PROFIBUS

PROFIBUS

PROFIBUS,是一種國際化.開放式.不依賴於設備生產商的現場匯流排標準。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud範圍內選擇且當匯流排系統啟動時,所有連線到匯流排上的裝置應該被設成相同的速度。廣泛適用於製造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用於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匯流排技術。可實現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路,從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智慧型化提供了可行的解決方案。

基本特性

Profibus可使分散式數位化控制器從現場底層到車間級網路化,與其他現場匯流排相比,Profibus的重要優點是具有穩定的國際標準EN50170作保證,並經實際套用驗證具有普遍性,它包括了加工製造、過程和數字自動化等廣泛的套用領域,並可同時實現集中控制、分散控制和混合控制三種方式。該系統分為主站和從站:

主站決定匯流排的數據通信,當主站得到匯流排控制權(令牌)時,沒有外界請求也可以主動傳送信息。在Profibus協定中主站也稱為主動站。

從站為外圍設備,典型的從站包括:輸入/輸出裝置、閥門、驅動器和測量發射器。它們沒有匯流排控制權,僅對接收到的信息給予確認或當主站發出請求時向它傳送信息。從站也稱為被動站。由於從站只需匯流排協定的一小部分,所以實施起來特別經濟。

性能

與其它現場匯流排系統相比,PROFIBUS的最大優點在於具有穩定的國際標準EN50170作保證,並經實際套用驗證具有普遍性。已套用的領域包括加工製造.過程控制和自動化等。PROFIBUS開放性和不依賴於廠商的通信的構想,已在10多萬成功套用中得以實現。市場調查確認,在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業現場匯流排系統的市場超過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並能提供廣泛的優質新產品和技術服務。

結構

PROFIBUSPROFIBUS

PROFIBUS協定結構是根據ISO7498國際標準,以開放式系統網際網路(Open System Interconnection-OSI)作為參考模型的。該模型共有七層。(1)PROFIBUS-DP:定義了第一.二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的套用功能,並詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。(2)PROFIBUS-FMS:定義了第一.二.七層,套用層包括現場匯流排信息規範(Fieldbus Message Specification - FMS)和低層接口(Lower Layer Interface - LLI)。FMS包括了套用協定並向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務。LLI協調不同的通信關係並提供不依賴設備的第二層訪問接口。(3) PROFIBUS-PA:PA的數據傳輸採用擴展的PROFIBUS-DP協定。另外,PA還描述了現場設備行為的PA行規。根據IEC1158-2標準,PA的傳輸技術可確保其本徵安全性,而且可通過匯流排給現場設備供電。使用連線器可在DP上擴展PA網路。註:第一層為物理層,第二層為數據鏈路層,第三層為網路層,第四層為傳輸層,第五層為會話層,第六層為表達層,第七層為套用層。需要注意的是,第三~六層在Profibus中沒有具體套用,但是這些層要求的任何重要功能都已經集成在低層接口(LLI)中。

特點

Profibus作為業界套用最廣泛的現場匯流排技術,除具有一般匯流排的優點外還有自身的特點,具體表現如下:

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

(2)網路拓撲為線型、樹型或匯流排型,兩端帶有有源的匯流排終端電阻。

(3)傳輸速率取決於網路拓撲和匯流排長度,從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

(4)站點數取決於信號特性,如對禁止雙絞線,每段為32個站點(無轉發器),最多127個站點帶轉發器。

(5)傳輸介質為禁止/非禁止雙絞線或光纖。

(6)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。

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

(8)採用單一的匯流排方位協定,包括主站之間的令牌傳遞與從站之間的主從方式。

(9)數據傳輸服務包括循環和非循環兩類。

套用

典型的工廠自動化系統應該是三級網路結構,基於現場匯流排Profibus-DP/PA控制系統位於工廠自動化系統中的低層,即現場級和車間級。現場匯流排Profibus是面向現場級和車間級的數位化通信網路。

1.現場設備層

主要功能是連線現場設備,如分散式I/O、感測器、驅動器、執行機構、開關、燈設備,完成現場設備控制及設備間連鎖控制。主站負責匯流排通信管理及所有從站的通信。匯流排上所有設備生產工藝控制程式均儲存 在主站中,並由主站執行。

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線,如一個車間三條生產線主控制器之間的連線,完成車間級設備監控。車間級監控包括生產設備狀態線上監控、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,在操作員工作站及列印設備上。車間級監控網路可採用Profibus-FMS,它是一個多主網路,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線,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、網橋或路由器等連線到廠區骨幹網上,將車間數據集成到工廠管理層。

車間管理層通常所說的乙太網,即IEEE 802.3 和IETF TCP/IP的通信協定標準。工廠骨幹網可根據工廠實際情況,採用如FDDI或ATM等網路。

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