Profibus現(xiàn)場總線設(shè)計概要1引言采用fcs（總線控制系統(tǒng)）的企業(yè)用于生產(chǎn)管理的局域網(wǎng)能夠與用于自動控制的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)緊密銜接?，F(xiàn)場總線是將自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備互連的實時控制通訊網(wǎng)絡(luò)，遵循iso/osi開放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通訊協(xié)議。fcs則是用開放的現(xiàn)場總線控制通訊網(wǎng)絡(luò)將自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備互連的實時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。2現(xiàn)場總線概要它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場設(shè)備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設(shè)備的運行狀態(tài)。現(xiàn)場總線設(shè)備能處理各種參數(shù)、運行狀態(tài)信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至網(wǎng)絡(luò)故障的情況下獨立工作，大大提高了整個控制系統(tǒng)的可靠性和容錯能力。由于現(xiàn)場設(shè)備本身已可完成自動控制的基本功能，使得現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，不再需要一個中央控制計算機，實現(xiàn)真正的分布式控制。從根本上改變了現(xiàn)有dcs集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。工作在現(xiàn)場設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線，是專為在現(xiàn)場環(huán)境工作而設(shè)計的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)每個儀表都需要一條線連到中央控制室，在中央控制室裝備一個大配線架。而在fcs系統(tǒng)中多臺現(xiàn)場設(shè)備可串行連接在一條總線上，這樣只需極少的線進入中央控制室，大量節(jié)省了布線費用，同時也降低了中央控制室的造價。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制等，也不再需要dcs系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線，用工控pc機作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設(shè)備的減少，還可減少

控制室的占地面積。由于現(xiàn)場總線的以上特點，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、投運到正常生產(chǎn)運行及其檢修維護，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。3現(xiàn)場總線案例profibus是德國國家標(biāo)準(zhǔn)din19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)en50170的現(xiàn)場總線，也是iec標(biāo)準(zhǔn)iec61158，并且已經(jīng)轉(zhuǎn)化為中國gb國家標(biāo)準(zhǔn)。由profibus-dp、profibus-pa、profibus-fms組成了profibus系列。profibus-dp、profibus-pa通信模型參照了iso/osi參考模型的第1層（物理層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）；profibus-fms采用了第1層、第2層和第7層（應(yīng)用層），第7層又分為現(xiàn)場總線報文規(guī)范（fms，fiedldbusmessagespecification）和低層接口（lli，lowerlayerinterface），另外還增加了用戶層。如表1所示profibus通信模型。profibus提供了三種通信協(xié)議類型。表】FEfibum詭倍模型用戶房□P設(shè)備行規(guī)FMS設(shè)備行規(guī)P&設(shè)備行規(guī)茶木功能擴展功能茶木功能擴展功能□P用戶接口口DLM應(yīng)用小接口（心P四用戶接口DDLM第了屐（應(yīng)用尾J未使用應(yīng)用是現(xiàn)場總線報文規(guī)范（FM8）I 未使用低層接q（LLI）第3-6屆未債用未使用未使用第渭（敕般蹈成拔據(jù)鏈蹈屐FDL救據(jù)箍蹈屐FDLIEC接日第1屈（物理房）物理屋(RS-485/^^J物理房（RS-485/光鮮）IEC6115S-2profibus-dp這種精簡的結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚儆行АＶ苯訑?shù)據(jù)鏈路映像（ddlm，directdatalinkmapper）提供了訪問第2層的用戶接口，用戶接口規(guī)定了用戶和系統(tǒng)以及各類設(shè)備可以調(diào)用的應(yīng)用功能，并描述了各種設(shè)備的設(shè)備行為。物理層采用rs-485傳輸技術(shù)或光纖傳輸技術(shù)。dp協(xié)議的用戶層包括dp基本功能、dp擴展功能和dp行規(guī)profibus-pa使用擴展的profibus-dp協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，另外還規(guī)定了現(xiàn)場設(shè)

備的設(shè)備行規(guī)。根據(jù)iec61158-2標(biāo)準(zhǔn)，這種傳輸技術(shù)可以確保其本質(zhì)安全，并通過設(shè)備對現(xiàn)場設(shè)備供電。profibus-fms包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供通信服務(wù)。lli協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系，并向fms提供不依賴設(shè)備的對第2層的訪問接口。第2層現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路(fdl，fieldbusdatalink)用于完成總線訪問控制及保證數(shù)據(jù)的可靠性。3.1profibus-dp和profibus-fms傳輸技術(shù)profibus-dp和profibus-fms采用rs-485傳輸技術(shù)。他們相同的傳輸技術(shù)和總線存取協(xié)議，可以在同一根電纜上運行。一個總線段內(nèi)的導(dǎo)線采用屏蔽雙絞電纜，段的兩端各有一個終端器，rs-485總線段結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳輸速率可在9.6kbts-12mkbts之間選用，所選用的波特率對連接到總線上的所有的設(shè)備都適用。每段最多連接32個站，通過中繼器可以增加段數(shù)，則總線上的站最多可以連接126個。

圖1rs-485總線段結(jié)構(gòu)(1)總線連接。如圖2所示，總線站與總線之間連接采用9針d型連接器，d型連接器插座安裝在總線站內(nèi)，插頭安裝在總線電纜上，針腳分配見表2所示。數(shù)據(jù)線a數(shù)據(jù)線b兩端接有總線終端器，其包含一個下拉電阻(與數(shù)據(jù)基準(zhǔn)電位dgnd相連)和一個上拉電阻(與供電電壓vp相連)?？偩€上沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，即在兩個報文之間總線為空閑狀態(tài)時，兩個總線終端電阻保證了在總線上有一個確定的空閑電位，兩個總線終端電阻必須始終有電源供電。IEC機【配-2.怠唆段圖2profibus-pa總線連接(2)傳輸序列。profibus-dp和profibus-fms的編碼方式為nrz碼。一個字符幀在profibus總線上為11位：1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個奇偶校驗位和1個停止位。在傳輸期間，二進制T，對應(yīng)于rxd/txd-p線上的正電位，而在rxd/txd-n線上為負電位。各報文間空閑狀態(tài)對應(yīng)于二進制“1”。

3.2profibus-pa的i