PROFIBUS總線介紹及網(wǎng)絡(luò)

PROFIBUS是一種具有廣泛應(yīng)用的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，適合于快速、時間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)，特別適用于工廠自動化和過程自動化領(lǐng)域。PROFIBUS是工業(yè)控制領(lǐng)域中的主流現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，被納入國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158和IEC 61784中。在“PROFIBUS用戶組織”的普遍可提供的導(dǎo)則中規(guī)定了應(yīng)用和工程方面的信息，這滿足用戶對于制造商無關(guān)性和開放性的要求，并確保在各個制造商的設(shè)備之間進(jìn)行通信。PROFIBUS主要應(yīng)用于工業(yè)通信、加工制造、過程控制、工廠自動化、交通電力等領(lǐng)域。市場調(diào)查確認(rèn)，在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場超過40％，截止2008年底，超過2 800萬個設(shè)備節(jié)點被安裝。在2006年，PROFIBUS成為中國第一個工業(yè)通信領(lǐng)域現(xiàn)場總線技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 20540-2006。

　　PROFIBUS-DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速通信連接，是專為自動控制和設(shè)備級分散I/O之間的通信設(shè)計的，主要側(cè)重于工廠自動化，用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率高達(dá)12 Mb/s。截止目前，DP的應(yīng)用占到整個PROFIBUS應(yīng)用的80%安裝實例，代表了PROFIBUS的技術(shù)精華和特點。

　　PROFIBUS由國際PI組織負(fù)責(zé)管理與維護，保障用戶最大的利益。

　　1 PROFIBUS技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　PROFIBUS技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2 PROFIBUS-DP特點

　　PROFIBUS-DP的主要特點：(1)傳輸技術(shù)：RS-485雙絞線、雙線電纜或光纜，波特率從9.6 kb/s～12 Mb/s。(2)總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主-從傳送；支持單主或多主系統(tǒng)；總線上最多站點（主-從設(shè)備）數(shù)為126。(3)通信：點對點（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）；循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳送。(4)運行模式：運行、清除、停止。(5)同步：控制指令允許輸入和輸出同步；同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。(6)功能：DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送；各DP從站的動態(tài)激活和可激活；DP從站組態(tài)的檢查；強大的診斷功能，三級診斷信息；輸入或輸出的同步；通過總線給DP從站賦予地址；通過總線對DP主站（DPM1）進(jìn)行配置；每DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246 B。(7)可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行；DP從站帶看門狗定時器；對DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護；DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。(8)設(shè)備類型：第二類DP主站(DPM2)是可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設(shè)備；第一類DP主站(DPM1)是中央可編程序控制器，如PLC、PC等；DP從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動器、閥門等。

　　DP-V1擴展主要內(nèi)容：PC/PLC和從站設(shè)備之間的非循環(huán)數(shù)據(jù)交換；故障安全通信（PROFIsafe）；報警。

　　DP-V2擴展主要內(nèi)容：廣播數(shù)據(jù)交換(生產(chǎn)者/消費者)；同步模式（等距離）；時鐘同步或時間標(biāo)簽；冗余。

　　3 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組建

　　PROFIBUS實際上是指一組協(xié)議與應(yīng)用規(guī)約的集合，其核心是數(shù)據(jù)鏈路層上使用統(tǒng)一的通信協(xié)議——基于Token_passing的主從輪詢協(xié)議，而在其下的物理層和其上的應(yīng)用層則使用不同的應(yīng)用規(guī)約。PROFIBUS典型的面向應(yīng)用的特性如圖2所示。

　　盡管如此，在大多數(shù)的應(yīng)用場合，使用了RS-485物理層，這主要是由于PROFIBUS-DP的應(yīng)用占據(jù)了大部分PROFIBUS的應(yīng)用。

　　PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)布線時選用帶屏蔽雙絞線，提高總線抗干擾能力。表1所示為DP通信波特率與總線長度的關(guān)系。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)分段，每段最大包括32個站，整個網(wǎng)絡(luò)最大站個數(shù)是126。

　　在一個PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中包含有三種設(shè)備，它們分別是：一類主站、二類主站和從站。一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可以沒有二類主站，但必須包含一類主站和從站。依據(jù)其主站個數(shù)，可分為單主站和多主站系統(tǒng)，其中單主站系統(tǒng)最為常見。

　　圖3是一個單主站網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中有多個從站設(shè)備。分布式I/O、變頻器、電機啟動保護裝置、智能高低壓電器、電量測量裝置、各種變送器、智能現(xiàn)場測量設(shè)備及儀表等都可以通過XGate-DPS系列模塊作為一個從站設(shè)備連接到PROFIBUS總線上。

　　圖4所示為多主混合網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中一類主站PLC負(fù)責(zé)與其所屬的從站交換數(shù)據(jù)，二類主站負(fù)責(zé)監(jiān)控或組態(tài)或診斷。當(dāng)然，一個網(wǎng)絡(luò)中可以有多個一類主站和二類主站。通過作為DP從站的網(wǎng)關(guān)，可以將其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如CAN網(wǎng)絡(luò)、MODBUS網(wǎng)絡(luò)等)接入PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，如圖中，通過廣州致遠(yuǎn)電子的DPS-CAN網(wǎng)關(guān)將CAN總線（iCAN模塊，Any-CAN模塊等）接入DP總線網(wǎng)絡(luò)；如果站ADDR=15是一臺PA耦合器，則可以將PROFIBUS-PA網(wǎng)絡(luò)接入DP網(wǎng)絡(luò)。

　　根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境可選用不同的物理層和應(yīng)用行規(guī)來組建PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的布置方面，采用標(biāo)準(zhǔn)的總線電纜和總線接線器，在總線終端正確接上接線器的終端電阻，是組建一個抗干擾能力強、穩(wěn)定可靠的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的有效方法。

　　廣州致遠(yuǎn)電子有限公司致力于嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用推廣，自主研發(fā)了一系列PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，包括嵌入式模塊、通信卡、調(diào)試工具、PC軟件、OPC服務(wù)器等，并提供基于PROFIBUS總線的整套組網(wǎng)方案及應(yīng)用集成。