PROFIBUS現場總線技術及發展趨勢分析

　　PROFIBUS概述

　　PROFIBUS，是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內選擇且當總線系統啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度。廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術?？蓪崿F現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

　　PROFIBUS特點

　　Profibus作為業界應用最廣泛的現場總線技術，除具有一般總線的優點外還有自身的特點，具體表現如下：

　?。?）最大傳輸信息長度為255B，最大數據長度為244B，典型長度為120B。

　?。?）網絡拓撲為線型、樹型或總線型，兩端帶有有源的總線終端電阻。

　?。?）傳輸速率取決于網絡拓撲和總線長度，從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

　?。?）站點數取決于信號特性，如對屏蔽雙絞線，每段為32個站點（無轉發器），最多127個站點帶轉發器。

　?。?）傳輸介質為屏蔽/非屏蔽雙絞線或光纖。

　?。?）當用雙絞線時，傳輸距離最長可達9.6km，用光纖時，最大傳輸長度為90km。

　?。?）傳輸技術為DP和FMS的RS-485傳輸、PA的IEC1158-2傳輸和光纖傳輸。

　?。?）采用單一的總線方位協議，包括主站之間的令牌傳遞與從站之間的主從方式。

　?。?）數據傳輸服務包括循環和非循環兩類。

　　PROFIBUS現場總線的組成

　　PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS－PA（Process Automation ）．PROFIBUS-FMS （Fieldbus Message Specification ）。

　　PROFIBUS–DP： 一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代辦24VDC或4－20mA信號傳輸。

　　PORFIBUS－PA：專為過程自動化設計，可使傳感器和執行機構聯在一根總線上，并有本征安全規范。

　　PROFIBUS－FMS：用于車間級監控網絡，是一個令牌結構．實時多主網絡。

　　PROFIBUS的傳輸技術

　　PROFIBUS提供了3種數據傳輸技術：用于DP/FMS的RS-傳輸技術，用于PA的IEC1158-2傳輸技術，光纖傳輸技術。

　　1、用于DP/FMS的RS-485傳輸技術（H2）

　　由于DP與FMS系統使用了同樣的傳輸技術和統一的總線訪問協議，因而，這兩套系統可在同一根電纜上同時操作。RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術，采用了電纜是屏蔽雙絞銅線。

　　2、用于PA的IEC1158-2傳輸技術（H1）

　　IEC1158-2是一種位同步協議，可進行無電流的連續傳輸，用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業的要求。它可保持其本質安全性，并通過總線對現場設備供電。

　　3、光纖傳輸技術

　　PROFIBUS系統在很大的環境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸距離。光纖的特性隨所用的材料類型而變化，距離小于50m時可用價格低廉的塑料纖維導體，距離小于1km時可使用玻璃纖維導體。

　　PROFIBUS的應用

　　典型的工廠自動化系統應該是三級網絡結構，基于現場總線Profibus-DP/PA控制系統位于工廠自動化系統中的低層，即現場級和車間級?，F場總線Profibus是面向現場級和車間級的數字化通信網絡。

　　1.現場設備層

　　主要功能是連接現場設備，如分散式I/O、傳感器、驅動器、執行機構、開關、［3］燈設備，完成現場設備控制及設備間連鎖控制。主站負責總線通信管理及所有從站的通信?？偩€上所有設備生產工藝控制程序均儲存在主站中，并由主站執行。

　　2.車間監控層

　　車間級監控用來完成車間中生產設備之間的連接，如一個車間三條生產線主控制器之間的連接，完成車間級設備監控。車間級監控包括生產設備狀態在線監控、設備故障報警及維護等。通常還具有諸如生產統計、生產調度等車間級生產管理功能。車間級監控通常要設立車間監控室，在操作員工作站及打印設備上。車間級監控網絡可采用Profibus-FMS，它是一個多主網絡，在這一級，數據傳輸速度不是最重要的，而是要能夠傳送大容量信息。

　　3.工廠管理層

　　車間操作員工作站可通過集線器與車間辦公管理網連接，將車間生產數據送到車間管理層。車間管理網作為主網的一個子網，通過交換機、網橋或路由器等連接到廠區骨干網上，將車間數據集成到工廠管理層。

　　車間管理層通常所說的以太網，即IEEE802.3和IETFTCP/IP的通信協議標準。工廠骨干網可根據工廠實際情況，采用如FDDI或ATM等網絡。

　　PROFIBUS的發展現狀

　?。?）多種總線共存，其中PROFIBUS總線的應用貫穿各大領域：據美國ARC公司的市場調查，世界市場對各種現場總線的需求為：過程自動化15%（FF、PROFIBUS-PA、WorldFIP），醫藥領域18%（FF、PROFIBUS-PA、WorldFIP），加工制造15%（PROFIBUS-DP、DeviceNet），交通運輸15%（PROFIBUS-DP、DeviceNet），航空、國防34%（PROFIBUS-FMS、LonWorks、ControlNet、DeviceNet），農業未統計（P-NET、CAN、PROFIBUS-PA/DP、DeviceNet、ControlNet），樓宇未統計（LonWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet）。由此可見，隨著時間的推移，占有市場80％左右的總線將只有六七種，而且其應用領域比較明確，如 FF、PROFIBUS-PA適用于冶金、石油、化工、醫藥等流程行業的過程控制，PROFIBUS-DP、 DeviceNet適用于加工制造業，LonWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet適用于樓宇、交通運輸、農業。但這種劃分又不是盡對的，相互之間又互有滲透。

　?。?）Profibus總線應用領域不斷拓展：在一定應用領域中已取得良好業績的總線，往往會進一步根據需要向其它領域發展。如Profibus在DP的基礎上又開發出PA，以適用于流程產業。

　?。?）Profibus總線強大的背景：Profibus總線具有獨特國際用戶組織，現在已成為德國標準，并以Siemens公司為主要支持。另外，Profibus在競爭中與其它多種總線協調共存。

　　PROFIBUS的發展前景

　　與其他現場總線系統相比，PROFIBUS的最大優點在于具有穩定的國際標準EN50170作保證，并經實際應用驗證具有普遍性。并大量采用成熟、開放和通用的技術以適用各個領域，目前已應用的領域包括加工制造、過程控制和自動化等。PROFIBUS開放性和不依賴于廠商的通信設想，已在10多萬個成功應用中得以實現。市場調查確認，在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業現場總線系統的市場超過40%，PROFIBUS有國際著名自動化技術裝備的生產廠商支持，它們都具有各自的技術優勢并能提供廣泛的優質新產品和技術服務，并會向著網絡結構簡單化發展。