PROFIBUS現(xiàn)場總線及其在開放控制系統(tǒng)中的應用
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隨著計算機、控制、通信和網(wǎng)絡等技術的進步，現(xiàn)場總線在20世紀80年代中期逐漸發(fā)展起來。現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場測量與控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多節(jié)點通信的底層控制網(wǎng)絡。PROFIBUS是過程現(xiàn)場總線（ProcessField Bus）的縮寫。德國科學技術部總結(jié)了20世紀80年代德國工業(yè)界自動控制技術的發(fā)展經(jīng)驗，為了適應分散控制系統(tǒng)的發(fā)展要求，對各公司自己定義的網(wǎng)絡協(xié)議加以規(guī)范化、公開化，使得不同廠家生產(chǎn)的自動控制設備在網(wǎng)絡通信級互相兼容、遵守同一協(xié)議，以利于提高工業(yè)標準化水平，于1987年列為德國國家項目，由13家大公司（如SIEMENS、ABB、AEG等）及5家研究所經(jīng)過2 a多的時間完成。1991年，PROFIBUS成為德國國家標準DIN 19245,1996年6月成為歐洲標準EN 10170,1999年加入IEC 61158協(xié)議。PROFIBUS已成為應用廣泛、技術成熟的國際標準現(xiàn)場總線之一，廣泛應用于加工制造、過程和樓宇自動化等領域。
2 PROFIBUS現(xiàn)場總線
2.1 PROFIBUS系列
PROFIBUS根據(jù)應用特點分為PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA 3個兼容版本。
a. PROFIBUS-DP以DIN 19245的第一部分為基礎，經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價通信網(wǎng)絡，適用于自動控制系統(tǒng)和設備級分散I/O之間通信。在設備級，中央控制器（如PLC、PC）通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設備（如I/O、傳感器、閥門、執(zhí)行器等）進行通信。DP一般構成單主站系統(tǒng)，主從站之間采用循環(huán)數(shù)據(jù)傳送方式工作，最高通信速率可達12 Mbit/s。
b. PROFIBUS-FMS完成車間級通用性通信任務，提供大量的通信服務，實現(xiàn)周期性和非周期性通信。目前，PROFIBUS-FMS的作用正在為高速工業(yè)以太網(wǎng)HSE(High Speed Ethernet)代替。
c. PROFIBUS-PA專為過程自動化設計,用于本質(zhì)安全和現(xiàn)場供電的場合。
2.2 PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構和傳輸技術
PROFIBUS協(xié)議根據(jù)ISO 74898國際標準，以開放系統(tǒng)互連ISO/OSI為參考模型。協(xié)議結(jié)構如圖1所示。協(xié)議定義了第1層（物理層）、第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）和第7層（應用層）。沒有使用第3層至第6層，這樣可以減少通信開支，增加效率。
現(xiàn)場總線的物理層規(guī)定了總線介質(zhì)、網(wǎng)絡拓撲、傳輸距離、傳輸速率、站點數(shù)以及總線接口。它提供有關同步和比特流在物理媒體上的傳輸手段。PROFIBUS提供3種傳輸技術。
a. DP和FMS的RS 485傳輸基本特點見表1。
b. PA的IEC 1158-2傳輸基本特點見表2。
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