PROFIBUS通信基础

    1．现场总线及其国际标准

   IEC（国际电工委员会）对现场总线(Fieldbus)的定义是：  “安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线”。IEC 61158是迄今为止制订时间最长、意见分歧最大的国际标准之一。制订时间超过12年，先后经过9次投票，在1999年底获得通过。IEC 61158最后容纳了8种互不兼容的协议：

    类型1：原IEC61158技术报告，即现场总线基金会(FF)的H1。

    类型2：ControlNet（美国Rockwell公司支持）。

    类型3：PROFIBUS（德国西门子公司支持）。

    类型4：P-Net（丹麦ProcessData公司支持）。

    类型5：FF的HSE（原FF的H2，高速以太网，美国FisherRosemount公司支持）。

    类型6：Swift Net（美国波音公司支持）。

    类型7：WorldFIP（法国Alstom公司支持）。

    类型8：Interbus（德国Phoenixcontact公司支持）。

    各类型将自己的行规纳入IEC61158，且遵循两个原则：

   1)不改变IEC 61158技术报告的内容。

   2)8种类型都是平等的，类型2～8都对类型1提供接口，标准并不要求类型2～8之间提供接口。

    2．工厂自动化网络结构

   (1)现场设备层

    主要功能是连接现场设备，例如分布式I/O、传感器、驱动器、执行机构和开关设备等，完成现场设备控制及设备间联锁控制。

   (2)车间监控层

    车间监控层又称为单元层，用来完成车间主生产设备之间的连接，包括生产设备状态的在线监控、设备故障报警及维护等。还有生产统计、生产调度等功能。传输速度不是最重要的，但是应能传送大容量的信息。

   (3)工厂管理层

    车间操作员工作站通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子网，连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。工厂自动化网络结构如图6-45所示。

    图6-45    工厂自动化网络结构

    3．PROFIBUS的类型

   PROFIBUS已被纳入现场总线的国际标准IEC 61158和欧洲标准EN50170，并于2001年被定为我国的国家标准JB/T10308.6-2001。PROFIBUS在1999年l2月通过的IEC 61156中称为Type3，PROFIBUS的基本部分称为PROFIBUS-VO。在2002年新版的IEC61156中增加了PROFIBUS-V1，PROFIBUS-V2和RS-4851S等内容。新增的PROFInet规范作为IEC 61158的Type10。截止2003年年底，安装的PROFIBUS节点设备已突破了1千万个，在中国超过150万个。

   ISO/OSI通信标准由7层组成，并分两类。一类是面向用户的第5层到第7层，一类是面向网络的第1到第4层。第1到第4层描述了数据从一个地方传输到另一个地方，第5层到第7层给用户提供适当的方式访问网络系统。PROFIBUS协议使用了ISO/OSI模型的第1层、第2层和第7层。

    从用户的角度看，PROFIBUS提供3种通信协议类型：PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA。

   1) PROFIBUS-FMS  （FieldbusMessage Specification，现场总线报文规范），使用了第1层、第2层和第7层。第7层（应用层）包含FMS和LLI（底层接口）主要用于系统级和车间级的不同供应商的自动化系统之间传输数据，处理单元级(PLC和PC)的多主站数据通信。

   2) PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分布式外部设备），使用第1层和第2层，这种精简的结构特别适合数据的高速传送，PROFIBUS-DP用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从方式，以及这两种方式的混合。

   3) PROFIBUS-PA (Process Automation，过程自动化)用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输，使用扩展的PROFIBUS-DP协议。传输技术采用IEC 1158-2标准，可以用于防爆区域的传感器和执行器与中央控制系统的通信。使用屏蔽双绞线电缆，由总线提供电源。此外，基于PROFIBUS，还推出了用于运动控制的总线驱动技术PROFIdrive和故障安全通信技术PROFI-safe。

    此外，对于西门子系统，PROFIBUS提供了两种更为优化的通信方式，即PROFIBUS-S7通信和S5兼容通信。

   1) PROFIBUS-S7（PG/OP通信）使用了第1层、第2层和第7层。特别适合S7 PLC与HMI和编程器通信，也可以用于S7-300 PLC和S7-400 PLC以及S7-400 PLC和S7-400 PLC之间的通信。

   2) PROFIBUS-FDL（S5兼容通信）使用了第1层和第2层。数据传送快，特别适合S7-300 PLC、S7-400 PLC和S5 PLC之间的通信。