PROFIBUS现场总线通信技术及其应用研究

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摘 要：随着电子信息化社会的发展，将计算机技术和电子通信技术相互结合、渗透，信息技术的快速发展也推进了自动化技术领域的技术革新。本文对PROFIBUS现场总线技术进行了基本概述，展现了PROFIBUS的协议结构，根据PROFIBUS现场总线通信技术的结构特点介绍了其实际应用领域及系统软件。

关键词：PROFIBUS现场总线；通信技术；系统应用

在当今社会的工业生产过程中，现场总线技术已经成为发展的必然趋势，现场总线具有节约成本、提高系统准确可靠性的特点，用户可享有高度的集成主动权。其开发目标是为打破目前系统孤立且开发程度低的现状，建立一个开放式控制系统应用于工厂的底层信息网络。当前发展较为典型且成熟的现场总线及产品有LON WORKS、 PROFIBUS、FF等，其中 PROFIBUS是最为流行的现场总线之一。它是开放式的现场总线 ，自动化设备交换信息皆可通过同样的接口。通过对PROFIBUS现场总线的研究，使其促进社会的生产与发展。

1 PROFIBUS现场总线技术概述

PROFIBUS不依赖于设备生产商的通信设想，具有国际化和开放式的特点，用于监控工厂自动化车间和现场设备通信，可以实现工厂设备层到车间的数字监控和现场通信网络，为工厂自动化、智能化发展提供了有利依据。当总线系统启动时，PROFIBUS可将所有连接到总线上的装置设为相同的速度。其应用于制造业、流程工业、交通电力等领域。经试验证明和市场调查，该技术已经在加工制造、过程控制等方面取得巨大成功。其技术优势能不断给市场提供优质的产品和技术服务。现场总线系统分为主站和从站，使用分散控制、集中控制、混合控制三种方式。当主站获得总线控制权时，可直接主动发送信息，无需通过外界请求，其决定主线的数据通信，从站没有总线控制权，仅通过外界请求对信息给予确认，从站装置包括阀门、驱动器、输入/输出装置等部分，实施时经济高效。

2 PROFIBUS协议结构

PROFIBUS协议结构的参考模型是以开放式系统互联网络模型为基础，如图 1所示，模型一共分为 7层。其中，物理层为第一层，数据链路层为第二层，网络层为第三层，传输层为第四层，会话层为第五层，表达层为第六层，应用层为第七层。其中，第三～六层没有具体应用，其功能已集成于低层接口中。现场总线信息规范是指向用户提供强有力的通信服务。低层接口是指协调通信关系提供第2层访问接口且不需要依赖任何设备 。第 2层现场总线数据具有可靠性，可控制访问总线。用户接口对不同的设备和系统具有调用功能，直接将数据映像提供给第2层的数据用户，确保了数据的快速和有效传输。PROFIBUS-DP因其的性能高 、实时性好等优点已被大多数用户所接受。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术使用连接器扩展PA网络，通过总线给设备现场供电，保证其安全性， PROFIBUS-PA的数据传输采用扩展的DP协议。

3 PROFIBUS现场总线技术的应用系统

PROFIBUS可便捷的构成集散式和分布式系统，公开各层现场总线网络，通过现场总线网络的不同规范来设计系统的网络接口，实现不同的设备的网络互联，只要设备具有GDS文件，就能相互构成系统，便于用户根据自己的需要选择不同厂家的设备，此类分布式系统具有灵活性，基于PROFIBUS现场总线技术形成三级企业生产自动化系统，分别为工厂管理层自动化系统、车间监控层自动化系统、现场设备层自动化系统，其主要通信技术表现为以下几个方面：

3.1 工厂管理层自动化系统

采用PROFIBUS现场总线技术，利用DP 、PA 总线通过耦合器相连直接连接下层设备，使用集线器、办公管理网将车间操作员工作站连接起来，现场仪表和执行器对数据采集和控制，最终将车间生产数据传送给车间管理层。

车间管理网是主网内部的子网，对厂区骨干网的连接可选取交换机或路由器等设备，将车间数据集成再传输到工厂管理层。PROFIBUS总线的上一层为全厂的供应 、生产、销售管理等环节提供数据支持。其操作通过网间连接器接到全厂局域网，如将该局域网接入国际互联网， 便可以通过国际互联网对现场设备进行远程访问。

3.2 车间监控层自动化系统

FMS总线为车间级总线，协调、优化和管理部分车间级任务工作，主要任务是完成车间生产设备连接工作，具有生产统计、生产调度等车间级生产管理功能，对车间设备的运行进行整体监控。

3.3 现场设备层自动化系统

现场设备连接为现场设备层的主要功能，在传统的自动化控制系统设计中，采用的是对区域内的现场仪表、传感器、执行器等设备利用集中器或下位机连接在一起的方法，设备间连锁控制需使用分散式 l/O、传感器、驱动器、执行机构、设备等完成。

4 结语

PROFIBUS现场总线通信技术为目前市场总线技术中应用较为广泛的一种，是现场总线控制系统的重要组成部分。它能实现从传感器到优化管理层的透明网络，不仅是开放系统网络，更是全分布控制系统。

基于PROFIBUS现场总线通信技术能实现过程自动化，在工厂生产中具有实际运用性，实现了工厂管理层自动化系统、车间监控层自动化系统和现场设备层自动化系统的有效工作，积极开发基于PROFIBUS现场总线通信技术的控制系统，有利于推进工业自动化的发展。

参考文献：

[1] 杨钢，王鹏飞，马俊朋.Profibus现场总线通信技术及其应用研究[J].工业仪表与自动化装置，2007（4）：10-12.

[2] 李曦，曹广益，方康玲，付晓薇.PROFIBUS现场总线通讯技术的应用研究[J].自动化技术与应用，2004，23（3）：40-42.