淺談PROFIBUS現場總線技術

馬寶印

河北能源職業技術學院，河北 唐山 063004

0 引言

隨著電子技術和計算機技術的不斷發展，工業生產過程的控制系統正在向著智能化、數字化和網絡化的方向發展。傳統的集散控制制方式和計算機分層控制方式已經開始讓位于智能終端與網絡結合的總線網絡控制方式。總線網絡控制方式是指通過一個適當的現場總線把系統中的各種設備連接在一起，從而形成一個完整的封閉系統，連接在總線上的設備可以是各種具備智能和通信功能傳感器和控制器，也可以是通信設備和計算機。連接在總線上的設備之間都能直接進行信息交換。因此，以總線為核心形成一個完整的控制網絡，其系統具有設備之間的信息交換的能力，具有設備自調整的能力，同時還有與internet直接連接的能力。現場總線網絡可以被看成是信息系統的直接終端，是一種以信息網絡技術為基礎的控制系統，實現了控制靈活、分散控制、信息共享、優化企業生產過程、實現企業量化管理、提高生產效率。

1 PROFIBUS的組成

PROFIBUS由 PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-dp、PROFIBUS-paD 3個系統組成。

1.1 PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-FMS主要用于主站之間的對等通信，但隨著以太網技術的發展，車間管理級的通信將越來越多地采用100m的高速工業以太網技術。另外，FMS推薦只用于不同廠家主站之間的通信。對于同一廠家的控制設備，例如全是西門子設備可以采用S7協議或FDL協議，它們和DP、FMS協議在同一根電纜上并行。

1.2 PROFIBUS-DP

PROFIBUS-DP主要用于現場級的主從通信，例如PLC或PC和遠程I/O、傳動裝置、人機界面等之間的通信。同時， DPV1補充協議定義了從站之間的直接通信功能，這使得PROFIBUS的實時性又得到進一步的提高。

1.3 PROFIBUS-PA

PROFIBUS-PA主要用于主站與儀表、變送器等之間的通信，具有本質安全特征。通常DP與PA結合使用，DP作為高速的骨干網絡，PA置于防爆區。

2 PROFIBUS特點及技術特性

2.1 一切集成到一條總線上

1）PROFIBUS的通用性證明其最適合應用于“混合式”工廠內，最具代表性的就是過程工業。除了生產本身的批量或連續工序以外，包括分散的上游領域，以及生產末端的下游領域。總體而言，這些分散的應用通常占有數量優勢。此外，還有必要考慮需要本質安全的危險區域以及與安全相關的應用。使用的設備種類包括從簡單的開關或通用的4mA～20mA設備到復雜的過程設備，從驅動器到變頻器的安全設備。“混合型工業”的各個市場領域只須使用一種現場總線：PROFIBUS。

2）PROFIBUS-DP是一種通用性的高速骨干網絡，傳輸速度可達12Mbit/s，可以將主生產線上從上游到下游的所有設備連接在一起。本質安全的現場設備可以整合到各個部分，并且分別完成工藝工程的特殊要求，以便在總線上實現本質安全的電源供應和熱拔插功能。這種匹配的物理傳輸介質和PA設備應用行規就是指PROFIBUS-PA，可以確保過程設備具有相同的性能特點。傳輸速率采用固定的31.5 kbit/s的耦合器可適用于向總線上的設備提供電源以及與PROFIBUS-DP的連接。這種耦合器能夠處理PROFIBUS-DP到本質安全的“MBP”接口的物理轉換。由于在PROFIBUS-PA上采用同一通訊協議，所以可以從PROFIBUS-DP無縫過渡到PROFIBUS-PA，而不存在系統中斷或其它其它現場總線系統所需的協議轉換。

3）與安全相關的任務也可以通過使用PROFIsafe應用行規的PROFIBUS總線上執行。對于用戶而言，“一切集成到一條總線上”意味著可以避免設備故障和減少工廠內的接口。這樣可以帶來更高的操作可靠性和實用性，減少工程、文件編制和培訓的間接費用，并最終擁有中央數據庫的優勢。

2.2 靈活多樣的解決方案

本質安全設備是在工廠防爆危險區進行操作的一項不可或缺的前提條件。PROFIBUS可以采用兩種不同的方式實現：

1）在PROFIBUS-PA采用MBP-IS接口技術，提供符合IEC標準的兩線制供電技術。MBP-IS符合FISCO模型。就在本質安全環境下即：每個總線段都只有一個有源終端。

2）PROFIBUS同時規定了具有EExi保護等級的RS485-IS接口。它提供在危險區直接使用PROFIBUS-DP遠程I/O站的可能性，這種方式的好處可提供很高的通信數據速率。

2.3 集成的故障安全技術

PROFIBUS 在整合了所有設備的安全功能之后，標志著一個決定性的轉折點。這種基于軟件的PROFIsafe應用行規也可以在其它沒有更改的標準設備中實施，從而可以在一條或相同的總線上運行故障安全的標準應用。因此，不再需要一條單獨的安全總線。由于減少了所需的硬件，所實施的安全應用無須專用設施，并能夠減少用戶成本，而且可以降低工程和安裝費用。

2.4 基于PROFIBUS的系統診斷技術

在配置有現場總線通訊設備的工廠內，從智能型現場設備獲取的有關運行狀況以及最近的過程環境的信息具有重要的實際作用，尤其是在工廠維護方面，用戶獲得的好處是顯而易見的。過去現場出現問題靠維修人員跑到現場檢查故障設備，而現在基于PROFIBUS的系統診斷技術能夠優化自動化系統的價值工程，它可以為整個項目的生命周期提供支持。從設備安裝、系統的調試以及系統運行和維護階段，系統診斷技術可以為現場技術人員提供豐富詳細的系統診斷信息。

3 結論

現有的現場總線系統有其自己的市場位置，隨著網絡協議的融合技術的不斷加強，集成多種通信協議的工業“網關”產品將占有更大的市場份額。可以預見，PROFIBUS是具有巨大發展前途的“自動化技術”。

[1]陽憲惠.現場總線技術及其應用.北京：清華大學出版社，2010.

[2]任波.現場總線技術及其應用.航空工業出版社，2008.