(tǒng)組成。

1.1 PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-FMS主要用于主站之間的對(duì)等通信，但隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，車(chē)間管理級(jí)的通信將越來(lái)越多地采用100m的高速工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。另外，F(xiàn)MS推薦只用于不同廠(chǎng)家主站之間的通信。對(duì)于同一廠(chǎng)家的控制設(shè)備，例如全是西門(mén)子設(shè)備可以采用S7協(xié)議或FDL協(xié)議，它們和DP、FMS協(xié)議在同一根電纜上并行。

1.2 PROFIBUS-DP

PROFIBUS-DP主要用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的主從通信，例如PLC或PC和遠(yuǎn)程I/O、傳動(dòng)裝置、人機(jī)界面等之間的通信。同時(shí)， DPV1補(bǔ)充協(xié)議定義了從站之間的直接通信功能，這使得PROFIBUS的實(shí)時(shí)性又得到進(jìn)一步的提高。

1.3 PROFIBUS-PA

PROFIBUS-PA主要用于主站與儀表、變送器等之間的通信，具有本質(zhì)安全特征。通常DP與PA結(jié)合使用，DP作為高速的骨干網(wǎng)絡(luò)，PA置于防爆區(qū)。

2 PROFIBUS特點(diǎn)及技術(shù)特性

2.1 一切集成到一條總線(xiàn)上

1）PROFIBUS的通用性證明其最適合應(yīng)用于“混合式”工廠(chǎng)內(nèi)，最具代表性的就是過(guò)程工業(yè)。除了生產(chǎn)本身的批量或連續(xù)工序以外，包括分散的上游領(lǐng)域，以及生產(chǎn)末端的下游領(lǐng)域?？傮w而言，這些分散的應(yīng)用通常占有數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。此外，還有必要考慮需要本質(zhì)安全的危險(xiǎn)區(qū)域以及與安全相關(guān)的應(yīng)用。使用的設(shè)備種類(lèi)包括從簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)或通用的4mA～20mA設(shè)備到復(fù)雜的過(guò)程設(shè)備，從驅(qū)動(dòng)器到變頻器的安全設(shè)備。“混合型工業(yè)”的各個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域只須使用一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)：PROFIBUS。

2）PROFIBUS-DP是一種通用性的高速骨干網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度可達(dá)12Mbit/s，可以將主生產(chǎn)線(xiàn)上從上游到下游的所有設(shè)備連接在一起。本質(zhì)安全的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以整合到各個(gè)部分，并且分別完成工藝工程的特殊要求，以便在總線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的電源供應(yīng)和熱拔插功能。這種匹配的物理傳輸介質(zhì)和PA設(shè)備應(yīng)用行規(guī)就是指PROFIBUS-PA，可以確保過(guò)程設(shè)備具有相同的性能特點(diǎn)。傳輸速率采用固定的31.5 kbit/s的耦合器可適用于向總線(xiàn)上的設(shè)備提供電源以及與PROFIBUS-DP的連接。這種耦合器能夠處理PROFIBUS-DP到本質(zhì)安全的“MBP”接口的物理轉(zhuǎn)換。由于在PROFIBUS-PA上采用同一通訊協(xié)議，所以可以從PROFIBUS-DP無(wú)縫過(guò)渡到PROFIBUS-PA，而不存在系統(tǒng)中斷或其它其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)所需的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

3）與安全相關(guān)的任務(wù)也可以通過(guò)使用PROFIsafe應(yīng)用行規(guī)的PROFIBUS總線(xiàn)上執(zhí)行。對(duì)于用戶(hù)而言，“一切集成到一條總線(xiàn)上”意味著可以避免設(shè)備故障和減少工廠(chǎng)內(nèi)的接口。這樣可以帶來(lái)更高的操作可靠性和實(shí)用性，減少工程、文件編制和培訓(xùn)的間接費(fèi)用，并最終擁有中央數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)。

2.2 靈活多樣的解決方案

本質(zhì)安全設(shè)備是在工廠(chǎng)防爆危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行操作的一項(xiàng)不可或缺的前提條件。PROFIBUS可以采用兩種不同的方式實(shí)現(xiàn)：

1）在PROFIBUS-PA采用MBP-IS接口技術(shù)，提供符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的兩線(xiàn)制供電技術(shù)。MBP-IS符合FISCO模型。就在本質(zhì)安全環(huán)境下即：每個(gè)總線(xiàn)段都只有一個(gè)有源終端。

2）PROFIBUS同時(shí)規(guī)定了具有EExi保護(hù)等級(jí)的RS485-IS接口。它提供在危險(xiǎn)區(qū)直接使用PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程I/O站的可能性，這種方式的好處可提供很高的通信數(shù)據(jù)速率。

2.3 集成的故障安全技術(shù)

PROFIBUS 在整合了所有設(shè)備的安全功能之后，標(biāo)志著一個(gè)決定性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這種基于軟件的PROFIsafe應(yīng)用行規(guī)也可以在其它沒(méi)有更改的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中實(shí)施，從而可以在一條或相同的總線(xiàn)上運(yùn)行故障安全的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。因此，不再需要一條單獨(dú)的安全總線(xiàn)。由于減少了所需的硬件，所實(shí)施的安全應(yīng)用無(wú)須專(zhuān)用設(shè)施，并能夠減少用戶(hù)成本，而且可以降低工程和安裝費(fèi)用。

2.4 基于PROFIBUS的系統(tǒng)診斷技術(shù)

在配置有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊設(shè)備的工廠(chǎng)內(nèi)，從智能型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取的有關(guān)運(yùn)行狀況以及最近的過(guò)程環(huán)境的信息具有重要的實(shí)際作用，尤其是在工廠(chǎng)維護(hù)方面，用戶(hù)獲得的好處是顯而易見(jiàn)的。過(guò)去現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題靠維修人員跑到現(xiàn)場(chǎng)檢查故障設(shè)備，而現(xiàn)在基于PROFIBUS的系統(tǒng)診斷技術(shù)能夠優(yōu)化自動(dòng)化系統(tǒng)的價(jià)值工程，它可以為整個(gè)項(xiàng)目的生命周期提供支持。從設(shè)備安裝、系統(tǒng)的調(diào)試以及系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)階段，系統(tǒng)診斷技術(shù)可以為現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員提供豐富詳細(xì)的系統(tǒng)診斷信息。

3 結(jié)論

現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)有其自己的市場(chǎng)位置，隨著網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的融合技術(shù)的不斷加強(qiáng)，集成多種通信協(xié)議的工業(yè)“網(wǎng)關(guān)”產(chǎn)品將占有更大的市場(chǎng)份額?？梢灶A(yù)見(jiàn)，PROFIBUS是具有巨大發(fā)展前途的“自動(dòng)化技術(shù)”。

[1]陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]任波.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其應(yīng)用.航空工業(yè)出版社，2008.