PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)及其應(yīng)用研究

劉洋

摘 要：隨著電子信息化社會(huì)的發(fā)展，將計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子通信技術(shù)相互結(jié)合、滲透，信息技術(shù)的快速發(fā)展也推進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)革新。本文對(duì)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行了基本概述，展現(xiàn)了PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)，根據(jù)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹了其實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域及系統(tǒng)軟件。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線；通信技術(shù)；系統(tǒng)應(yīng)用

在當(dāng)今社會(huì)的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)總線具有節(jié)約成本、提高系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠性的特點(diǎn)，用戶可享有高度的集成主動(dòng)權(quán)。其開(kāi)發(fā)目標(biāo)是為打破目前系統(tǒng)孤立且開(kāi)發(fā)程度低的現(xiàn)狀，建立一個(gè)開(kāi)放式控制系統(tǒng)應(yīng)用于工廠的底層信息網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前發(fā)展較為典型且成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線及產(chǎn)品有LON WORKS、 PROFIBUS、FF等，其中 PROFIBUS是最為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。它是開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線 ，自動(dòng)化設(shè)備交換信息皆可通過(guò)同樣的接口。通過(guò)對(duì)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的研究，使其促進(jìn)社會(huì)的生產(chǎn)與發(fā)展。

1 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述

PROFIBUS不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的通信設(shè)想，具有國(guó)際化和開(kāi)放式的特點(diǎn)，用于監(jiān)控工廠自動(dòng)化車間和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信，可以實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)備層到車間的數(shù)字監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，為工廠自動(dòng)化、智能化發(fā)展提供了有利依據(jù)。當(dāng)總線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，PROFIBUS可將所有連接到總線上的裝置設(shè)為相同的速度。其應(yīng)用于制造業(yè)、流程工業(yè)、交通電力等領(lǐng)域。經(jīng)試驗(yàn)證明和市場(chǎng)調(diào)查，該技術(shù)已經(jīng)在加工制造、過(guò)程控制等方面取得巨大成功。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)能不斷給市場(chǎng)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)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(dāng)主站獲得總線控制權(quán)時(shí)，可直接主動(dòng)發(fā)送信息，無(wú)需通過(guò)外界請(qǐng)求，其決定主線的數(shù)據(jù)通信，從站沒(méi)有總線控制權(quán)，僅通過(guò)外界請(qǐng)求對(duì)信息給予確認(rèn)，從站裝置包括閥門、驅(qū)動(dòng)器、輸入/輸出裝置等部分，實(shí)施時(shí)經(jīng)濟(jì)高效。

2 PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)的參考模型是以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)，如圖 1所示，模型一共分為 7層。其中，物理層為第一層，數(shù)據(jù)鏈路層為第二層，網(wǎng)絡(luò)層為第三層，傳輸層為第四層，會(huì)話層為第五層，表達(dá)層為第六層，應(yīng)用層為第七層。其中，第三～六層沒(méi)有具體應(yīng)用，其功能已集成于低層接口中。現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范是指向用戶提供強(qiáng)有力的通信服務(wù)。低層接口是指協(xié)調(diào)通信關(guān)系提供第2層訪問(wèn)接口且不需要依賴任何設(shè)備 。第 2層現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)具有可靠性，可控制訪問(wèn)總線。用戶接口對(duì)不同的設(shè)備和系統(tǒng)具有調(diào)用功能，直接將數(shù)據(jù)映像提供給第2層的數(shù)據(jù)用戶，確保了數(shù)據(jù)的快速和有效傳輸。PROFIBUS-DP因其的性能高 、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)已被大多數(shù)用戶所接受。根據(jù)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)使用連接器擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)總線給設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)供電，保證其安全性， PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的DP協(xié)議。

3 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)

PROFIBUS可便捷的構(gòu)成集散式和分布式系統(tǒng)，公開(kāi)各層現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的不同規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，只要設(shè)備具有GDS文件，就能相互構(gòu)成系統(tǒng)，便于用戶根據(jù)自己的需要選擇不同廠家的設(shè)備，此類分布式系統(tǒng)具有靈活性，基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)形成三級(jí)企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)，分別為工廠管理層自動(dòng)化系統(tǒng)、車間監(jiān)控層自動(dòng)化系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層自動(dòng)化系統(tǒng)，其主要通信技術(shù)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

3.1 工廠管理層自動(dòng)化系統(tǒng)

采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，利用DP 、PA 總線通過(guò)耦合器相連直接連接下層設(shè)備，使用集線器、辦公管理網(wǎng)將車間操作員工作站連接起來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行器對(duì)數(shù)據(jù)采集和控制，最終將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送給車間管理層。

車間管理網(wǎng)是主網(wǎng)內(nèi)部的子網(wǎng)，對(duì)廠區(qū)骨干網(wǎng)的連接可選取交換機(jī)或路由器等設(shè)備，將車間數(shù)據(jù)集成再傳輸?shù)焦S管理層。PROFIBUS總線的上一層為全廠的供應(yīng) 、生產(chǎn)、銷售管理等環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支持。其操作通過(guò)網(wǎng)間連接器接到全廠局域網(wǎng)，如將該局域網(wǎng)接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)， 便可以通過(guò)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

3.2 車間監(jiān)控層自動(dòng)化系統(tǒng)

FMS總線為車間級(jí)總線，協(xié)調(diào)、優(yōu)化和管理部分車間級(jí)任務(wù)工作，主要任務(wù)是完成車間生產(chǎn)設(shè)備連接工作，具有生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度等車間級(jí)生產(chǎn)管理功能，對(duì)車間設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行整體監(jiān)控。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層自動(dòng)化系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的主要功能，在傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用的是對(duì)區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)儀表、傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備利用集中器或下位機(jī)連接在一起的方法，設(shè)備間連鎖控制需使用分散式 l/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、設(shè)備等完成。

4 結(jié)語(yǔ)

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)為目前市場(chǎng)總線技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的一種，是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的重要組成部分。它能實(shí)現(xiàn)從傳感器到優(yōu)化管理層的透明網(wǎng)絡(luò)，不僅是開(kāi)放系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，更是全分布控制系統(tǒng)。

基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)能實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化，在工廠生產(chǎn)中具有實(shí)際運(yùn)用性，實(shí)現(xiàn)了工廠管理層自動(dòng)化系統(tǒng)、車間監(jiān)控層自動(dòng)化系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層自動(dòng)化系統(tǒng)的有效工作，積極開(kāi)發(fā)基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)的控制系統(tǒng)，有利于推進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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