PROFIBUS現場總線通信技術及其應用研究

劉洋

摘 要：隨著電子信息化社會的發展，將計算機技術和電子通信技術相互結合、滲透，信息技術的快速發展也推進了自動化技術領域的技術革新。本文對PROFIBUS現場總線技術進行了基本概述，展現了PROFIBUS的協議結構，根據PROFIBUS現場總線通信技術的結構特點介紹了其實際應用領域及系統軟件。

關鍵詞：PROFIBUS現場總線；通信技術；系統應用

在當今社會的工業生產過程中，現場總線技術已經成為發展的必然趨勢，現場總線具有節約成本、提高系統準確可靠性的特點，用戶可享有高度的集成主動權。其開發目標是為打破目前系統孤立且開發程度低的現狀，建立一個開放式控制系統應用于工廠的底層信息網絡。當前發展較為典型且成熟的現場總線及產品有LON WORKS、 PROFIBUS、FF等，其中 PROFIBUS是最為流行的現場總線之一。它是開放式的現場總線 ，自動化設備交換信息皆可通過同樣的接口。通過對PROFIBUS現場總線的研究，使其促進社會的生產與發展。

1 PROFIBUS現場總線技術概述

PROFIBUS不依賴于設備生產商的通信設想，具有國際化和開放式的特點，用于監控工廠自動化車間和現場設備通信，可以實現工廠設備層到車間的數字監控和現場通信網絡，為工廠自動化、智能化發展提供了有利依據。當總線系統啟動時，PROFIBUS可將所有連接到總線上的裝置設為相同的速度。其應用于制造業、流程工業、交通電力等領域。經試驗證明和市場調查，該技術已經在加工制造、過程控制等方面取得巨大成功。其技術優勢能不斷給市場提供優質的產品和技術服務。現場總線系統分為主站和從站，使用分散控制、集中控制、混合控制三種方式。當主站獲得總線控制權時，可直接主動發送信息，無需通過外界請求，其決定主線的數據通信，從站沒有總線控制權，僅通過外界請求對信息給予確認，從站裝置包括閥門、驅動器、輸入/輸出裝置等部分，實施時經濟高效。

2 PROFIBUS協議結構

PROFIBUS協議結構的參考模型是以開放式系統互聯網絡模型為基礎，如圖 1所示，模型一共分為 7層。其中，物理層為第一層，數據鏈路層為第二層，網絡層為第三層，傳輸層為第四層，會話層為第五層，表達層為第六層，應用層為第七層。其中，第三～六層沒有具體應用，其功能已集成于低層接口中。現場總線信息規范是指向用戶提供強有力的通信服務。低層接口是指協調通信關系提供第2層訪問接口且不需要依賴任何設備 。第 2層現場總線數據具有可靠性，可控制訪問總線。用戶接口對不同的設備和系統具有調用功能，直接將數據映像提供給第2層的數據用戶，確保了數據的快速和有效傳輸。PROFIBUS-DP因其的性能高 、實時性好等優點已被大多數用戶所接受。根據IEC1158-2標準，PA的傳輸技術使用連接器擴展PA網絡，通過總線給設備現場供電，保證其安全性， PROFIBUS-PA的數據傳輸采用擴展的DP協議。

3 PROFIBUS現場總線技術的應用系統

PROFIBUS可便捷的構成集散式和分布式系統，公開各層現場總線網絡，通過現場總線網絡的不同規范來設計系統的網絡接口，實現不同的設備的網絡互聯，只要設備具有GDS文件，就能相互構成系統，便于用戶根據自己的需要選擇不同廠家的設備，此類分布式系統具有靈活性，基于PROFIBUS現場總線技術形成三級企業生產自動化系統，分別為工廠管理層自動化系統、車間監控層自動化系統、現場設備層自動化系統，其主要通信技術表現為以下幾個方面：

3.1 工廠管理層自動化系統

采用PROFIBUS現場總線技術，利用DP 、PA 總線通過耦合器相連直接連接下層設備，使用集線器、辦公管理網將車間操作員工作站連接起來，現場儀表和執行器對數據采集和控制，最終將車間生產數據傳送給車間管理層。

車間管理網是主網內部的子網，對廠區骨干網的連接可選取交換機或路由器等設備，將車間數據集成再傳輸到工廠管理層。PROFIBUS總線的上一層為全廠的供應 、生產、銷售管理等環節提供數據支持。其操作通過網間連接器接到全廠局域網，如將該局域網接入國際互聯網， 便可以通過國際互聯網對現場設備進行遠程訪問。

3.2 車間監控層自動化系統

FMS總線為車間級總線，協調、優化和管理部分車間級任務工作，主要任務是完成車間生產設備連接工作，具有生產統計、生產調度等車間級生產管理功能，對車間設備的運行進行整體監控。

3.3 現場設備層自動化系統

現場設備連接為現場設備層的主要功能，在傳統的自動化控制系統設計中，采用的是對區域內的現場儀表、傳感器、執行器等設備利用集中器或下位機連接在一起的方法，設備間連鎖控制需使用分散式 l/O、傳感器、驅動器、執行機構、設備等完成。

4 結語

PROFIBUS現場總線通信技術為目前市場總線技術中應用較為廣泛的一種，是現場總線控制系統的重要組成部分。它能實現從傳感器到優化管理層的透明網絡，不僅是開放系統網絡，更是全分布控制系統。

基于PROFIBUS現場總線通信技術能實現過程自動化，在工廠生產中具有實際運用性，實現了工廠管理層自動化系統、車間監控層自動化系統和現場設備層自動化系統的有效工作，積極開發基于PROFIBUS現場總線通信技術的控制系統，有利于推進工業自動化的發展。

參考文獻：

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