Profibus总线 Profibus-DP西门子电缆 Profibus-DP现场总线

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PROFIBUS现场总线技术问答【西门子PCL编程电缆】

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PROFIBUS现场总线

摘要:现场总线技术是’" 20世纪"80年代兴起的一种集控制技术、仪表技术和计算机网络技术为一体的先进的工业控制技术。这其中PROFIBUS 现场总线是目前较为流行的五种现场总线中较为有仪表性的一种。文中介绍了PROFIBUS现场总线的由来、构成、特性及其优点,展望了其未来的发展趋势。

1 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 field-bus)标准,简称PROFIBUS,由此拉开了现场总线标准制订和产品开发的序幕.

2 PROFIBUS的协议结构

PROF IBUS协议结构是根据IS07498国际标准、以开放式系统互联网络作为参考模型的。该模型共有7.

PROF IBUS - DP定义了第12层和用户接口, 37层未加描述,这种流体型结构确保了数据传输的快速和有效。直接数据链路映像提供易于进入第2层的用户数据。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PROF IBUS - DP设备的设备行为 PROF IBUS - FMS定义了127,应用层包括现场总线信息规范和低层接口 FMS包括了应用协议并向用户提供可广泛选用的强有力的通信服务。LL I协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第2层访问接口。第2层现场总线数据链路可完成总线访问控制和数据的可靠性[ 9 ]

    PROF IBUS - PA PA 的数据传输采用扩展的PROF IBUS - PA PA 的数据传输采用扩展的行为的PA 行规。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。由于PROF IBUS - DP具有可靠性高、性能高、实时性好及其独特的设计等优点,已被几乎所有的生产厂商和用户所接受。

3 PROFIBUS - DP数据传输技术

3.1 通讯原理

PROF IBUS - DP使用了第1 (物理层) 、第2(数据链路层)和用户接口层,由于工业上的特殊需要省略了36 。模型的第1层相同,其主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接,以透明地传送比特流。它采用RS - 485协议,其传输技术为半双工通信方式,传输速率在9. 6 k12M bit·s- 1之间可选, 对应的通讯距离在100 m1 200 m,根据最大传输速率的不同,可选用双绞线或光纤2 种传输电缆。一般来说在电磁干扰很大的环境下可使用光纤导体以增长高速传输的最大距离。数据链路层: PROF IBUS - DP的数据链路层是比较复杂的一部分,它主要是通过数据链路层协议, 在不可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。

PROF IBUS - DP网包括两种介质存取方式:令牌总线方式和主- 从方式可选用。数据链路层协议媒体访问控制(MAC)部分采用受控访问的令牌总线和主从方式。主站间数据传输采用令牌总线方式 。令牌在总线上的各主站间传递,持有令牌的主站获得总线控制权,该主站依照关系表与从站或其它主站进行通信。主站与从站之间的周期性数据传输采用主从方式,主站向从站发送或索取信息。应用层: PROF IBUS - DP网没有使用OSI参考模型的应用层,而是自己定义了第8层———用户层, 这一层与用户接触比较多,它主要定义了DP的功能、行规及扩展功能。

3.2 PROFIBUS - DP的设备分类

3. 3. 11DP主站(DPM1)

1DP主站是中央控制器,它在预定的信息周期内与分散的站(DP从站)交换信息,并对总线通信进行控制和管理。DPM1 可以发送参数给从站,读取从站的诊断信息 。此外,还可以将控制命令发送给个别从站或从站组,以实现输出数据和输入数据的同步。下列设备可以做1类主站: ( 1) 集成了DP接口的PLC( 2)没有集成DP接口的CPU加上支持DP主站功能的通信处理器。(3)插有PROF IBUS 网卡的PC( 4 ) IE /PB 链路模块。(5) ET 200S/ET 200X的主站模块]

3. 3. 22DP主站(DPM2)

2DP主站是编程器、组态设备或操作面板,DP网络中的编程、诊断和管理设备。DPM2除了具有1类主站的功能外,在与1DP主站进行通信的同时,可以读取DP从站的输入/输出数据和当前的组态数据,可以给DP从站分配新的总站地址。下列设备可以做DPM2: ( 1) PC_i_____PROF IBUS网卡可做2类主站。(2)操作员面板/触摸屏。

3. 3. 3DP从站

DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备,它只与组态它的DP主站交换用户数据, 可以向该主站报告本地诊断中断和过程中断。

4PROFIBUS与其他现场总线比较

目前除了过程现场总线PROF IBUS以外,较为流行的现场总线主要还有以下4:基金会现场总线FF, 局部操作网络LONWORKS, 控制局域网CAN, HART总线。

   FF总线功能强大,支持本安装系统,实时性好, 总线供电,但如果主设备失效将使整个网络瘫痪,总线虽然性能突出,成本却较高,协议也复杂,主要应用于流程控制领域。.]LONWORKS总线开发平台. 完善,在楼宇自动化、电力行业、测控系统和智能通信产品方面具有较大优势,由于行业应用的特点和历史原因,在离散制造加工领域没有优势 CAN总线简单可靠,抗干扰性强,成本低,非常适合用作传感器/执行器总线,但它的速度慢,传输距离也有限,不能满足有严格实时性要求的场合,其主要应用于汽车检测和控制。HART总线建立在目前广泛采

用的模拟系统之上,技术上也充分考虑连续过程使用环境的需要,其技术本身还在不断完善与更新,如需提高传输速率。与以上总线技术相比,PROFIBUS在以下几方面显现了它的应用优势。

  (1)由于PROF IBUS现场总线技术投运时间较长,因而它的应用范围已渗透扩散到电力拖动的电力电子技术(如变频调速器)等领域中。

(2 ) PROFIBUS 可远距离高速度传输数据。PROF IBUS - DP /FMS通信介质为屏蔽双绞电缆或光纤,传输速率为9. 6 k12M bit·s- 1 ,传输距离为1001 200 m,通过中继器后传输距离还可加长

(3) PROF IBUS根据不同的应用对象可灵活选取不同规格的总线系统。如简单的设备一级的高速数据传送,可选用PROF IBUS - DP单主站系统;稍微复杂一些的设备级高速数据传送可选用PROF I2 BUS - DP多主站系统;比较复杂一些的系统可以将PROFIBUS – DPPROFIBUS- FMS混合选用,两套系统可方便地在同一根电缆上同时操作,无需附加任何转换装置

(4) PROF IBUS具有本征安全的优势。目前各种现场总线技术中考虑本征安全的只有PROF IBUSFF。而FF的部分协议及成套硬件支撑尚未完善,可以说目前过程自动化中现场总线技术的成熟解决方案是PROF IBUS - PA 。它只需一条双绞线就既可传送信息又向现场设备供电,由于总线的操作电源来自单一供电装置,它就不再需要绝缘装置和隔离装置,设备在操作过程中进行的维修、接通或断开,即使在潜在的爆炸区也不会影响到其它站点。使用分段式耦合器PROF IBUS - PA 可以很方便地集成到PROF IBUS - DP网络上,使用连接器可在DP上扩展PA网络。PROF IBUS - DP总线上可挂接的设备有PROF IBUS - PA 总线变送器和执行器等。经过扩展的PROF IBUS - DP诊断能对故障进行快速定位,诊断信息在总线上传达输出并由主站采集,诊断信息分为3:本站诊断操作、模块诊断操作和通道诊断操作。

(5) PROF IBUS具有硬件支持。由于PROF I2BUS协议芯片具有广泛的系列,PROF IBUS协议的具体实现既简单又便宜。原则上, PROFIBUS协议在任何微处理器上都可实现,同时在微处理器内部或外部装上异步串行口即可,但当传输速度超过500 kbit/ s或需要联接使用IEC1158 - 2 传输技术时,要用西门子公司ASIC协议芯片

5PROFIBUS应用发展趋势分析

5. 1 网络兼容与标准统一

目前的普遍观点是将来肯定会出现许多种现场总线并存的情况,这是由各种总线技术的特点、适用场合及大公司、集团的既得利益所决定的。各种现场总线技术相互融合、合理搭配真正形成开放的互联系统将是现场总线下一步的发展趋势。在单元级和现场级使用的PROF IBUS和在管理级使用的工业以太网TCP / IP构成一个自上而下的统一和透明的通信网络系统。PROFIBUS与工业以太网技术的结合[、与安全技术的结合,将是未来自动化技术发展的主要趋势。由此可见,网络协议的兼容使得PROF IBUS在更多方面如生产自动化、过程自动化、驱动技术和楼宇自动化等领域得到了成功的应用, 证明其强大、灵活的功能,并在众多的现场总线技术中占据首要地位。

5. 2PROF IBUS产品开发

在近几年内,国产现场总线技术产品应用主要是在现场设备及仪表领域。主要产品可能是与电力驱动有关的产品,如传感器类、专用控制设备及分布式控制系统 PROF IBUS产品开发已有适用的。但国内经过认证的PROF IBUS产品还很少。现场总线技术和现场总线控制系统的概念早己被市场所认知。国外产品力求在竞争中获胜并占据中国市场,虽然称为开放的现场总线,但是其核心技术却只对成员开放,我们在某些深层次的技术和应用仍依赖于国外公司,在此基础上的进一步发展越来越困难。因此,开发自主知识产权的PROF IBUS接口卡件和上位机软件,构建自己的基于PROFIBUS的现场总线控制系统势在必行。

6 结术语

在相当长的时间内还难以统一现场总线的国际标准,因此仍然会保持几种现场总线标准并存的局面。这不仅会给用户的选择带来不便,而且也会使现场总线间的竞争日益加剧。目前,由于PRO2 F IBUS的自身性能等各方面的优势以及PLC各大生产商的支持,再加上其他总线的标准迟迟得不到完善, PROF IBUS将会有更大的发展空间,有望成为在国际上推广速度最快、用户最多、应用范围最广及最有发展前景的现场总线。