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          profibus現(xiàn)場總線知識介紹

          作者: 時間:2016-12-12 來源:網(wǎng)絡 收藏
          內(nèi)容:

            第一章:現(xiàn)場總線技術(shù)及Profibus
            1.1現(xiàn)場總線技術(shù)的由來
            1.1.1CIMS體系結(jié)構(gòu)及工業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的層次劃分
            根據(jù)工廠管理、生產(chǎn)過程及功能要求,CIMS體系結(jié)構(gòu)可分為5層,即工廠級、車間級、單元級、工作站級和現(xiàn)場級。簡化的CIMS則分為3層,即工廠級、車間級和現(xiàn)場級。在一個現(xiàn)代化工廠環(huán)境中,在大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)過程控制中,工業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)同樣分為這三個層次,與簡化的網(wǎng)絡層次相對應。如圖1-1所示。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201612/329020.htm




          圖1-1:簡化的CIMS網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

           1.1.2現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成是工廠自動化及CIMS不可缺少的重要部分。
            現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設備單機控制、連機控制、通信連網(wǎng)、在線設備狀態(tài)監(jiān)測及現(xiàn)場設備運行、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、統(tǒng)計等功能,保證現(xiàn)場設備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務,并將現(xiàn)場設備生產(chǎn)及運行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層,向工廠級MIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)。同時也可接受工廠管理層下達的生產(chǎn)管理及調(diào)度命令并執(zhí)行之。因此,現(xiàn)場級與車間級監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)是實現(xiàn)工廠自動化及CIMS系統(tǒng)的基礎。
            1.1.3傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)
            傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)(包括:基于PC、PLC、DCS產(chǎn)品的分布式控制系統(tǒng)),其主要特點之一是,現(xiàn)場層設備與控制器之間的連接是一對一(一個I/O點對設備的一個測控點)所謂I/O接線方式,信號傳遞4-20mA(傳送模擬量信息)或24VDC(傳送開關量信息)信號。如圖1-2所示:

          圖1-2:傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)

            1.1.4系統(tǒng)主要缺點
          (1)信息集成能力不強:控制器與現(xiàn)場設備之間靠I/O連線連接,傳送4-20mA模擬量信號或24VDC等開關量信號,并以此監(jiān)控現(xiàn)場設備。這樣,控制器獲取信息量有限,大量的數(shù)據(jù)如設備參數(shù)、故障及故障紀錄等數(shù)據(jù)很難得到。底層數(shù)據(jù)不全、信息集成能力不強,不能完全滿足CIMS系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)的要求。
          (2)系統(tǒng)不開放、可集成性差、專業(yè)性不強:除現(xiàn)場設備均靠標準4-20mA/24VDC連接,系統(tǒng)其它軟、硬件通常只能使用一家產(chǎn)品。不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性、互換性,因此可集成性差。這種系統(tǒng)很少留出接口,允許其它廠商將自己專長的控制技術(shù),如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去,因此,面向行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)很少。
          (3)可靠性不易保證:對于大范圍的分布式系統(tǒng),大量的I/O電纜及敷設施工,不僅增加成本,也增加了系統(tǒng)的不可靠性。
          (4)可維護性不高:由于現(xiàn)場級設備信息不全,現(xiàn)場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能不強。另一方面也很難完成現(xiàn)場設備的遠程參數(shù)設定、修改等參數(shù)化功能,影響了系統(tǒng)的可維護性。
            1.1.5現(xiàn)場設備的串行通信接口是現(xiàn)場總線技術(shù)的原形
            由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展,許多傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置等現(xiàn)場設備智能化,即內(nèi)置CPU控制器,完成諸如線性化、量程轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波甚至回路調(diào)節(jié)等功能。因此,對于這些智能現(xiàn)場設備增加一個串行數(shù)據(jù)接口(如RS-232/485)是非常方便的。有了這樣的接口,控制器就可以按其規(guī)定協(xié)議,通過串行通信方式(而不是I/O方式)完成對現(xiàn)場設備的監(jiān)控。如果設想全部或大部分現(xiàn)場設備都具有串行通信接口并具有統(tǒng)一的通信協(xié)議,控制器只需一根通信電纜就可將分散的現(xiàn)場設備連接,完成對所有現(xiàn)場設備的監(jiān)控,這就是現(xiàn)場總線技術(shù)的初始想法。
            1.2.4現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生
            基于以上初始想法,使用一根通信電纜,將所有具有統(tǒng)一的通信協(xié)議通信接口的現(xiàn)場設備連接,這樣,在設備層傳遞的不再是I/O(4-20mA/24VDC)信號,而是基于現(xiàn)場總線的數(shù)字化通信,由數(shù)字化通信網(wǎng)絡構(gòu)成現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)。
            1.2現(xiàn)場總線技術(shù)概念
            1.2.1現(xiàn)場總線技術(shù)
            目前,公認的現(xiàn)場總線技術(shù)概念描述如下:現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設備/儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線。其中,“生產(chǎn)過程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類。
          或者,現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點,用總線相連接,實現(xiàn)相互交換信息,共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。
            1.2.2現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)生的意義
          (1)現(xiàn)場總線(Fieldbus)技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)場級控制設備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場層網(wǎng)絡通信技術(shù);是一次工業(yè)現(xiàn)場級設備通信的數(shù)字化革命?,F(xiàn)場總線技術(shù)可使用一條通信電纜將現(xiàn)場設備(智能化、帶有通信接口)連接,用數(shù)字化通信代替4-20mA/24VDC信號,完成現(xiàn)場設備控制、監(jiān)測、遠程參數(shù)化等功能。
          (2)傳統(tǒng)的現(xiàn)場級自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用一對一連線的、4-20mA/24VDC信號,信息量有限,難以實現(xiàn)設備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換,使自控系統(tǒng)成為工廠中的“信息孤島”,嚴重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自動化的實現(xiàn)。
          (3)基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機數(shù)字化通信技術(shù),使自控系統(tǒng)與設備加入工廠信息網(wǎng)絡,構(gòu)成企業(yè)信息網(wǎng)絡底層,使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場。在CIMS系統(tǒng)中,現(xiàn)場總線是工廠計算機網(wǎng)絡到現(xiàn)場級設備的延伸,是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術(shù)基礎。
            1.2.3基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)
            基于現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)如圖1-3所示:


          圖3:基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)

            1.2.4基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要優(yōu)點
          (1)增強了現(xiàn)場級信息集成能力
          現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設備獲取大量豐富信息,能夠更好的滿足工廠自動化及CIMS系統(tǒng)的信息集成要求?,F(xiàn)場總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡,它不單純?nèi)〈?-20mA信號,還可實現(xiàn)設備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠程控制,還可完成遠程參數(shù)化工作。
          (2)開放式、互操作性、互換性、可集成性
          不同廠家產(chǎn)品只要使用同一總線標準,就具有互操作性、互換性,因此設備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開放式,允許其它廠商將自己專長的控制技術(shù),如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去,因此,市場上將有許多面向行業(yè)特點的監(jiān)控系統(tǒng)。
          (3)系統(tǒng)可靠性高、可維護性好
          基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代一對一的I/O連線,對于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說,減少了由接線點造成的不可靠因素。同時,系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能,可完成現(xiàn)場設備的遠程參數(shù)設定、修改等參數(shù)化工作,也增強了系統(tǒng)的可維護性。
          (4)降低了系統(tǒng)及工程成本
          對大范圍、大規(guī)模I/O的分布式系統(tǒng)來說,省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設工程費用,降低了系統(tǒng)及工程成本。
            1.3現(xiàn)場總線標準
            現(xiàn)場總線技術(shù)得以實現(xiàn)的一個關鍵問題,是要在自動化行業(yè)中形成一個制造商們共同遵守的現(xiàn)場總線通信協(xié)議技術(shù)標準,制造商們能按照標準生產(chǎn)品,系統(tǒng)集成商門能按照標準將不同產(chǎn)品組成系統(tǒng)。這就提出了現(xiàn)場總線標準的問題。國際上著名自動化產(chǎn)品及現(xiàn)場設備生產(chǎn)廠家,意識到現(xiàn)場總線技術(shù)是未來發(fā)展方向,紛紛結(jié)成企業(yè)聯(lián)盟,推出自己的總線標準及產(chǎn)品,在市場上培養(yǎng)用戶、擴大影響,并積極支持國際標準組織制定現(xiàn)場總線國際標準。能否使自己總線技術(shù)標準在未來國際標準中占有較大比例成份,關系到該公司相關產(chǎn)品前途、用戶的信任及企業(yè)的名譽。而歷史經(jīng)驗證明:國際標準都是采用一個或幾個市場上最成功的技術(shù)為基礎。因此,各大國際公司在制定現(xiàn)場總線國際標準中的竟爭,體現(xiàn)了各公司在技術(shù)領先地位上的競爭,而其最終還是要歸結(jié)到市場實力的競爭。
          據(jù)說目前國際上現(xiàn)有各種總線及總線標準不下二百多種。具有一定影響和已占有一定市場份額的總線有如下幾種:
            1.3.1Profibus現(xiàn)場總線
            1996年3月15日批準為歐洲標準,即DIN50170V.2。Profibus產(chǎn)品在世界市場上已被普遍接受,市場份額占歐洲首位,年增長率25%。目前支持PROFIBUS標準的產(chǎn)品超過1500多種,分別來自國際上250多個生產(chǎn)廠家。在世界范圍內(nèi)已安裝運行的PROFIBUS設備已超過200萬臺,到1998年5月,適用于過程自動化的PROFIBUS-PA儀表設備在19個國家的40個用戶廠家投入現(xiàn)場運行。1985年組建了PROFIBUS國際支持中心;1989年12月建立了PROFIBUS用戶組織(PNO)。目前在世界各地相繼組建了20個地區(qū)性的用戶組織,企業(yè)會員近650家。1997年7月組建了中國現(xiàn)場總線(PROFIBUS)專業(yè)委員會,并籌建現(xiàn)場總線PROFIBUS產(chǎn)品演示及認證的實驗室。
          Profibus主要應用領域有:
          。制造業(yè)自動化:汽車制造(機器人、裝配線、沖壓線等)、造紙、紡織。
          。過程控制自動化:石化、制藥、水泥、食品、啤酒。
          。電力:發(fā)電、輸配電。
          。樓宇:空調(diào)、風機、照明。
          。鐵路交通:信號系統(tǒng)
            1.3.2FF現(xiàn)場總線
            1994年由ISP基金會和WorldFIP(北美)兩大集團合并成立FF基金會,其宗旨在于開發(fā)出符合IEC和ISO標準的、唯一的國際現(xiàn)場總線(FundationFieldbus)。低速總線(H1)協(xié)議已于1996年發(fā)表。已完成開發(fā)的高速總線(H2)擬于1998年內(nèi)表。1997年5月建立了中國現(xiàn)場總線(FF)專業(yè)委員會,并籌建FF現(xiàn)場總線產(chǎn)品認證中心。目前,F(xiàn)F現(xiàn)場總線的應用領域以過程自動化為主。如:化工、電力廠實驗系統(tǒng)、廢水處理、油田等行業(yè)。
            1.3.3LONWORKS總線
            LONWORKS現(xiàn)場總線全稱為LONWORKSNetWorks,即分布式智能控制網(wǎng)絡技術(shù),希望推出能夠適合各種現(xiàn)場總線應用場合的測控網(wǎng)絡。目前LONGWORKS應用范圍廣泛,主要包括工業(yè)控制、樓宇自動化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等。國內(nèi)主要應用于樓宇自動化方面。
            1.3.4CANBUS現(xiàn)場總線
            CANBUS現(xiàn)場總線已由ISO/TC22技術(shù)委員會批準為國際標準IOS11898(通訊速率小于1Mbps)和ISO11519(通訊速率小于125Kbps)。CANBUS主要產(chǎn)品應用于汽車制造、公共交通車輛、機器人、液壓系統(tǒng)、分散型I/O。另外在電梯、醫(yī)療器械、工具機床、樓宇自動化等場合均有所應用。
            1.3.5WorldFIP現(xiàn)場總線
            90~91年FIP現(xiàn)場總線成為法國國家安全標準。96年成為歐洲標準(EN50170V.3)。下一步目標是靠近IEC標準,現(xiàn)在技術(shù)上已做好充分準備。WorldFIP國際組織在北京設有辦事處,即WorldFIP中國信息中心,負責中國的技術(shù)支持。WorldFIP現(xiàn)場總線采用單一總線結(jié)構(gòu)來適應不同應用領域的需求,不同應用領域采用不同的總線速率。過程控制采用31.25Kbit/s,制造業(yè)為1Mbit/s,驅(qū)動控制為1-2.5Mbit/s。采用總線仲裁器和優(yōu)先級來管理總線上(包括各支線)的各控制站的通信??蛇M行1對1、1對多點(組)、1對全體等多重通信方式。在應用系統(tǒng)中,可采用雙總線結(jié)構(gòu),其中一條總線為備用線,增加了系統(tǒng)運行的安全性。
          WorldFIP現(xiàn)場總線適用范圍廣泛,在過程自動化、制造業(yè)自動化、電力及樓宇自動化方面都有很好的應用。
            1.3.6P-NET現(xiàn)場總線
            P-NET現(xiàn)場總線籌建于己于1983年。1984年推出采用多重主站現(xiàn)場總線的第一批產(chǎn)品。1986年通信協(xié)議中加入了多重網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口產(chǎn)品。1987年P-NET標準成為開放式的完整標準,成為丹麥的國家標準。1996年成為歐洲總線標準的一部分(EN50170V.1)。1997年組建國際P-NET用戶組織,現(xiàn)有企業(yè)會員近百家,總部設在丹麥的Siekeborg,并在德國、英國、葡萄牙和加拿大等地設有地區(qū)性組織分部。P-NET現(xiàn)場總線在歐洲及北美地區(qū)得到廣泛應用,其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè)等應用領域。
            1.4如何面對眾多的現(xiàn)場總線標準
            面對國際上各種流派的現(xiàn)場總線及標準,為深入研究國外先進的現(xiàn)場總線技術(shù),推動我國現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品的研究開發(fā),形成符合我國國情的和現(xiàn)實的標準體系,保護我國生產(chǎn)企業(yè)和用戶的投資效益,我國儀表標準化行業(yè)的主管單位-儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所遵循標準化工作程序,于己于1998年7月22日至多3日在北京中國科技會堂舉辦了“現(xiàn)場總線的標準化與中國自動化技術(shù)發(fā)展”研討會。會議邀請了Profibus、FF、WorldFIP、P-NET國際組織專家代表,介紹了國際流行現(xiàn)場總線技術(shù)及標準化情況。研討會上中外專家就現(xiàn)場總線國際標準化的發(fā)展展開了熱列討論,并提出以下見解與意見:
          (1)期望IEC能盡早按預期目標完成統(tǒng)一標準的制定。
          (2)按目前進度估計,近年內(nèi)IEC很難完成預期目標。
          (3)目前IEC提出的建議方案只限于過程自動化,難于滿足其它應用領域要求,不可能成為唯一標準,很可能形成多種標準體系共存。
          (4)在統(tǒng)一標準框架下做多種通信協(xié)議接口,可能是統(tǒng)一標準的一種適宜的解決方案。
          對我國發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)政策,專家和代表們認為,結(jié)合我國國情,一方面應積極跟蹤IEC國際標準化的發(fā)展,開展我國的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)。另一方面在統(tǒng)一的IEC標準未形成之前,積極開展對其它先進的現(xiàn)場總線技術(shù)研究,特別是對已有成熟應用經(jīng)驗、應用領域覆蓋面大的現(xiàn)場總線技術(shù)的跟蹤研究。
            1.5對面臨選擇的用戶談個人看法并提出建議
            從用戶角度出發(fā),如何面對眾多現(xiàn)場總線標準作出選擇,筆者在此發(fā)表個人看法,并提出一點建議以供用戶參考。
          (1)標準?從標準發(fā)展的歷史看,誰的技術(shù)將成為國際標準,或在國際標準中占有較大成份,主要取決于它在實際應用中取得多大的成果,取決于該項技術(shù)及產(chǎn)品在國際市場上的占有份額。也就是說,誰能占有市場誰將得天下。另一方面,國際標準化組織根據(jù)科學技術(shù)飛速發(fā)展現(xiàn)狀及廠商用戶對標準制定的要求,對標準的制定及批準手續(xù)作出相應的改變,即簡化了標準的制定程序和手續(xù),并承認存在所謂事實上的標準,即那些在市場中已占有較大份額、具有很大的用戶成功應用經(jīng)驗的技術(shù)標準,如我們熟知的TCP/IP通信協(xié)議標準。
          (2)選擇總線?在目前國際上現(xiàn)場總線群雄并起局面下,用戶應從實際應用工程特點出發(fā)去選擇。因為沒有一種可包羅萬象、適合所有應用領域的現(xiàn)場總線技術(shù)。應著重考察這種總線在本行業(yè)中的應用業(yè)績。如制造業(yè)自動化、電力自動化及過程控制自動化三個領域,在數(shù)據(jù)實時響應要求方面就大不一樣。
          (3)選擇產(chǎn)品?用戶應盡量選擇國際知名度大、擁有用戶多、產(chǎn)品應用基礎好的公司產(chǎn)品,因為這些公司的現(xiàn)場總線技術(shù)被國際標準采納的可能性大。即使沒有被國際標準采納,大公司為考慮信譽,會提出原有技術(shù)與國際標準的接口,而不會置公司信譽于不顧,丟掉老客戶不管。
          (4)積極跟蹤、勇于進??!如果因為國際IEC還沒有統(tǒng)一現(xiàn)場總線標準,就不敢使用這項先進技術(shù)是大可不必的。這將會使企業(yè)喪失一次盡早提高企業(yè)自動化水平的機會,或喪失一次提高本企業(yè)產(chǎn)品水平的機會,從而導致企業(yè)在未來同行競爭中處于劣勢。國際IEC要統(tǒng)一現(xiàn)場總線標準不是一朝一夕的事,坐等時機流逝為下策,只有積極跟蹤、勇敢進取方為企業(yè)發(fā)展上策。


           第二章:現(xiàn)場總線Profibus技術(shù)要點
          本章從Profibus協(xié)議標準角度,概要說明了PROFIBUS技術(shù)要點。使讀者可快速了解PROFIBUS技術(shù)概貌。
          2.1Profibus概貌
          (1)Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領域自動化。
          (2)Profibus由三個兼容部分組成,即PROFIBUS-DP(DecentralizedPeriphery)、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。
          (3)Profibus-DP:是一種高速低成本通信,用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代辦24VDC或4-20mA信號傳輸。
          (4)Profibus-PA:專為過程自動化設計,可使傳感器和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)在一根總線上,并有本征安全規(guī)范。
          (5)Profibus-FMS:用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡,是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡。
          (7)Profibus是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)??蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡,從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案。
          2.2PRFIBUS基本特性
          2.2.1Profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)
          Profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際準,以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(OpenSystemInterconnection—SIO)作為參考模型的。該模型共有七層,如下圖2-1所示:


          圖2-1:Profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)

          (1)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(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調(diào)用的應用功能,并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。
          (2)Profibus-FMS:定義了第一、二、七層,應用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FieldbusMessageSpecification-FMS)和低層接口(LowerLayerInterface—LLI)。FMS包括了應用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關系并提供不依賴設備的第二層訪問接口。
          (3)Profibus-PA:PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外,PA還描述了現(xiàn)場設備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158-2標準,PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性,而且可通過總線給現(xiàn)場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網(wǎng)絡。
          2.2.2Profibus傳輸技術(shù)
          Profibus提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型:
          ·用于DP和FMS的RS485傳輸。
          ·用于PA的IEC1158-2傳輸。
          ·光纖
          2.2.2.1用于DP/FMS的RS485傳輸技術(shù)
          由于DP與FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議,因而,這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時操作。
          RS-485傳輸是Profibus最常用的一種傳輸技術(shù)。這種技術(shù)通常稱之為H2。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線。
          RS-485傳輸技術(shù)基本特征:
          ·網(wǎng)絡拓撲:線性總線,兩端有有源的總線終端電阻。
          ·傳輸速率:9.6Kbit/s~12Mbit/s
          ·介質(zhì):屏蔽雙絞電纜,也可取消屏蔽,取決于環(huán)境條件(EMC)。
          ·站點數(shù):每分段32個站(不帶中繼),可多到127個站(帶中繼)。
          ·插頭連接:最好使用9針D型插頭。
          2.2.2.2RS-485傳輸設備安裝要點
          (1)全部設備均與總線連接。
          (2)每個分段上最多可接32個站(主站或從站)。
          (3)每段的頭和尾各有一個總線終端電阻,確保操作運行不發(fā)生誤差。兩個總線終端電阻必須永遠有電源。見圖2-2所示。
          (4)當分段站超過32個時,必須使用中繼器用以連接各總線段。串聯(lián)的中繼器一般不超過3個。見圖2-3所示:

           

          圖2-2:PROFIBUD-DP和Profibus-FMS的電纜接線和總線終端電阻

          圖2-2:每個分段上最多可接32個站(主站或從站)

          (5)電纜最大長度取決于傳輸速率。如使用A型電纜,則傳輸速率與長度如下表2-1:
          表2-1

          (6)A型電纜參數(shù):
          阻抗:135-165W電容:〈30pf/m回路電阻:110W
          線規(guī):0.64mm導線面積:>0.34mmW
          (7)RS-485的傳輸技術(shù)的Profibus網(wǎng)絡最好使用9針D型插頭,插頭針腳定義和接線見圖2-2所示。
          (8)當連接各站時,應確保數(shù)據(jù)線不要擰絞,系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境(如汽車制造業(yè))下運行應使用帶屛蔽的電纜,屏蔽可提高電磁兼容性(EMC)。
          (9)如用屏蔽編織線和屏蔽箔,應在兩端與保護接地連接,并通過盡可能的大面積屏蔽接線來復蓋,以保持良好的傳導性。另外建議數(shù)據(jù)線必須與高壓線隔離。
          (10)超過500Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率時應避免使用短截線段,應使用市場上現(xiàn)有的插頭可使數(shù)據(jù)輸入和輸出電纜直接與插頭連接,而且總線插頭可在任何時候接通或斷開而并不中斷其它站的數(shù)據(jù)通信。
          2.2.2.3用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)
          (1)數(shù)據(jù)IEC1158-2的傳輸技術(shù)用于Profibus-PA,能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本征安全性,并通過總線對現(xiàn)場設備供電。
          (2)IEC1158-2是一種位同步協(xié)議,通常稱為H1。
          (3)IEC1158-2技術(shù)用于Profibus-PA,其傳輸以下列原理為依據(jù):
          ·每段只有一個電源作為供電裝置。
          ·當站收發(fā)信息時,不向總線供電。
          ·每站現(xiàn)場設備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流。
          ·現(xiàn)場設備其作用如同無源的電流吸收裝置。
          ·主總線兩端起無源終端線作用。
          ·允許使用線性、樹型和星型網(wǎng)絡。
          ·為提高可靠性,設計時可采用冗余的總線段。
          ·為了調(diào)制的目的,假設每個總線站至少需用10mA基本電流才能使設備啟動。通信信號的發(fā)生是通過發(fā)送設備的調(diào)制,從±9mA到基本電流之間。
          (4)IEC1158-2傳輸技術(shù)特性:
          ·數(shù)據(jù)傳輸:數(shù)字式、位同步、曼徹斯特編碼。
          ·傳輸速率:31.25Kbit/s,電壓式。
          ·數(shù)據(jù)可靠性:前同步信號,采用起始和終止限定符避免誤差。
          ·電纜:雙絞線,屏蔽式或非屏蔽式。
          ·遠程電源供電:可選附件,通過數(shù)據(jù)線。
          ·防爆型:能進行本征及非本征安全操作。
          ·拓撲:線型或樹型,或兩者相結(jié)合。
          ·站數(shù):每段最多32個,總數(shù)最多為126個。
          ·中繼器:最多可擴展至4臺。
          2.2.2.4IEC1158傳輸設備安裝要點
          (1)分段藕合器將IEC1158-2傳輸技術(shù)總線段與RS-485傳輸技術(shù)總線段連接。藕合器使RS-485信號與IEC1158-2信號相適配。它們?yōu)楝F(xiàn)場設備的遠程電源供電,供電裝置可限制IEC1158-2總線的電流和電壓。
          (2)Profibus-PA的網(wǎng)絡拓撲有樹型和線型結(jié)構(gòu),或是兩種拓撲的混合,見圖2-3

           

          圖2-3

          (3)現(xiàn)場配電箱仍繼續(xù)用來連接現(xiàn)場設備并放置總線終端電阻器。采用樹型結(jié)構(gòu)時連在現(xiàn)場總線分段的全部現(xiàn)場設備都并聯(lián)地接在現(xiàn)場配電箱上。
          (4)建議使用下列參考電纜,也可使用更粗截面導體的其它電纜。
          ·電纜設計:雙絞線屏蔽電纜
          ·導線面積(額定值):0.8mm2(AWG18)
          ·回路電阻(直流):44W/Km
          ·阻抗(31.25千赫時):100W±20%
          ·39千赫時衰減:3dB/Km
          ·電容不平衡度:2nF/Km
          (5)主總線電纜的兩端各有一個無源終端器,內(nèi)有串聯(lián)的RC元件,R=100W,C=1mF。當總線站極性反向連接時,它對總線的功能不會有任何影響。
          (6)連接到一個段上的站數(shù)目最多是32個。如果使用本征安全型及總線供電,站的數(shù)量將進一步受到限制。即使不需要本征安全性,遠程供電裝置電源也要受到限制。
          (7)線路最長長度的確定,根據(jù)經(jīng)驗先計算一下電流的需要,從表2-2中選用一種供電電源單元,再根據(jù)表2-3中線的長度選定哪種電纜。
          表2-2標準供電裝置(操作值)


          表2-3IEC1158-2傳輸設備的線路長度

          (8)外接電源:如果外接電源設備,根據(jù)EN50020標準帶有適當?shù)母綦x裝置,將總線供電設備與外接電源設備連在本征安全總線上是允許的。
          2.2.2.5光纖傳輸技術(shù)
          (1)Profibus系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應用時,可使用光纖導體,以增加高速傳輸?shù)木嚯x。
          (2)可使用兩種光纖導體,一是價格低廉的塑料纖維導體,供距離小于50米情況下使用。另一種是玻璃纖維導體,供距離大于1公里情況下使用。
          (3)許多廠商提供專用總線插頭可將RS-485信號轉(zhuǎn)換成光纖導體信號或?qū)⒐饫w導體信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號。
          2.2.3Profibus總線存取協(xié)議
          (1)三種Profibus(DP、FMS、PA)均使用一致的總線存取協(xié)議。該協(xié)議是通過OSI參考模型第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)來實現(xiàn)的。它包括了保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報文處理。
          (2)在Profibus中,第二層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層(FieldbusDataLink—FDL)。介質(zhì)存取控制(MediumAccessControl—MAC)具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?,MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。
          (3)Profibus協(xié)議的設計要滿足介質(zhì)存取控制的兩個基本要求:
          ·在復雜的自動化系統(tǒng)(主站)間的通信,必須保證在確切限定的時間間隔中,任何一個站點要有足夠的時間來完成通信任務。
          ·在復雜的程序控制器和簡單的I/O設備(從站)間通信,應盡可能快速又簡單地完成數(shù)據(jù)的實時傳輸。
          因此,Profibus總線存取協(xié)議,主站之間采用令牌傳送方式,主站與從站之間采用主從方式。
          (4)令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規(guī)定的時間內(nèi)得到總線存取權(quán)(令牌)。在Profibus中,令牌傳遞僅在各主站之間進行。
          (5)主站得到總線存取令牌時可與從站通信。每個主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。因此,可能有以下三種系統(tǒng)配置:
          ·純主—從系統(tǒng)
          ·純主—主系統(tǒng)
          ·混合系統(tǒng)
          (6)圖2-4是一個由3個主站、7個從站構(gòu)成的Profibus系統(tǒng)。3個主站之間構(gòu)成令牌邏輯環(huán)。當某主站得到令牌報文后,該主站可在一定時間內(nèi)執(zhí)行主站工作。在這段時間內(nèi),它可依照主—從通訊關系表與所有從站通信,也可依照主—主通訊關系表與所有主站通信。


          圖2-4:3個主站、7個從站構(gòu)成的Profibus系統(tǒng)

          (7)在總線系統(tǒng)初建時,主站介質(zhì)存取控制MAC的任務是制定總線上的站點分配并建立邏輯環(huán)。在總線運行期間,斷電或損壞的主站必須從環(huán)中排除,新上電的主站必須加入邏輯環(huán)。
          (8)第二層的另一重要工作任務是保證數(shù)據(jù)的可靠性。Profibus第二層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式可保證數(shù)據(jù)的高度完整性。
          (9)Profibus第二層按照非連接的模式操作,除提供點對點邏輯數(shù)據(jù)傳輸外,還提供多點通信,其中包括廣播及有選擇廣播功能。
          2.3Profibus-DP
          Profibus-DP用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息??偩€循環(huán)時間必須要比主站(PLC)程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外,PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理。
          2.3.1Profibus-DP的基本功能
          (1)傳輸技術(shù):RS-485雙絞線、雙線電纜或光纜。波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s。
          (2)總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞,主站與從站間為主—從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)??偩€上最多站點(主—從設備)數(shù)為126。
          (3)通信:點對點(用戶數(shù)據(jù)傳送)或廣播(控制指令)。循環(huán)主—從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主—主數(shù)據(jù)傳送。
          (4)運行模式:運行、清除、停止。
          (5)同步:控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式:輸出同步;鎖定模式:輸入同步。
          (6)功能:DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強大的診斷功能,三級診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給DP從站賦予地址。通過總線對DP主站(DPM1)進行配置。每DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246字節(jié)。
          (7)可靠性和保護機制:所有信息的傳輸按海明距離HD=4進行。DP從站帶看門狗定時器(WatchdogTimer)。對DP從站的輸入/輸出進行存取保護。DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。
          (8)設備類型:第二類DP主站(DPM2)是可進行編程、組態(tài)、診斷的設備。第一類DP主站(DPM1)是中央可編程序控制器,如PLC、PC等。DP從站是帶二進制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動器、閥門等。
          2.3.1.1Profibus-DP基本特征
          (1)速率:在一個有著32個站點的分布系統(tǒng)中,Profibus-DP對所有站點傳送512bit/s輸入和512bit/s輸出,在12Mbit/s時只需1毫秒。
          (2)診斷功能:經(jīng)過擴展的Profibus-DP診斷能能對故障進行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級:
          ·本站診斷操作:本站設備的一般操作狀態(tài),如溫度過高、壓力過低。
          ·模塊診斷操作:一個站點的某具體I/O模塊故障。
          ·通道診斷操作:一個單獨輸入/輸出位的故障。
          2.3.1.2Profibus-DP系統(tǒng)配置和設備類型
          Profibus-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接126個站點。系統(tǒng)配置的描述包括:站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設備:
          (1)一級DP主站(DPM1):一級DP主站是中央控制器,它在預定的信息周期內(nèi)與分散的站(如DP從站)交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。
          (2)二級DP主站(DPM2):二級DP主站是編程器、組態(tài)設備或操作面板,在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時使用,完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。
          (3)DP從站:DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備(I/O設備、驅(qū)動器、HMI、閥門等)。
          (4)單主站系統(tǒng):在總線系統(tǒng)的運行階段,只有一個活動主站。如圖2-5所示:

          圖2-5:單主站系統(tǒng)

          (2)多主站系統(tǒng):總線上連有多個主站。這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨立的子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)包括一個DPM1、指定的若干從站及可能的DPM2設備。任何一個主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象,但只有一個DP主站允許對DP從站寫入數(shù)據(jù)。如圖2-6所示:

           

          圖2-6:多主站系統(tǒng)

            2.3.1.3系統(tǒng)行為
          系統(tǒng)行為主要取決于DPM1的操作狀態(tài),這些狀態(tài)由本地或總線的配置設備所控制。主要有以下三種狀態(tài):
          ·停止:在這種狀態(tài)下,DPM1和DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳輸。
          ·清除:在這種狀態(tài)下,DPM1讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態(tài)。
          ·運行:在這種狀態(tài)下,DPM1處于數(shù)據(jù)傳輸階段,循環(huán)數(shù)據(jù)通信時,DPM1從DP從站讀取輸入信息并向從站寫入輸出信息。
          (1)DPM1設備在一個預先設定的時間間隔內(nèi),以有選擇的廣播方式將其本地狀態(tài)周期性地
          發(fā)送到每一個有關的DP從站。如圖2-6所示。
          (2)如果在DPM1的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯誤,DPM1將所有有關的DP從站的輸出數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)入清除狀態(tài),而DP從站將不在發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。在次之后,DPM1轉(zhuǎn)入清除狀態(tài)。

          圖2-6:Profibus-DP用戶數(shù)據(jù)傳輸

          2.3.1.4DPM1和DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸
          DPM1和相關DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動進行。在對總線系統(tǒng)進行組態(tài)時,用戶對DP從站與DPM1的關系作出規(guī)定,確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期,哪些被排斥在外。
          DPM1和DP從站間的數(shù)據(jù)傳送分三個階段:參數(shù)設定、組態(tài)、數(shù)據(jù)交換。在參數(shù)設定階段,每個從站將自己的實際組態(tài)數(shù)據(jù)與從DPM1接受到的組態(tài)數(shù)據(jù)進行比較。只有當實際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時,DP從站才進入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此,設備類型、數(shù)據(jù)格式、長度以及輸入輸出數(shù)量必須與實際組態(tài)一致。
          2.3.1.5DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設備間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸
          除主—從功能外,Profibus-DP允許主—主之間的數(shù)據(jù)通信,這些功能使組態(tài)和診斷設備通過總線對系統(tǒng)進行組態(tài)。
          2.3.1.6同步和鎖定模式
          除DPM1設備自動執(zhí)行的用戶數(shù)據(jù)循環(huán)傳輸外,DP主站設備也可向單獨的DP從站、一組從站或全體從站同時發(fā)送控制命令。這些命令通過有選擇的廣播命令發(fā)送的。使用這一功能將打開DP從站的同步及鎖定模式,用于DP從站的事件控制同步。
          主站發(fā)送同步命令后,所選的從站進入同步模式。在這種模式中,所編址的從站輸出數(shù)據(jù)鎖定在當前狀態(tài)下。在這之后的用戶數(shù)據(jù)傳輸周期中,從站存儲接收到輸出的數(shù)據(jù),但它的輸出狀態(tài)保持不變;當接收到下一同步命令時,所存儲的輸出數(shù)據(jù)才發(fā)送到外圍設備上。用戶可通過非同步命令退出同步模式。
          鎖定控制命令使得編址的從站進入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數(shù)據(jù)鎖定在當前狀態(tài)下,直到主站發(fā)送下一個鎖定命令時才可以更新。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。
          2.3.1.7保護機制
          對DP主站DPM1使用數(shù)據(jù)控制定時器對從站的數(shù)據(jù)傳輸進行監(jiān)視。每個從站都采用獨立的控制定時器。在規(guī)定的監(jiān)視間隔時間中,如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯,定時器就會超時。一旦發(fā)生超時,用戶就會得到這個信息。如果錯誤自動反應功能“使能”,DPM1將脫離操作狀態(tài),并將所有關聯(lián)從站的輸出置于故障安全狀態(tài),并進入清除狀態(tài)。
          對DP從站使用看門狗控制器檢測主站和傳輸線路故障。如果在一定的時間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)沒有主機的數(shù)據(jù)通信,從站自動將輸出進入故障安全狀態(tài)。
          2.3.2擴展DP功能
          DP擴展功能是對DP基本功能的補充,與DP基本功能兼容。
          2.3.2.1DPM1與DP從站間的擴展數(shù)據(jù)通信
          (1)DPM1與DP從站間非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。
          (2)帶DDLM讀和DDLM寫的非循環(huán)讀/寫功能,可讀寫從站任何希望數(shù)據(jù)。
          (3)報警響應,DP基本功能允許DP從站用診斷信息向主站自發(fā)地傳輸事件,而新增的DDLM-ALAM-ACK功能被用來直接響應從DP從站上接收的報警數(shù)據(jù)。
          (3)DPM2與從站間的非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。
          2.3.3電子設備數(shù)據(jù)文件(GSD)
          為了將不同廠家生產(chǎn)的Profibus產(chǎn)品集成在一起,生產(chǎn)廠家必須以GSD文件(電子設備數(shù)據(jù)庫文件)方式提供這些產(chǎn)品的功能參數(shù)(如I/O點數(shù)、診斷信息、波特率、時間監(jiān)視等)。標準的GSD數(shù)據(jù)將通信擴大到操作員控制級。使用根據(jù)GSD文件所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設備集成在同一總線系統(tǒng)中。如圖2-7所示。

          圖2-7:基于GSD文件開放式組態(tài)

          GSD文件可分為三個部分:
          (1)總規(guī)范:包括了生產(chǎn)廠商和設備名稱、硬件和軟件版本、波特率、監(jiān)視時間間隔、總線插頭指定信號。
          (2)與DP有關的規(guī)范:包括適用于主站的各項參數(shù),如允許從站個數(shù)、上裝/下裝能力。
          (3)與DP從站有關的規(guī)范:包括了與從站有關的一切規(guī)范,如輸入/輸出通道數(shù)、類型、診斷數(shù)據(jù)等。
          2.3.4Profibus—DP行規(guī)
          Profibus—DP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞,但用戶數(shù)據(jù)的含義是在PROFIBUS行規(guī)中具體說明的。另外,行規(guī)還具體規(guī)定了PROFIBUS—DP如何用于應用領域。使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設備互換使用,而工廠操作人員毋須關心兩者之間的差異,因為與應用有關的參數(shù)含義在行規(guī)中均作了精確的規(guī)定說明。下面是PROFIBUS-DP行規(guī),括弧中數(shù)字是文件編號:
          ·NC/RC行規(guī)(3.052)
          ·編碼器行規(guī)(3.062)
          ·變速傳動行規(guī)(3.071)
          ·操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)(HMI)
          2.4Profibus-PA
          Profibus—PA適用于PROFIBUS的過程自動化。PA將自動化系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)與壓力、溫度和液位變送器等現(xiàn)場設備連接起來,PA可用來替代4—20mA的模擬技術(shù)。PROFIBUS—PA具有如下特性:
          (1)適合過程自動化應用的行規(guī)使不同廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場設備具有互換性。
          (2)增加和去除總線站點,即使在本征安全地區(qū)也不會影響到其它站。
          (3)在過程自動化的Profibus—PA段與制造業(yè)自動化的PROFIBUS—DP總線段之間通過藕合器連接,并使可實現(xiàn)兩段間的透明通信。
          (4)使用與IEC1158—2技術(shù)相同的雙絞線完成遠程供電和數(shù)據(jù)傳送。
          (5)在潛在的爆炸危險區(qū)可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。
          2.4.1Profibus—PA傳輸協(xié)議
          Profibus—PA采用PROFIBUS—DP的基本功能來傳送測量值和狀態(tài)。并用擴展的PROFIBUS—DP功能來制訂現(xiàn)場設備的參數(shù)和進行設備操作。PROFIBUS—PA第一層采用IEC1158—2技術(shù),第二層和第一層之間的接口在DIN19245系列標準的第四部分作出了規(guī)定。
          2.4.2Profibus—PA設備行規(guī)
          Profibus—PA行規(guī)保證了不同廠商所生產(chǎn)的現(xiàn)場設備的互換性和互操作性,它是PROFIBUS—PA的一個組成部分。PA行規(guī)的任務是選用各種類型現(xiàn)場設備真正需要通信的功能,并提供這些設備功能和設備行為的一切必要規(guī)格。
          目前,PA行規(guī)已對所有通用的測量變送器和其它選擇的一些設備類型作了具體規(guī)定,這些設備如:
          ·測壓力、液位、溫度和流量的變送器
          ·數(shù)字量輸入和輸出
          ·模擬量輸入和輸出
          ·閥門
          ·定位器
          2.5Profibus-FMS
          Profibus—FMS的設計旨在解決車間監(jiān)控級通信。在這一層,可編程序控制器(如PLC、PC機等)之間需要比現(xiàn)場層更大量的數(shù)據(jù)傳送,但通信的實時性要求低于現(xiàn)場層。
          2.5.1Profibus-FMS應用層
          應用層提供了供用戶使用的通信服務。這些服務包括訪問變量、程序傳遞、事件控制等。Profibus—FMS應用層包括下列兩部分:
          ·現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FieldbusMessageSpecification-FMS):描述了通信對象和應用服務。
          ·低層接口(LowerLayerInterface-LLI):FMS服務到第二層的接口。
          2.5.2Profibus-FMS通信模型
          Profibus—FMS利用通信關系將分散的應用過程統(tǒng)一到一個共用的過程中。在應用過程中,可用來通信的那部分現(xiàn)場設備稱虛擬設備VFD(VirtualfieldDevice)。在實際現(xiàn)場設備與VFD之間設立一個通信關系表。通信關系表是VFD通信變量的集合,如零件數(shù)、故障率、停機時間等。VFD通過通信關系表完成對實際現(xiàn)場設備的通信。
          2.5.3通信對象與通信字典(OD)
          (1)FMS面向?qū)ο笸ㄐ?,它確認5種靜態(tài)通信對象:簡單變量、數(shù)組、記錄、域和事件,還確認2種動態(tài)通信對象:程序調(diào)用和變量表。
          (2)每個FMS設備的所有通信對象都填入對象字典(OD)。對簡單設備,OD可以予定義,對復雜設備,OD可以本地或遠程通過組態(tài)加到設備中去。靜態(tài)通信對象進入靜態(tài)對象字典,動態(tài)通信對象進入動態(tài)通信字典。每個對象均有一個唯一的索引,為避免非授權(quán)存取,每個通信對象可選用存取保護。
          2.5.4Profibus-FMS服務
          FMS服務項目是ISO9506制造信息規(guī)范MMS(ManufacturingMessageSpecification)服務項目的子集。這些服務項目在現(xiàn)場總線應用中已被優(yōu)化,而且還加上了通信對象的管理和網(wǎng)絡管理。
          Profibus—FMS提供大量的管理和服務,滿足了不同設備對通信提出的廣泛需求,服務項目的選用取決于特定的應用,具體的應用領域在FMS行規(guī)中規(guī)定。
          2.5.5低層接口(LLI)
          第七層到第二層服務的映射由LLI來解決,其主要任務包括數(shù)據(jù)流控制和聯(lián)接監(jiān)視。用戶通過稱之為通信關系的邏輯通道與其他應用過程進行通信。FMS設備的全部通信關系都列入通信關系表CRL(CommunicationRelationshipList)。每個通信關系通過通信索引(CREF)來查找,CRL中包含了CREF和第二層及LLI地址間的關系。
          2.5.6網(wǎng)絡管理
          FMS還提供網(wǎng)絡管理功能,有由現(xiàn)場總線管理層第七層來實現(xiàn)。其主要功能有:上、下關系管理、配置管理、故障管理等。
          2.5.7Profibus-FMS行規(guī)
          FMS提供了范圍廣泛的功能來保證它的普遍應用。在不同的應用領域中,具體需要的功能范圍必須與具體應用要求相適應。設備的功能必須結(jié)合應用來定義。這些適應性定義稱之為行規(guī)。行規(guī)提供了設備的可互換性,保證不同廠商生產(chǎn)的設備具有相同的通信功能。FMS對行規(guī)做了如下規(guī)定(括號中的數(shù)字是文件編號):
          ·控制間的通信(3.002)
          ·摟宇自動化(3.011)
          ·低壓開關設備(3.032)
          2.6Profibus特點綜述
          與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比,Profibus的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標準EN50170作保證,并經(jīng)實際應用驗證具有普遍性。目前已應用的領域包括加工制造、過程控制和樓宇自動化等。PROFIBUS開放性和不依賴于廠商的通信的設想,已在10多萬成功應用中得以實現(xiàn)。市場調(diào)查確認,在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場份額超過40%。PROFIBUS有國際著名自動化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持,它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務。



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