现场总线专题贴三：profibus总线简介 点击：2906 | 回复：40
现场总线定义
根据国际电工委员会IEC1158定义(后改为IEC61158 )，现场总线是“安装在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置、系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。或者说，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。
自现场总线概念提出以来，全球各大知名自控和仪表公司开发了数十种现场总线，目前在全球范围内被广泛认可的现场总线系统包括：PROFIBUS、FF、ControlNet、PROFINET、PNET等十大总线系统。
PROFIBUS 现场总线系统介绍
(1) PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。
(2) PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA(Process Automation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。
(3) 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24VDC或4-20mA信号传输。主站和从站之间采用轮询的通讯方式，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信。
(4) 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。电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。
(5) PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。
(6) 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协议结构
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-SIO）作为参考模型的。OSI模型是现场总线技术的基础。对于工业控制底层网络来说，单个节点面向控制的信息量不大，信息传输的任务相对比较简单，但实时性、快速性的要求较高。现场总线采用的通信模型大都在OSI模型的基础上进行了不同程度的简化。
(1) PROFIBUS-DP：定义了第1、2层和用户接口。第3到7层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
(2) PROFIBUS-FMS：定义了第1、2、7层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口（Lower Layer Interface-LLI）。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。
(3) PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。
PROFIBUS的传输技术
PROFIBUS提供了三种数据传输类型：
·用于DP和FMS的RS485传输
采用的电缆——屏蔽双绞线；
拓扑结构——总线型；
通信速率——9.6kbps/1200m，12Mbps/100m；
每段最多节点数——32；
不支持总线供电；
·用于PA的IEC1158-2传输
采用的电缆——屏蔽双绞线；
拓扑结构——总线型、树形；
通信速率——31.25kbps/1900m；
每段最多节点数——32；
支持总线供电；
·用于DP和FMS的光纤传输
用于电磁兼容要求高和长距离要求的场合；
PROFIBUS的通信介质访问控制方式
PROFIBUS的通信介质访问方式为分布式令牌方式，是一种时间触发的网络协议。主节点之间为令牌环传递方式，主节点和从节点之间为主从轮询方式。当主节点得到令牌后，允许它在一定的时间内与从节点和（或）其他主节点通信。令牌在所有主节点中循环一周期的最长时间（设定周期TTR）是事先预定的，决定了各主节点的令牌具体保持时间的长短。主节点之间传输数据必须保证在事先定义的时间间隔内主节点有充足的时间完成通讯任务，主节点与从节点之间的数据交换要尽可能快且简单地完成数据传输。
为此，PROFIBUS的介质访问控制MAC协议设置了两类时钟计时器：一类是令牌运行周期计时器，用于令牌的实际运行周期TRR计时；另一类是持牌计时器，用于主节点令牌保持时间TTH计时，当令牌到达某个主节点时，此节点的周期计时器开始计时。
当令牌又一次到达主节点时，MAC将周期计时器的TRR值与设定周期值TTR的差值赋给持牌计时器，即TTH=TTR-TRR，持牌器根据该值控制信息的传送。
在持牌计时器控制信息发送时，如果令牌到达超时，即TTH<0，则此节点只可以发送一个高优先级信息；如果令牌及时到达，则此节点可以连续发送多个等待发送的高优先级信息后，直到高优先级信息全部发送完毕，或者超过持牌时间。如果发完所有待发送的高优先级信息，仍有持牌时间，则可以用同样的方式发送低优先级信息。无论发送高优先级还是低优先级信息，都只在发送前检测持牌时间是否超时，而不是预先检测发送完此信息是否超时，此种检测方法意味着信息发送不可避免地造成持牌时间超时，影响了周期性实时通信的实现。
可靠性
? PROFIBUS 总线上的数据传输是完全基于数字信号实现的，这样可以大幅提高信号传输过程中的抗干扰能力。确保所有信息（包括令牌信息）在传输过程中高度安全。
? 采用PROFIBUS 总线直接连接现场智能设备，可以减少大量接线点，减少了由于接线不牢或接线不规范引起的故障。
? PROFIBUS 连接智能设备，减少了A/D 转换的环节，提高了自动化系统的采集精度，为精确控制提供保障。
? PROFIBUS 上各设备的连接非常简单，并可以通过专用剥线工具和PROFIBUS 接头，减少接线风险；同时PROFIBUS 接头可以保证总线上任何一个节点故障不影响系统通讯。
? 支持冗余总线系统，提高系统可靠性。
? 提供可用于危险领域的接口模块，可以支持在危险区域的应用。
实时性
采用PROFIBUS 总线的系统具有很高的实时性，这是由PROFIBUS 总线系统的数据传输速率高所决定的。PROFIBUS-DP 总线的传输速率可达
PROFIBUS概述与应用
一、PROFIBUS的概述
1 PROFIBUS现场总线技术的产生
早在 20 世纪80年代中期， 国外就提出了现场总线， 但研究工作进展缓慢， 且没有国际标准可以遵循。直到1984 年， 美国仪表协会（ISA ）下属的标准与实施组工作中的 ISA/SP50开始制订现场总线的标准。1985 年国际电工委员会决定由 Proway Working Group负责现场总线体系结构与标准的研究工作。1986 年德国开始制订过程现场总线（Process Fieldbus ） 标准， 简称为 PROFIBUS， 由此拉开了现场总线标准制订和产品开发的序幕。
PROFIBUS 现场总线技术是德国国家科学技术部审视了数字技术发展的必然趋势以及德国工业经济对自控技术的需要， 特别在规范化和开放性方面的要求， 把它列为德国的国家科技研究项目， 从 1987 年开始集中了SIEMENS 等13 家公司 和5家研究所的力量， 按照 ISO （国际标准化组织） OSI （开放系统互连参考模型）参考模型开始研究制订现场总线的德国国家标准。 经过两年多的努力， 终于完成了制订工作， 并于1989年4 月 在 DIN19245 中发表， 成为德国国家现场总线标准。同年12月 一些自愿地在其产品中采用 PROFIBUS标准的企业组成用户组织（PNO ）， 从而使这项标准得到进一步完善，相应的产品也不断地被开发、推广和应用。1995 年PROFIBUS国际组织（PI）成立，1996年6月PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP被批准为欧洲现场总线标准 EN50170 V.2,1998年PROFIBUS-PA被批准纳入EN50170 V.2,1999年成为国际标准IEC61158的组成部分。
PROFIBUS 现场总线技术是德国国家科学技术部审视了数字技术发展的必然趋势以及德国工业经济对自 控技术的需要， 特别在规范化和开放性方面的要求， 把它列为德国的国家科技研究项目，从 1987 年开始集中了SIEMENS 等13 家公司 和5家研究所的力量， 按照 ISO （国际标准化组织） OSI （开放系统互连参考模型） 参考模型开始研究制订现场总线的德国国家标准。经过两年多的努力， 终于完成了制订工作， 并于1989年4 月在 DIN19245 中发表， 成为德国国家现场总线标准。 同年12月一些自愿地在其产品中采用 PROFIBUS标准的企业组成用户组织（PNO ），从而使这项标准得到进一步完善，相应的产品也不断地被开发、 推广和应用。1995 年PROFIBUS国际组织（PI）成立，1996年6月PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP被批准为欧洲现场总线标准 EN50170 V.2,1998年PROFIBUS-PA被批准纳入EN50170 V.2,1999年成为国际标准IEC61158的组成部分。
PROFIBUS 是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标准，主要由三个兼容的协议类型组成， 分别是 PROFIBUS-FMS 、 PROFIBUS-DP 和 PROFIBUS-PA ，其中符号 DP （ Decentralized Periphery ）是分散化外围 设备的 缩写 ； FMS （ Field Message Specification ） 为现场总线报文规范的缩写； PA （ Process Automation ） 则代表过程自动化。 通信网络的成 整个通信网络系统共分为 4 级， 最低一级是执行器 / 传感器级， 采用 AS-i 位总线标准， 现场一级采用PROFIBUS-DP 或 PROFIBUS-PA 现场总线， 车间单元一级采PROFIBUS-FMS 现场总线，工厂管理一级使用工业以太网。
作为众多现场总线家族的成员之一，PROFIBUS是在欧洲工业界得到最广泛应用的一个现场总线标准，也是目前国际上通用的现场总线标准之一。PROFIBUS是属于单元级、现场级的SIMITAC网络，适用于传输中、小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合PROFIBUS协议的产品，这些产品可以连接在同一个PROFIBUS网络上。PROFIBUS是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输
2．PROFIBUS 的分类及区别
PROFIBUS 现场总线标准划分为 PROFIBUS-FMS ， PROFIBUS-DP 和 PROFIBUS-PA 三种不同协议类型
⑴ PROFIBUS-FMS
解决车间级通用性通信任务， 为用户提供强有力的通信服务功能选择， 实现中等传输速度的周期性和非周期性数据传输。建立在该协议基础上的网络通信系统，每次数据传输量可达上千个字节， 响应时间为毫秒级
⑵ PROFIBUS-DP
专为现场级控制系统与分散 I/O 的高速通信而设计的，数据传输速率范围在 9.6kbps~。2Mbps 之间， 每次可传输的数据量多达 244 个字节， 采 用周期性通信方式， 响应时间为毫秒级， 可用于大多数工业领域。
⑶ PROFIBUS-PA
PROFIBUS-PA 协议是需要本质安全或总线供电的设备之间进行数据通信的解决方案，数据传输速率是固定的， 其大小为 3。.25kbps ， 每次可传输数据的最大长度为 235 个字节， 采用周期性和非周期性通信方式， 响应时间为毫秒级.
3 PROFIBUS 现场总线体系结构
? PROFIBUS是具有有限数量站点 的 单元级 和现场 级 子 网 , 最 多 站 点 数 限 制 在 127 以内. PROFIBUS 网 络结构中 共分 4 层 : 最低一层为 执行器 / 变 送 器 级 的 PROFIBUS-PA, 采 用 ASI 位 总 线 (IEC TC17B)标准 ,是专为过程自 动化设计的 , 它能够将变送器和执行器连到一根公共总 线上 , 使用 两根线可 以 完成 供 电 和 数 据 通 讯 : 现 场 一 级 采 用 PROFIBUS-DP现场总线, 适用 于装置一级的自 动控制系统与分散 I/O 间的高速数据传输 : 车间单元一级采用 PROFIBUS-FMS 总 线 ,适用 于小 型单元网 络中 PLC 通讯以及具有 FMS接口 现场设备间通讯 . 工厂一级使用工业以太网络 .
4 OSI 与 PROFIBUS 体系结构的对应关系
PROFIBUS-FMS 、 DP 和 PA 都是以 ISO/OSI 参考模型为基础制定的， 三种现场总线协议的整个 PROFIBUS 现场总线体系结构中只包含了 ISO/OSI 参考模型的第 。 、 2 和 7 层， 即物理层、 数据链路层和应用层， 另外添加了一个用户层对 PROFIBUS-FMS 、 DP 而言， 第 1 、 2 层 ， 即物理层和数据链路层 ， 是相同的， 物理层采用符合 RS-485 标准的导线、光纤、连接器和中继器， 数据链路层的报文格式也一样。 PROFIBUS-PA 物理层符合 IEC61158.2 物理层规范， 而数据链路层与 PROFIBUS-FMS 、 DP 一样， 只是增加了与 IEC61158.2 标准的接口。 OSI 参考模型的第 3~6 层， PROFIBUS 中是不用的。 为提高效率， PROFIBUS-DP 、 PA 也不使用第 7 层， 只有 PROFIBUS-FMS 在第 7 层设计了现场总线报文规范（ FMS ） 和低层接口（ LLI ， Lower Layer Interface ）， 其目的是为用户提供多种通信服务。 三种协议都有用户层， PROFIBUS-FMS 用户层定义了 FMS 设备行规， 该行规定义了与设备制造商无关的设备行为特性； PROFIBUS-DP 在用户层中定义了设备可使用的应用功能， 以及各种类型的系统和设备的特性； PROFIBUS-PA 的用户层使用 PROFIBUS-DP 用户层定义的应用功能，以及描述现场设备行为的 PA 行规。
OSI 与 PROFIBUS 体系结构的对应关系
二 PROFIBUS组成的工业网络及其应用
PROFIBUS 是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产厂商的现场总线标准。 它广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、 交通、 电力等领域自动化。 PROFIBUS不仅有适合于以逻辑顺序控制为主的制造业领域的PROFIBUS-DP技术，也有适合于控制过程复杂、安全性要求严格的石油、化工等以模拟量为主的过程控制领域的PA技术。在实际应用中PROFIBUS-DP的使用量占到PROFIBUS用量的90%，所以DP在PROFIBUS占有最重要的位置。PROFIBUS的主要应用领域是：汽车制造、石油化工、食品工业、矿山、冶炼、包装、运输、造船、装备工业、纺织、交通、制药、水处理等行业。
1 PROFIBUS 在控制领域的技术优势
（1）总线存取协议——实时性
PROFIBUS 主站之间采用令牌传递方式， 主站和从站之间采用主从方式。牌传递程序保证每个主站在确定的时间片内得到总线访问权限，主站得到令牌以后， 根据主从关系表向从站发送和索取数据信息。 这种介质存取方式确保控制系统需要的实时性。例如，主频 200 MHz 的 CPU， 300 个 I/O 点的扫描周期小于 50ms。
（2）系统配置灵活
可根据应用对象的控制要求， 灵活选择纯主—从系统、 纯主—主系统或多主多从的混合系统。 3 种系列的 PROFIBUS 容易集成在一起， DP 和 FMS 使用了同样的传输技术和总线存取协议，因而这 2 套系统可在一根双绞线上同时操作； PA和 DP 之间使用分段耦合器能方便地集成在一起。
（3） PROFIBUS-PA 本质安全特性
PROFIBUS-PA 支持总线供电。 在一条双绞线上即可实现数据通信和向现场设
备供电。总线的操作电源来自单一供电装置，不再需要绝缘装置和隔离装置， 即使在潜在的爆炸区维修、断开、接通现场设备也不会影响总线上的其它节点。
(4） PROFIBUS 协议硬件实现方便
理论上， PROFIBUS 协议可在任何带有通用异步收发器 UART 的微处理器上实现。 但当传输速率高于 500Kbit/s 时， 最好采用专门的 PROFIBUS 协议芯片实现 ， 提供 PROFIBUS 协议芯片的厂家有 IAM、 Motorola、 SIEMENS、 Delta、 SMAR 等。
2 PROFIBUS 的各种典型应用
PROFIBUS-FMS
通用性自动化PROFIBUS-FMS通用—大范围应用—多主通。PROFIBUS—FMS解决车间级通用性通信任务，提供大量的通信服务，完成中等传输速度的循环和非循环通信任务，用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、传感器和执行器、可编程序控制器、低压开关设备等一般自动化控制。
PROFIBUS-DP
工厂自动化PROFIBUS-DP快速—即插即用—高效低成本。PROFIBUS-DP专为自动控制系统和设备级分散的I/O之间通信设计，使用PROFIBUS-DP模块可取代价格昂贵的24V或0一20 mA并行信号线。PROFIBUS-DP用于分布式控制系统的高速数据传输。
PROFIBUS-PA
过程自动化，PROFIBUS-PA面向应用—总线供电—本质安全。PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，是标准的本质安全的传输技术，实现了IEC。。58-2中规定的通信规程，用于对安全性要求高的场合及由总线供电的站点。
3 PROFIBUS 现场总线的发展趋势
现场总线技术的发展体现为两个方面： 一个是低速现场总线领域的不断发展和完善；另一个是高速现场总线技术的发展。 而目前现场总线产品主要是低速总线产品， 应用于运行速率较低的领域， 对网络的性能要求不是很高。 从实际应用状况看， 大多数现场总线， 都能较好地实现速率要求较低的过程控制。与其它现场总线系统相比， PROFIBUS 的最大优点在于
具有稳定的国际标准 EN50。70 作保证， 并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造、 过程控制和楼宇自 动化等。 PROFIBUS 开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在。0 多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在欧洲市场中 PROFIBUS 占开放性工业现场总线系统的市场份额超过 40%。 PROFIBUS有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持， 它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。
工业以太网是作为办公室自动化领域衍生的工业网络协议，按习惯主要指IEEE 802.3 协议， 如果进一步采用 TCP/IP 协议族，则采用“以太网+TCP/IP”来表示，其技术特点主要适合信息管理、信息处理系统，并在 IT 业得到了巨大的成功。 在工厂管理级、 车间监控级信息集成领域中， 工业以太网已有不少成功的案例， 在设备层对实时性没有严格要求场合也有许多应用。由于现场总线目前种类繁多， 标准不一， 很多人都希望以太网技术能介入设备低层， 广泛取代现有现场总线技术， 施耐德公司就是该想法的积极倡导者和实践者， 目前已有一批工业级产品问世和实际应用。可是就目前而言， 以太网还不能够真正解决实时性和确定性问题， 大部分现场层仍然会首选现场总线技术。 由于技术的局限和各个厂家的利益之争， 这样一个多种工业总线技术并存，以太网技术不断渗透的现状还会维持一段时间。
滑触线用于给移动中的设备供电，由两部分组成，滑线导轨（固定部分，与电源相接，常导轨由单长4m/根或者6米/根连接而成），集电器（滑动部分，可在滑线轨道上或内滑动并与铜条接触取电，集电器用于与移动电机相连）。 滑触线属于配电系统，所以在其使用中也具有一定的危险，不过只要你不违规操作，就无需担心。在此重庆天宝公司为了介绍几点在滑触线使用中所要注意的事项。
在我们所承担的建筑施工中，用到电缆滑线的地方很多，存在的危险也很多。下面我们就谈谈关于滑线高空作业危险的防护措施。
一般首先遇到的问题是电缆滑线的安装，工地上安装滑线很多都是高空作业，所以工作人员在安装时必须及时的系好安全带，搭好脚手架，保证上下通道顺畅。坚决不能违章操作，后果严重。
二是接线，接线我们一般都是用的是喷灯，如果使用不当回烧伤工作人员，优势也会损坏喷灯设备，所以施工人员在点燃喷灯时要背离人和设备，使用时火焰适当，用完及时熄灭。
三需要注意的是配管及电缆敷设。施工人员需要高空作业，容易从高空坠落伤人，所以做好事搭设固定通道。..
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