浅谈PROFIBUS现场总线技术

马宝印

河北能源职业技术学院，河北 唐山 063004

0 引言

随着电子技术和计算机技术的不断发展，工业生产过程的控制系统正在向着智能化、数字化和网络化的方向发展。传统的集散控制制方式和计算机分层控制方式已经开始让位于智能终端与网络结合的总线网络控制方式。总线网络控制方式是指通过一个适当的现场总线把系统中的各种设备连接在一起，从而形成一个完整的封闭系统，连接在总线上的设备可以是各种具备智能和通信功能传感器和控制器，也可以是通信设备和计算机。连接在总线上的设备之间都能直接进行信息交换。因此，以总线为核心形成一个完整的控制网络，其系统具有设备之间的信息交换的能力，具有设备自调整的能力，同时还有与internet直接连接的能力。现场总线网络可以被看成是信息系统的直接终端，是一种以信息网络技术为基础的控制系统，实现了控制灵活、分散控制、信息共享、优化企业生产过程、实现企业量化管理、提高生产效率。

1 PROFIBUS的组成

PROFIBUS由 PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-dp、PROFIBUS-paD 3个系统组成。

1.1 PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-FMS主要用于主站之间的对等通信，但随着以太网技术的发展，车间管理级的通信将越来越多地采用100m的高速工业以太网技术。另外，FMS推荐只用于不同厂家主站之间的通信。对于同一厂家的控制设备，例如全是西门子设备可以采用S7协议或FDL协议，它们和DP、FMS协议在同一根电缆上并行。

1.2 PROFIBUS-DP

PROFIBUS-DP主要用于现场级的主从通信，例如PLC或PC和远程I/O、传动装置、人机界面等之间的通信。同时， DPV1补充协议定义了从站之间的直接通信功能，这使得PROFIBUS的实时性又得到进一步的提高。

1.3 PROFIBUS-PA

PROFIBUS-PA主要用于主站与仪表、变送器等之间的通信，具有本质安全特征。通常DP与PA结合使用，DP作为高速的骨干网络，PA置于防爆区。

2 PROFIBUS特点及技术特性

2.1 一切集成到一条总线上

1）PROFIBUS的通用性证明其最适合应用于“混合式”工厂内，最具代表性的就是过程工业。除了生产本身的批量或连续工序以外，包括分散的上游领域，以及生产末端的下游领域。总体而言，这些分散的应用通常占有数量优势。此外，还有必要考虑需要本质安全的危险区域以及与安全相关的应用。使用的设备种类包括从简单的开关或通用的4mA～20mA设备到复杂的过程设备，从驱动器到变频器的安全设备。“混合型工业”的各个市场领域只须使用一种现场总线：PROFIBUS。

2）PROFIBUS-DP是一种通用性的高速骨干网络，传输速度可达12Mbit/s，可以将主生产线上从上游到下游的所有设备连接在一起。本质安全的现场设备可以整合到各个部分，并且分别完成工艺工程的特殊要求，以便在总线上实现本质安全的电源供应和热拔插功能。这种匹配的物理传输介质和PA设备应用行规就是指PROFIBUS-PA，可以确保过程设备具有相同的性能特点。传输速率采用固定的31.5 kbit/s的耦合器可适用于向总线上的设备提供电源以及与PROFIBUS-DP的连接。这种耦合器能够处理PROFIBUS-DP到本质安全的“MBP”接口的物理转换。由于在PROFIBUS-PA上采用同一通讯协议，所以可以从PROFIBUS-DP无缝过渡到PROFIBUS-PA，而不存在系统中断或其它其它现场总线系统所需的协议转换。

3）与安全相关的任务也可以通过使用PROFIsafe应用行规的PROFIBUS总线上执行。对于用户而言，“一切集成到一条总线上”意味着可以避免设备故障和减少工厂内的接口。这样可以带来更高的操作可靠性和实用性，减少工程、文件编制和培训的间接费用，并最终拥有中央数据库的优势。

2.2 灵活多样的解决方案

本质安全设备是在工厂防爆危险区进行操作的一项不可或缺的前提条件。PROFIBUS可以采用两种不同的方式实现：

1）在PROFIBUS-PA采用MBP-IS接口技术，提供符合IEC标准的两线制供电技术。MBP-IS符合FISCO模型。就在本质安全环境下即：每个总线段都只有一个有源终端。

2）PROFIBUS同时规定了具有EExi保护等级的RS485-IS接口。它提供在危险区直接使用PROFIBUS-DP远程I/O站的可能性，这种方式的好处可提供很高的通信数据速率。

2.3 集成的故障安全技术

PROFIBUS 在整合了所有设备的安全功能之后，标志着一个决定性的转折点。这种基于软件的PROFIsafe应用行规也可以在其它没有更改的标准设备中实施，从而可以在一条或相同的总线上运行故障安全的标准应用。因此，不再需要一条单独的安全总线。由于减少了所需的硬件，所实施的安全应用无须专用设施，并能够减少用户成本，而且可以降低工程和安装费用。

2.4 基于PROFIBUS的系统诊断技术

在配置有现场总线通讯设备的工厂内，从智能型现场设备获取的有关运行状况以及最近的过程环境的信息具有重要的实际作用，尤其是在工厂维护方面，用户获得的好处是显而易见的。过去现场出现问题靠维修人员跑到现场检查故障设备，而现在基于PROFIBUS的系统诊断技术能够优化自动化系统的价值工程，它可以为整个项目的生命周期提供支持。从设备安装、系统的调试以及系统运行和维护阶段，系统诊断技术可以为现场技术人员提供丰富详细的系统诊断信息。

3 结论

现有的现场总线系统有其自己的市场位置，随着网络协议的融合技术的不断加强，集成多种通信协议的工业“网关”产品将占有更大的市场份额。可以预见，PROFIBUS是具有巨大发展前途的“自动化技术”。

[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用.北京：清华大学出版社，2010.

[2]任波.现场总线技术及其应用.航空工业出版社，2008.