西門子PROFIBUSDP雙芯現場總線
摘要：現場總線技術是’" 20世紀"80年代興起的一種集控制技術、儀表技術和計算機網絡技術為一體的*的工業控制技術。這其中PROFIBUS 現場總線是目前較為流行的五種現場總線中較為有儀表性的一種。文中介紹了PROFIBUS現場總線的由來、構成、特性及其優點，展望了其未來的發展趨勢。
1 現場總線技術的產生
早在20世紀80 年代中期，國外就提出了現場總線，但研究工作進展緩慢，且沒有*標準可以遵循。直到1984 年，美國儀表協會（ISA）下屬的標準與實施組工作中的ISA/SP50 開始制訂現場總線的標準。1985 年*電工委員會決定由Proway Working group 負責現場總線體系結構與標準的研究工作。1986 年德國開始制訂過程現場總線（process field-bus）標準，簡稱PROFIBUS，由此拉開了現場總線標準制訂和產品開發的序幕.
2 PROFIBUS的協議結構
PROF IBUS協議結構是根據IS07498*標準、以開放式系統互聯網絡作為參考模型的。該模型共有7層.
PROF IBUS - DP定義了第1、2層和用戶接口, 3到7層未加描述,這種流體型結構確保了數據傳輸的快速和有效。直接數據鏈路映像提供易于進入第2層的用戶數據。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能,并詳細說明了各種不同PROF IBUS - DP設備的設備行為 。PROF IBUS - FMS定義了1、2、7層,應用層包括現場總線信息規范和低層接口 。FMS包括了應用協議并向用戶提供可廣泛選用的強有力的通信服務。LL I協調不同的通信關系并提供不依賴設備的第2層訪問接口。第2層現場總線數據鏈路可完成總線訪問控制和數據的可靠性[ 9 ]
PROF IBUS - PA PA 的數據傳輸采用擴展的PROF IBUS - PA PA 的數據傳輸采用擴展的行為的PA 行規。據IEC1158 - 2 標準, PA 的傳輸技術可確保其本征安全性,而且可通過總線給現場設備供電。由于PROF IBUS - DP具有可靠性高、性能高、實時性好及其*的設計等優點,已被幾乎所有的生產廠商和用戶所接受。
3 PROFIBUS - DP數據傳輸技術
3.1 通訊原理
PROF IBUS - DP使用了第1 層(物理層) 、第2層(數據鏈路層)和用戶接口層,由于工業上的特殊需要省略了3～6層 。模型的第1層相同,其主要功能是利用物理傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接,以透明地傳送流。它采用RS - 485協議,其傳輸技術為半雙工通信方式,傳輸速率在9. 6 k～12M bit·s- 1之間可選, 對應的通訊距離在100 m～1 200 m,根據*大傳輸速率的不同,可選用雙絞線或光纖2 種傳輸電纜。一般來說在電磁干擾很大的環境下可使用光纖導體以增長高速傳輸的*大距離。數據鏈路層: PROF IBUS - DP的數據鏈路層是比較復雜的一部分,它主要是通過數據鏈路層協議, 在不可靠的物理鏈路上實現可靠的數據傳輸。
PROF IBUS - DP網包括兩種介質存取方式:令牌總線方式和主- 從方式可選用。數據鏈路層協議媒體訪問控制(MAC)部分采用受控訪問的令牌總線和主從方式。主站間數據傳輸采用令牌總線方式 。令牌在總線上的各主站間傳遞,持有令牌的主站獲得總線控制權,該主站依照關系表與從站或其它主站進行通信。主站與從站之間的周期性數據傳輸采用主從方式,主站向從站發送或索取信息。應用層: PROF IBUS - DP網沒有使用OSI參考模型的應用層,而是自己定義了第8層———用戶層, 這一層與用戶接觸比較多,它主要定義了DP的功能、行規及擴展功能。
3.2 PROFIBUS - DP的設備分類
3. 3. 11類DP主站(DPM1)
1類DP主站是*控制器,它在預定的信息周期內與分散的站(如DP從站)交換信息,并對總線通信進行控制和管理。DPM1 可以發送參數給從站,讀取從站的診斷信息 。此外,還可以將控制命令發送給個別從站或從站組,以實現輸出數據和輸入數據的同步。下列設備可以做1類主站: ( 1) 集成了DP接口的PLC。( 2)沒有集成DP接口的CPU加上支持DP主站功能的通信處理器。(3)插有PROF IBUS 網卡的PC。( 4 ) IE /PB 鏈路模塊。(5) ET 200S/ET 200X的主站模塊] 。
3. 3. 22類DP主站(DPM2)
2類DP主站是編程器、組態設備或操作面板, 是DP網絡中的編程、診斷和管理設備。DPM2除了具有1類主站的功能外,在與1類DP主站進行通信的同時,可以讀取DP從站的輸入/輸出數據和當前的組態數據,可以給DP從站分配新的總站地址。下列設備可以做DPM2: ( 1) PC加_i_____PROF IBUS網卡可做2類主站。(2)操作員面板/觸摸屏。
3. 3. 3DP從站
DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發送的外圍設備,它只與組態它的DP主站交換用戶數據, 可以向該主站報告本地診斷中斷和過程中斷。
4PROFIBUS與其他現場總線比較
目前除了過程現場總線PROF IBUS以外,較為流行的現場總線主要還有以下4種:基金會現場總線FF, 局部操作網絡LONWORKS, 控制局域網CAN, HART總線。
FF總線功能強大,支持本安裝系統,實時性好, 總線供電,但如果主設備失效將使整個網絡癱瘓,總線雖然性能突出,成本卻較高,協議也復雜,主要應用于流程控制領域。.]LONWORKS總線開發平臺. 完善,在樓宇自動化、電力行業、測控系統和智能通信產品方面具有較大優勢,由于行業應用的特點和歷史原因,在離散制造加工領域沒有優勢 。CAN總線簡單可靠,抗干擾性強,成本低,非常適合用作傳感器/執行器總線,但它的速度慢,傳輸距離也有限,不能滿足有嚴格實時性要求的場合,其主要應用于汽車檢測和控制。HART總線建立在目前廣泛采
用的模擬系統之上,技術上也充分考慮連續過程使用環境的需要,其技術本身還在不斷完善與更新,如需提高傳輸速率。與以上總線技術相比,PROFIBUS在以下幾方面顯現了它的應用優勢。
