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摘要：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是’" 20世紀(jì)"80年代興起的一種集控制技術(shù)、儀表技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的*的工業(yè)控制技術(shù)。這其中PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線是目前較為流行的五種現(xiàn)場(chǎng)總線中較為有儀表性的一種。文中介紹了PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的由來、構(gòu)成、特性及其優(yōu)點(diǎn)，展望了其未來的發(fā)展趨勢(shì)。
1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生
早在20世紀(jì)80 年代中期，國(guó)外就提出了現(xiàn)場(chǎng)總線，但研究工作進(jìn)展緩慢，且沒有標(biāo)準(zhǔn)可以遵循。直到1984 年，美國(guó)儀表協(xié)會(huì)（ISA）下屬的標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施組工作中的ISA/SP50 開始制訂現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)。1985 年電工委員會(huì)決定由Proway Working group 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的研究工作。1986 年德國(guó)開始制訂過程現(xiàn)場(chǎng)總線（process field-bus）標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱PROFIBUS，由此拉開了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)制訂和產(chǎn)品開發(fā)的序幕.
2 PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)
PROF IBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)IS07498標(biāo)準(zhǔn)、以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為參考模型的。該模型共有7層.
PROF IBUS - DP定義了第1、2層和用戶接口, 3到7層未加描述,這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行?。直接?shù)據(jù)鏈路映像提供易于進(jìn)入第2層的用戶數(shù)據(jù)。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能,并詳細(xì)說明了各種不同PROF IBUS - DP設(shè)備的設(shè)備行為 。PROF IBUS - FMS定義了1、2、7層,應(yīng)用層包括現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范和低層接口 。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LL I協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第2層訪問接口。第2層現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路可完成總線訪問控制和數(shù)據(jù)的可靠性[ 9 ]
PROF IBUS - PA PA 的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROF IBUS - PA PA 的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的行為的PA 行規(guī)。據(jù)IEC1158 - 2 標(biāo)準(zhǔn), PA 的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性,而且可通過總線給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。由于PROF IBUS - DP具有可靠性高、性能高、實(shí)時(shí)性好及其*的設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn),已被幾乎所有的生產(chǎn)廠商和用戶所接受。
3 PROFIBUS - DP數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)
3.1 通訊原理
PROF IBUS - DP使用了第1 層(物理層) 、第2層(數(shù)據(jù)鏈路層)和用戶接口層,由于工業(yè)上的特殊需要省略了3～6層 。模型的第1層相同,其主要功能是利用物理傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接,以透明地傳送流。它采用RS - 485協(xié)議,其傳輸技術(shù)為半雙工通信方式,傳輸速率在9. 6 k～12M bit·s- 1之間可選, 對(duì)應(yīng)的通訊距離在100 m～1 200 m,根據(jù)*大傳輸速率的不同,可選用雙絞線或光纖2 種傳輸電纜。一般來說在電磁干擾很大的環(huán)境下可使用光纖導(dǎo)體以增長(zhǎng)高速傳輸?shù)?大距離。數(shù)據(jù)鏈路層: PROF IBUS - DP的數(shù)據(jù)鏈路層是比較復(fù)雜的一部分,它主要是通過數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議, 在不可靠的物理鏈路上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。
PROF IBUS - DP網(wǎng)包括兩種介質(zhì)存取方式:令牌總線方式和主- 從方式可選用。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議媒體訪問控制(MAC)部分采用受控訪問的令牌總線和主從方式。主站間數(shù)據(jù)傳輸采用令牌總線方式 。令牌在總線上的各主站間傳遞,持有令牌的主站獲得總線控制權(quán),該主站依照關(guān)系表與從站或其它主站進(jìn)行通信。主站與從站之間的周期性數(shù)據(jù)傳輸采用主從方式,主站向從站發(fā)送或索取信息。應(yīng)用層: PROF IBUS - DP網(wǎng)沒有使用OSI參考模型的應(yīng)用層,而是自己定義了第8層———用戶層, 這一層與用戶接觸比較多,它主要定義了DP的功能、行規(guī)及擴(kuò)展功能。
3.2 PROFIBUS - DP的設(shè)備分類
3. 3. 11類DP主站(DPM1)
1類DP主站是*控制器,它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站(如DP從站)交換信息,并對(duì)總線通信進(jìn)行控制和管理。DPM1 可以發(fā)送參數(shù)給從站,讀取從站的診斷信息 。此外,還可以將控制命令發(fā)送給個(gè)別從站或從站組,以實(shí)現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù)的同步。下列設(shè)備可以做1類主站: ( 1) 集成了DP接口的PLC。( 2)沒有集成DP接口的CPU加上支持DP主站功能的通信處理器。(3)插有PROF IBUS 網(wǎng)卡的PC。( 4 ) IE /PB 鏈路模塊。(5) ET 200S/ET 200X的主站模塊] 。
3. 3. 22類DP主站(DPM2)
2類DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板, 是DP網(wǎng)絡(luò)中的編程、診斷和管理設(shè)備。DPM2除了具有1類主站的功能外,在與1類DP主站進(jìn)行通信的同時(shí),可以讀取DP從站的輸入/輸出數(shù)據(jù)和當(dāng)前的組態(tài)數(shù)據(jù),可以給DP從站分配新的總站地址。下列設(shè)備可以做DPM2: ( 1) PC加_i_____PROF IBUS網(wǎng)卡可做2類主站。(2)操作員面板/觸摸屏。
3. 3. 3DP從站
DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備,它只與組態(tài)它的DP主站交換用戶數(shù)據(jù), 可以向該主站報(bào)告本地診斷中斷和過程中斷。
4PROFIBUS與其他現(xiàn)場(chǎng)總線比較
目前除了過程現(xiàn)場(chǎng)總線PROF IBUS以外,較為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線主要還有以下4種:基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF, 局部操作網(wǎng)絡(luò)LONWORKS, 控制局域網(wǎng)CAN, HART總線。
FF總線功能強(qiáng)大,支持本安裝系統(tǒng),實(shí)時(shí)性好, 總線供電,但如果主設(shè)備失效將使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓,總線雖然性能突出,成本卻較高,協(xié)議也復(fù)雜,主要應(yīng)用于流程控制領(lǐng)域。.]LONWORKS總線開發(fā)平臺(tái). 完善,在樓宇自動(dòng)化、電力行業(yè)、測(cè)控系統(tǒng)和智能通信產(chǎn)品方面具有較大優(yōu)勢(shì),由于行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)和歷史原因,在離散制造加工領(lǐng)域沒有優(yōu)勢(shì) 。CAN總線簡(jiǎn)單可靠,抗干擾性強(qiáng),成本低,非常適合用作傳感器/執(zhí)行器總線,但它的速度慢,傳輸距離也有限,不能滿足有嚴(yán)格實(shí)時(shí)性要求的場(chǎng)合,其主要應(yīng)用于汽車檢測(cè)和控制。HART總線建立在目前廣泛采
用的模擬系統(tǒng)之上,技術(shù)上也充分考慮連續(xù)過程使用環(huán)境的需要,其技術(shù)本身還在不斷完善與更新,如需提高傳輸速率。與以上總線技術(shù)相比,PROFIBUS在以下幾方面顯現(xiàn)了它的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
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環(huán)保在線