现场总线及Profibus应用
1 引言
随着网络技术的不断发展，因特网正在把全世界的计算机系统、通信系统逐渐集成起来，形成信息高速公路，从而形成一个公用的数据网络。以计算机(Computer)、通信(Communication)和控制(Control)为代表的“3C”技术迅速发展，使得网络集成信息自动化正在迅速应用到现场设备、控制、管理和市场的各个层次，并迅速进入工业制造、工业流程、环境工程、民用工程等应用领域。[1]
而现场总线(Fieldbus)作为当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，标志着工业控制领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。
2 现场总线
2.1 现场总线的产生背景
随着控制、计算机、通讯、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的深刻变革，现场总线就是在这种形式下发展起来的新技术。[1]
20世纪50年代至今，工业过程控制仪表一只采用4~20mA的标准信号。
20世纪60年代，测控系统一般采用直接数字式控制系统。
20世纪70年代，数字式计算机被映入到测控系统中，此时的计算机提供的是集中式控制处理。
20 世纪80 年代，微处理器被嵌入到各种仪器设备中，而形成了分布式控制系统(DCS)，这种分布式控制系统经历了若干发展阶段，从集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统( FCS) 到智能控制、维护、管理集成系统(ICMMS)，控制单元日益智能化，控制的方式日益走向多智能控制单元的协同工作模式[2]。
由于各种现场总线技术的相继出现，人们对传统的模拟仪表和控制系统要求变革的呼声越来越高，现场总线为引入智能现场仪表提供了一个开放平台。基于现场总线的分布式控制系统(Fieldbus Control System, FCS)是在传统的分布式控制系统(Distributed Control System, DCS)的基础之上发展起来的，顺应了自动控制系统发展的潮流。
2.2 现场总线的基本概念
按照国际电工委员会IEC61158的标准定义，现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动空盒子装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线[1]。它的本质含义主要表现在以下三个方面：现场总线是一种低带宽的计算机局域网；现场总线是一种数字通信协议；现场总线是开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。图1为DCS与FCS 的对比。
图1 DCS与FCS的对比
2.3 现场总线的特点
现场总线的特点主要体现在两个方面：一是在体系结构上成功地实现了串行连接，克服了并行连接的诸多不足；二是在技术上成功地解决了开放竞争和设备兼容两大难题，实现了现场设备的高度智能化、互换性和控制功能的彻底分散化[2]。
现场总线系统体系结构特点：
现场总线是以ISO的OSI 模型为基本框架的，并根据实际需要进行简化了的体系结构系统，主要包括物理层、数据链路层、应用层和用户层。它具有一对N 结构、互换性、互操作性、控制功能分散、互连网络、维护方便等优点，另还有以下特点：(1) 网络体系结构简单。模型有4 层，具有设计灵活，执行直观，价格低廉，性能良好等优点，还能保证通信的速度；(2) 综合自动化功能把现场智能设备分别作为一个网络节点，通过现场总线来实现各节点之间、节点与管理层之间的信息传递与沟通，易于实现各种复杂的综合自动化功能；
(3) 容错能力强。现场总线通过使用检错、自校验、监督定时、屏蔽逻辑等故障检测方法，大大提高了系统的容错能力；(4) 抗干扰能力强，测控精度高。现场智能设备可以就近处理信号，并采用数字通信方式与主控系统交换信息，不仅具有较强的抗干扰能力，且其精度和可靠性也得到了提高。[3]
现场总线系统具有以下技术特点：
(1) 系统的开放性
开放系统是指通信协议公开, 各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，建立起统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性, 强调对标准的共识与遵从。一个开放系统, 它可以与任何遵守相同标准的其他设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的, 开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。
(2) 一对N结构
一对传输线，N台仪表，双向传输多个信号，这使得接线简单，工程期短，安装费用低。若增加现场控制设备或现场仪表，只需并行挂接到电缆上，无须架设新的电缆。
(3) 互可操作性与互用性
这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通, 可实行点对点, 一点对多点的数字通信。而互用性则意味着用户可自由选择不同制造商提供的现场控制设备
或现场仪表，并将它们通过总线互连，进行统一组态，构成所需的控制回路，即使某台仪表
出现故障，换上其他品牌的同类仪表也可照常工作。[4]
2.4 现场总线的优越性
现场总线使工业过程控制发生了很大变化，优越性不容忽视：(l) 使得智能变送器中安装的微处理器能够直接与数字控制系统通信；取代每个传感器到控制器的单独布线，节约了费用。(2) 现场总线提高了控制精度，提供了控制装置与传感器、执行器之间的双向通道，方便了操作员与被控设备之间的交互。(3) 现场总线的开放性将使用户有对设备仪表产品的选择变多。[5]
2.5 现场总线的现状
由于各个国家各公司的利益之争，虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会(IEC/ISA) 就开始着手制定现场总线的标准，但至今统一的标准仍未完成。很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。
目前现场总线市场的特点：(l) 各种现场总线都有其应用的领域；(2) 每种现场总线都有国际组织支持的背景；(3) 多种总线成为国家和地区标准；(4) 设备制造商参与多个现场总线组织；(5) 各个现场总线彼此协调共存。
而国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。已开发出的现场总线有40 多种，较著名的有基金会现场总线(FF)、Profibus、HART、CAN、Lonworks、Modbus、Interbus 等。近年来，现场总线技术一直是国内工业自动化领域的热点，一些业内的企业和科研单位已经由最初对现场总线技术研究、公关、示范，转变为具体应用和产品开发。[6]
2.6 现场总线的发展趋势
由于采用了不同的网络技术，现场总线技术难以实现统一，它与IEC(国际电工委员会) 于1984年开始制订现场总线时的初衷是相违背的。因此，现场总线今后的发展将呈以下趋势。
(l) 多种总线并存
现场总线国际标准IEC61158中采用的8种类型，以及其他一些现场总线，如Lonworks 等，将在今后一段时间内共同发展，并相互竞争相互取长补短。此外；国际跨国公司除了从事他们所支持的现场总线技术的研究与开发，还兼顾其他总线的应用。
(2) 每种现场总线将形成其特定的应用领域
目前全球用于连接分散的I/O产品和控制器的总线和网络产品多种多样，但未来将有越来越多的市场份额集中在越来越少的总线和网络产品上，随之会产生新的市场领导者。随着时间的推移，占有市场80％左右的总线将只有六七种，而且其应用领域比较明确。
(3) 以大网的引入成为新的热点
以太网在没有任何标准化组织的支持，但它是目前通讯技术事实上的标准，正在工业自动化和过程控制市场上迅速增长。TCP(传输控制协议) 已成为以太网事实上的网络层、传送层的通信规约；以太网已变为网络拓扑的唯一选择。Ethernet技术渗透到工业控制中，出现了现场总线型网络技术与以太网／因特网开放型网络技术的自然结合，以太网不仅可以成为工业高层网络上的信息系统，也可以上下贯通直接与现场设备相连。有专家预言，Ethernet 是高性能现场总线极好的选择。
3 Profibus现场总线
由于现场总线的类型很多，总的来讲现场总线的应用还没有达到全面推广的局面，绝大
多数处于试点或在小规模系统上的应用。在工厂自动化(FA) 方面，PROFIBUS 的DP 所占的份额较大，目前已达1500万个节点，在世界上处于领先地位，可以它作为代表。
3.1 Profibus 现场总线概述
Profibus 是德国20世纪90年代制定的国家工业现场总线协议标准，其应用领域包括加工制造、过程控制和建筑自动化等等，如今已成为国际化的开放式现场总线标准，即EN50170欧洲标准。它是唯一的全集成H1(过程) 和H2(工厂自动化) 的现场总线解决方案，用于将分散的过程控制设备与集中控制系统在底层进行连接[1]。
3.2 Profibus 的分类
Profibus 系统以ISO7498为基础，以开放式系统互联网(OSI) 作为参考模型，针对不同的应用场合，分为3个系列：
(1) Profibus －DP 是一种高速和便宜的通信连接，它专门为自动控制系统和设备级分散的I/O 之间进行通信使用设计。使用Profibus －DP 模块可取代24V 、4～20mA 的串联式信号传输。其特点是快速、即插即用、效率高、成本低，最高传输速率可达12Mbps 。
(2) Profibus －PA 是专门为过程自动化设计的，可用于爆炸危险区域，其特点是面向过程控制，总线供电，本征安全。
(3) Profibus －FMS 是用来解决车间级通用性通信任务的。可用于大范围和复杂的通信系统。其特点是通用、大范围应用、多主通信。但是现场总线控制系统对现场自动化设备的要求较高，而现间段由系列智能节点(控制器、传感器、执行机构等) 构成的统一的现场总线系统价格昂贵且难以实现，所以由PLC 、PC 和现场总线组成与DCS 相兼容的系统是比较经济合理的选择。[7]
这三个协议既有共性，又有个性，在应用方面各有侧重。
3.3 Profibus 的传输技术
现场总线系统的应用在很大程度上取决于选用的传输技术，既要考虑一些总的要求，如传输可靠、传输距离和高速，又要考虑到简便经济等因素。由于单一的传输技术不可能满足所有的要求，因此Profibus 提供三种类型的传输技术：
(1) DP 和FMS 采用RS485传输。采用屏蔽双绞铜线，传输速率为9.6K bit/s~12M bit/s ，每分段32个站(不带中继) ，可多到127个站(带中继) 。
(2) PA 采用IEC1158-2传输。支持本征安全和总线供电，传送数据以31.25K bit/s 调制供电电压，采用藕合器将IEC1158-2与RS-485连接。
(3) 光纤FO 。在电磁干扰很大的环境下应用，采用专用总线插头转换RS-485信号和光纤导体信号。
3.4 Profibus 的协议结构
Profibus 的协议结构以150/051为参考模型，所以它的协议结构符合开放性和标准化要求，其协议结构表1所示：
表1 Profibus 的协议结构
FMS DP PA 系统管理
用户层
FMS 行规 DP 行规 PA 行规 OSI 模
型
应用层
现场总线信息规范(FMS) DP 基于DPV0 DP 扩展 DPV1, DPV2
表示层
绘画层
传输层
网络层
数据链路层现场总线数据链路(FDL) MBP接口
物理层RS485/光纤MBP
(1) 物理层
PROFIBUS通信协议中的物理层规定了编码类型和传输标准。在发送端，物理层从数据链路层接收数据，对它们进行编码，添加通信成帧信息，将所形成的物理信号传输到物理介质上。在接收端，物理层先对这些数据进行译码，去掉通信成帧信息，然后再把它们传输给数据链路层。
(2) 在Fieldbus中，第二层称之为现场总线数据链路层(Fieldbus Data Link-FDL) 。介质存取控制(Medium Access Control-MAC) 具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。
(3) 应用层
现场总线应用层(FAL，Fieldbus Application Layer)是一种应用层通信标准，它为用户程序提供访问现场总线通信环境的手段。Fieldbus 的应用层规定了详细的数据传递报文规范和数据格式。
3. 5 Profibus控制系统的应用
Profibus现场总线控制系统的应用范围十分广泛，其主要应用领域有以下几个：
(1) 制造业自动化。汽车制造(机器人、装配线、冲压线等)、造纸、纺织等领域。
(2) 过程控制自动化。石化、制药、水泥、食品等领域。
(3) 电力。发电、输配电。
(4) 楼宇。空调、风机、照明等的控制。
(5) 铁路交通。信号系统。
Profibus的典型应用如图2所示。
工厂管理级
总线循环时间
<1000ms
总线循环时间
<1000ms
车间级
现场级
总循环时间<10ms
工厂管理系统
CNC PC/VME主机
VME/PC PLC DCS
I/O阀门传动
装置
现场
设备
耦合器
现场
设备
变送器
MMS，TCP主线
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-PA 图2 Profibus现场总线连接图
4 结束语
现场总线控制系统是在分布式控制系统基础之上发展起来的，他顺应了自动控制系统发展的潮流，替代分布式控制系统是必然的发展趋势。现场总线的发展使控制系统在网络化发展的方向上向前迈进了一大步，同时，控制系统不断提高的网络化要求，也必定会促进现场总线技术的进一步发展。这样的大环境为我国的工业控制领域提供了难得的发展机会，我们应抓住机会，根据自己的科研优势积极投身现场总线产品的研发，参与工业控制领域的新一轮国际竞争，为缩短与国外工业控制领域的差距做出贡献。
参考文献：
[1] 张红涛．现场总线技术基础及应用[M]．北京：中国电力出版社，2009.
[2] 张会泉，陈靖，杨瑞先，王二力．现场总线控制技术应用研究．中国仪器仪表，2010年第9期．
[3] 谭涛．现场总线及其所组成的控制系统．能源研究与管理，2010年第2期．
[4] 史晓华．现场总线技术在自动化系统中的应用．数字技术与应用，2011年5月．
[5] 曹冰，石登科，吉玉超．浅谈现场总线和以太网的应用与发展．中国西部科技，2011年3月．
[6] 罗安明，韩新民．现场总线技术的发展及趋势．机电产品开发与创新，2011年1月．
南阳理工学院控制仪表及装置结课论文 学院（系）：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器 学生：梁梓鸣 指导教师：李珍 完成日期2014年12月
南阳理工学院控制仪表及装置结课论文 现场总线总结报告 Field-bus Summary Report 总计：毕业设计（论文）11 页 表格：0 个 插图： 10 幅
南阳理工学院控制仪表及装置结课论文 现场总线总结报告 Fieldbus Summary Report 学院（系）：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器 学生姓名：梁梓鸣 学号：1302314011 指导教师（职称）：李珍（高级工程师） 评阅教师： 完成日期：2014年12月 南阳理工学院 Nan yang Institute of Technology
现场总线总结报告 测控技术与仪器梁梓鸣 [摘要]现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。现场总线的产生对工业的发展起着非常重要的作用，对国民经济的增长有着非常重要的影响。现场总线逐渐在工业现场推广，不少设备不但具有传统仪表的功能，而且还具备现场总线的功能、在DCS中，现场总线被广泛应用。 ［关键词］现场总线；网络；通讯 Fieldbus Summary Report Measurement & Control Technology and Instruments Major LIANG Zi－ming Abstract:Fieldbus refers to the factory focuses on the digital communication between the measurement and control of the machine in the network,also called field network.Is the sensor, various operating terminal and communication between the controller and the controller communication between specialized network.Fiedbus production plays a very important role to the development of industry,have a very important impact on the growth of the national economy. Fieldbus is gradually popularized in industrial field,a lot of equipment not only has the function of the traditional instrument,but also has the function of fieldbus,in the DCS,fieldbus is widely used. Key words:Fieldbus;network;communication
测控技术与测控网络系统 （论文） 题目：PROFIBUS 2013年 5月4日 P R O F I B U S
摘要 PROFIBUS是面向工厂自动化和流程自动化的一种国际性的现场总线标准。它已被广泛应用于制造业自动化（汽车制造，装瓶系统，仓储系统）、过程自动化（石油化工，造纸和纺织品工业企业）、楼宇自动化（供热空调系统）、交通管理自动化、电子工业和电力输送等行业。在可编程控制器、传感器、执行器、低压电器开关等设备之间传递数据信息。 关键词： PROFIBUS，网络化测控系统，现场总线，总线存取 一．当前网络化测控系统的现状和发展趋势： 测控技术的两个方面，一个是测一个是控。“测”是依靠传感器和信号传输电路，即测控电路；“控”则是依靠现代计算机的计算处理能力，根据数据得出相应结果，
通过反馈等方式控制整个系统。计算机已经成为测控技术中的中坚力量，于是，网络技术也就自然而然的越来越成为测控技术满足实际需求的关键支持。但是不可否认，测控电路依然是测控技术发展的基础，和另一个重要的发展方向。 目前，应用较多的现代控制策略主要有自适应控制、变结构控制、鲁棒控制和预测控制等。就应用而言，现代测控技术在当今社会的各个行业中,起着举足轻重的作用。其中，现场仪表与控制室装置之间通信采用模拟信号4～20mA，数字控制仪表内部的信号处理为数字信号，但输入仍为4～20mA，控制装置之间和控制装置与上位计算机之间采用数字通信技术。例如目前数字控制仪表，DCS系统，PLC系统，FCS系统等。 从20世纪80年代中期以来，CIMS日渐成为制造工业的热点，原因在于CIMS是在新的生产组织原理和概念指导下形成的一种新型生产模式。大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理与技术的提高，现代检测技术将朝着检测结果高精度、系统智能化、检测结果数字化、检测功能多元化、检测器件微型化、检测系统自动化的放向发展，它将广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等许多科学领域。测量单元微小型化、智能化测量控制与仪器仪表大量采用新的传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品，不断向微小型化、智能化发展，从目前出现的“芯片式仪器仪表”，“芯片实验室”、“芯片系统”等看，测量单元的微小型化和智能化将是长期发展趋势。从应用技术看，微小型化和智能化测量单元的嵌入式连接和联网应用技术得到重视。测控范围向立体化、全球化扩展，测量控制向系统化、网络化发展。随着仪器仪表所测控的既定区域不断向立体化、全球化甚至星球的发展，仪器仪表和测控装置向测控装置系统化、网络化方向发展。例如卫星测控系统，运载火箭上配置的各种传感器就达到数千，而卫星上各种测控装置构成一个完整的自动测控系统，然后和多个地面站的测控系统构成一个广域测控系统。 二．现场总线简介： 1、基金会现场总线（FF）.FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为 31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传
PROFIBUS现场总线 Abstract: PROFIBUS is an international, open and equipment vendor independent standard for field bus communication. It is widely used in manufacturing automation, process industrial automation and buildings, transportation, electricity and other areas of automation. This article focuses on domestic and international developments in PROFIBUS, its technical characteristics, its technical advantages and prospects in automation control area. Keyword: field bus, open control system, PROFIBUS；PROFIBUS-DP；PROFIBUS-PA；PROFIBUS-FMS；IEC61158；EN50170 standard；RS-485 一．概述 随着计算机、控制、通信和网络等技术的进步，现场总线在20世纪80年代中期逐渐发展起来。现场总线是应用在生产现场测量与控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多节点通信的底层控制网络。PROFIBUS是过程现场总线（ProcessField Bus）的缩写。德国科学技术部总结了20世纪80年代德国工业界自动控制技术的发展经验，为了适应分散控制系统的发展要求，对各公司自己定义的网络协议加以规范化、公开化，使得不同厂家生产的自动控制设备在网络通信级互相兼容、遵守同一协议，以利于提高工业标准化水平，于1987年列为德国国家项目，由13家大公司（如SIEMENS、ABB、AEG等）及5家研究所经过2年多的时间完成。1991年，PROFIBUS成为德国国家标准DIN
现场总线论文 题目：现场总线的现状及其发展趋势班级：电子1302 学号：1310910215 姓名：李天德
摘要： 现场仪表与控制室仪表之间的数字通信统称为现场总线。现场总线技术自20世纪90年代出现以来已成为世界范围内自动化技术发展的热点之一，广泛用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系，被誉为“自动化仪表与控制系统的一次变革”。我国自20世纪90年代后期即开始引入并研究总线技术，将其作为今后工业过程控制技术研究的重点，并于1996年正式将现场总线技术的研究和产品.开发列入九五国家重点科技攻关项目。 Digital communication between field instruments and control room instrumentation are collectively referred to as fieldbus. Fieldbus technology since the 1990 s has become a worldwide one of the hotspots for the development of automation technology, is widely used in process automation, manufacturing automation, building automation and other fields of field intelligent device interconnection communication network. It as the basis of factory of digital communication network, communication between the scene of the production process and control devices and the connection between the higher control management level, is known as the "automation instrument and control system of a change". Since the late 1990 s in our country started to introduce and study bus technology, and use it as a focus in the study of industrial process control technology in the future, and in 1996 formally to fieldbus technology research and product. The development in the ninth national key scientific research projects. 关键词：现场总线、数字通讯、集散系统 Keywords: field bus, digital communication, distributed systems
用PROFIBUS-DP现场总线控制 ACS800系列变频器的方法 北京迪安帝科贸有限公司曲冬辉 摘要：文章详细介绍了ACS800系列变频器在PROFIBUS-DP现场总线控制系统中的参数设置，数据格式和控制方法。 关键词：PROFIBUS 现场总线 ACS系列变频器 引言 现场总线技术已成为世界自动化技术的热点，近年来在我国工业自动化系统中已受到关注并推广应用。PROFIBUS-DP是现场总线PROFIBUS中广泛应用的一种协议、主要用于现场级的主从通信，实现现场级控制系统与分布式I/O及其他现场级设备之间的通信（它有极好的抗电磁干扰性能）。由于Siemens公司对PROFIBUS现场总线的大力推广以及其在国内的影响力，我国工业自动化系统已广泛应用了PROFIBUS-DP现场总线。 ABB公司的ACS系列变频器由于其优异的性能，在各个行业得到大量应用。本文以ACS800系列变频器为例，详细介绍用PROFIBUS-DP现场总线系统控制ACS800系列变频器的方法，希望对广大工程技术人员有所帮助。一．PROFIBUS-DP现场总线控制器（如PLC或DCS系统）的设置: 1．安装ABB变频器GSD文件 ABB_0812.GSD； 2．在系统PROFIBUS-DP硬件配置中添加从站ABB Drives RPBA-01，站号为2（或其它站号）,插入PPO Type Module为4； 3．在2号从站的参数设置中，将Operation Mode改为Vendor Specific（即ABB传动协议）； 4．其它为默认配置； 5．将配置下载到主站中。 6．这样主站对从站2的输出区（OUTPUT）的数据结构为： Output：含义： 第一个字用于ABB传动通信协议的控制字CW 第二个字变频器的给定值REF1 第三个字变频器的给定值REF2 第四个字变频器的给定值REF3（由ACS800变频器参数90.01决定）第五个字变频器的给定值REF4（由ACS800变频器参数90.02决定）第六个字变频器的给定值REF5（由ACS800变频器参数90.03决定）7．主站对从站2的输入区（INPUT）的数据结构为： Input：含义： 第一个字用于ABB传动通信协议的状态字SW 第二个字变频器的实际值ACT1（由ACS800变频器参数92.02决定）第三个字变频器的实际值ACT2（由ACS800变频器参数92.03决定）第四个字变频器的实际值ACT3（由ACS800变频器参数92.04决定）第五个字变频器的实际值ACT4（由ACS800变频器参数92.05决定）第六个字变频器的实际值ACT5（由ACS800变频器参数92.06决定）
PROFIBUS-DP现场总线的结构及应用 Profibus 的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170 作保证，并经实 际应用验证具有普遍性。目前已广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和 楼宇、交通电力等领域。 Profibus 由3 个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分布I/O 系统）、PROFIBUS-PA（Process Automation，现场总线信息规范）和PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，过程自动化）。 PROFIBUS-DP 是一种高速、低成本通信，专门用于设备级控制系统与分散 式I/O 的通信。使用PROFIBUS-DP 可取代24V DC 或4～20mA 信号传输。PORFIBUS-PA 专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构连在一根总线上， 并有本质安全规范。PROFIBUS-FMS 用于车间级监控网络，是一个令牌结构的 实时多主网络。 1．PROFIBUS 的协议结构PROFIBUS 协议结构是根据ISO7498 国际标准，以OSI 作为参考模型的。PROFIBUS-DP 定义了第1、2 层和用户接口。第3 到7 层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能， 并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP 设备的设备行为。PROFIBUS-FMS 定义了第1、2、7 层，应用层包括现场总线信息规范（FMS）和低层接口（LLI）。FMS 包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务；LLI 协 调不同的通信关系并提供不依赖设备的第2 层访问接口。PROFIBUS-PA 的数 据传输采用扩展的PROFIBUS-DP 协议。另外，PA 还描述了现场设备行为的 PA 行规。根据IEC1157-2 标准，PA 的传输技术可确保其本质安全性，而且可 通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP 上扩展PA 网络。2．PROFIBUS 的传输技术PROFIBUS 提供了三种数据传输型式：RS-485 传
河海大学常州校区 毕业设计（论文） 年级专业12级机电一体化技术 学生姓名许旸 指导教师朱丹青 评卷人 教学地点常州冶金技师学院 年月日
摘要 作为自动化领域的热点之一，现场总线己成为自动化系统与分散的现场设备间信息交换的主要技术。PROFIBUS是国际上应用十分广泛的工业过程现场总线，主要应用于加工自动化、过程自动化、楼宇自动化等领域。 文章从结合所研究的水厂的实际需要出发，将先进的现场总线技术、以太网技术与传统的机械电气技术相结合，并应用到水厂控制系统的实际设计过程中。在电气控制系统的设计过程中，采用了上位机加下位机的设计模式，组建了远程集中控制与现地控制相结合的控制网络。上位机选用功能强大的工控组态软件——组态王和操作方便灵活的触摸屏。下位机则采用可靠性高的可编程控制器和先进的PROFIBUS现场总线完成对现场设备的控制。 关键词：可编程控制器，现场总线，PROFIBUS-DP，监控系统
The ControlSystem Based on Fieldbus Abstract Nowadays, the technology of Fieldbus has become the hotspot in the research field of automation and become the main method of communication and exchange of information in the DCS systems. And the Profibus is a kind of Fieldbus broadly used in many situations of process control of industry such as automation of processing, automation of machining and automation of building. According to the actuality of the studied water station, the thesis combine the advanced Fieldbus technique,Ethernetand the traditionalmachine andelectric technique together, and use them to design the supervise controlling system of the water station. During the designing of the electricity control system, the thesis used the mode that made up of monitor system and control system, formatted a network thatiscombinedbyfarconcentratescontrolsystemandnearlycontrol system. The monitor system chooses the functional monitoring software—the king monitor and the man-machine interface, which operated conveniently. And the control system chooses dependablyprogrammablelogiccontrollerandadvanceProfibus Fieldbus to completely control the spot equipments. Keyword：PLC, Fieldbus,PROFIBUS-DP,Supervise Controlling System
现场总线及Profibus应用 1 引言 随着网络技术的不断发展，因特网正在把全世界的计算机系统、通信系统逐渐集成起来，形成信息高速公路，从而形成一个公用的数据网络。以计算机(Computer)、通信(Communication)和控制(Control)为代表的“3C”技术迅速发展，使得网络集成信息自动化正在迅速应用到现场设备、控制、管理和市场的各个层次，并迅速进入工业制造、工业流程、环境工程、民用工程等应用领域。[1] 而现场总线(Fieldbus)作为当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，标志着工业控制领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。 2 现场总线 2.1 现场总线的产生背景 随着控制、计算机、通讯、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的深刻变革，现场总线就是在这种形式下发展起来的新技术。[1] 20世纪50年代至今，工业过程控制仪表一只采用4~20mA的标准信号。 20世纪60年代，测控系统一般采用直接数字式控制系统。 20世纪70年代，数字式计算机被映入到测控系统中，此时的计算机提供的是集中式控制处理。 20 世纪80 年代，微处理器被嵌入到各种仪器设备中，而形成了分布式控制系统(DCS)，这种分布式控制系统经历了若干发展阶段，从集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统( FCS) 到智能控制、维护、管理集成系统(ICMMS)，控制单元日益智能化，控制的方式日益走向多智能控制单元的协同工作模式[2]。 由于各种现场总线技术的相继出现，人们对传统的模拟仪表和控制系统要求变革的呼声越来越高，现场总线为引入智能现场仪表提供了一个开放平台。基于现场总线的分布式控制系统(Fieldbus Control System, FCS)是在传统的分布式控制系统(Distributed Control System, DCS)的基础之上发展起来的，顺应了自动控制系统发展的潮流。 2.2 现场总线的基本概念 按照国际电工委员会IEC61158的标准定义，现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动空盒子装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线[1]。它的本质含义主要表现在以下三个方面：现场总线是一种低带宽的计算机局域网；现场总线是一种数字通信协议；现场总线是开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。图1为DCS与FCS 的对比。
现场总线（PROFIBUS）技术简介 摘要： 本文详细的介绍PROFIBUS的概念以及相关的基础知识。 内容： 第一章：现场总线技术及PROFIBUS 1.1 现场总线技术的由来 1.1.1 CIMS体系结构及工业数据结构的层次划分 根据工厂管理、生产过程及功能要求，CIMS体系结构可分为5层，即工厂级、车间级、单元级、工作站级和现场级。简化的CIMS则分为3层，即工厂级、车间级和现场级。在一个现代化工厂环境中，在大规模的工业生产过程控制中，工业数据结构同样分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。如图1-1所示。 图1-1：简化的CIMS网络体系结构
1.1.2 现场级与车间级自动化监控及信息集成是工厂自动化及CIMS不可缺少的重要部分。 现场级与车间级自动化监控及信息集成系统主要完成底层设备单机控制、连机控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能，保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备生产及运行数据信息传送到工厂管理层，向工厂级MIS系统数据库提供数据。同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之。因此，现场级与车间级监控及信息集成系统是实现工厂自动化及CIMS系统的基础。 1.1.3 传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统 传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统（包括：基于PC、PLC、DCS 产品的分布式控制系统），其主要特点之一是，现场层设备与控制器之间的连接是一对一（一个I/O点对设备的一个测控点）所谓I/O接线方式，信号传递4-20mA（传送模拟量信息）或24VDC（传送开关量信息）信号。如图1-2所示： 图1-2：传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统 1.1.4 系统主要缺点 （1）信息集成能力不强：控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4-20mA 模拟量信号或24VDC等开关量信号，并以此监控现场设备。这样，控制器获取信息量有限，大量的数据如设备参数、故障及故障纪录等数据很难得到。底层数据不全、信息集成能力不强，不能完全满足CIMS系统对底层数据的要求。 （2）系统不开放、可集成性差、专业性不强：除现场设备均靠标准4-20mA/24VDC连接，系统其它软、硬件通常只能使用一家产品。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互
PROFIBUS现场总线 摘要 现场总线技术是20世纪90年代兴起的一种集控制技术、仪表技术和计算机网络技术为一体的先进的工业控制技术。这其中PROFIBUS现场总线是目前较为流行的五种现场总线中较为有仪表性的一种。与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造、过程控制和楼宇自动化等。PROFIBUS的开放性和不依赖于厂商的通信设想，已在10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场份额超过40%。 一、现场总线 1.1 现场总线的产生背景 随着控制、计算机、通讯、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的深刻变革，现场总线就是在这种形式下发展起来的新技术。 20世纪50年代至今，工业过程控制仪表一只采用4-20mA的标准信号。20世纪60年代，测控系统一般采用直接数字式控制系统。 20世纪70年代，数字式计算机被映入到测控系统中，此时的计算机提供的是集中式控制处理。 20世纪80年代，微处理器被嵌入到各种仪器设备中，而形成了分布式控制系统(DCS)，这种分布式控制系统经历了若干发展阶段，从集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)到智能控制、维护、管理集成系统(ICMMS)，控制单元日益智能化，控制的方式日益走向多智能控制单元的协同工作模式。 由于各种现场总线技术的相继出现，人们对传统的模拟仪表和控制系统要求变革的呼声越来越高，现场总线为引入智能现场仪表提供了一个开放平台。基于现场总线的分布式控制系统(Fieldbus Control System,FCS)是在传统的分布式
（作业）封面 题目 Profibus现场总线技术综述 专业电子科学与技术 入学年月 2013.9 PROFIBUS现场总线技术综述
摘要:PROFIBUS是一种国际性现场总线标准，本文从PROFIBUS总线的形成、技术参数和特点、应用以及发展前景等几个方面进行阐述。并阐述了PROFIBUS在系统集成方面的应用，具体说明了PROFIBUS在工厂自动化系统中的位置以及PROFIBUS控制系统的组成，分析了其应用领域。 关键字：PROFIBUS ；现场总线；控制系统 Review of PROFIBUS field bus technology Abstract: Profibus as an international fieldbus standard, this article state the formation of PROFIBUS field bus, technical parameters and characteristics, application and development prospect. It expounds the application of PROFIBUS in the aspect of system integration, the concrete expression of PROFIBUS in factory automation system of location and composition of PROFIBUS control system, and analyzes its application field. Key words: Profibus;Fieldbus;Control system 0引言 现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。自上世纪80年代以来, 有几种类型的现场总线技术己经发展成熟, 它们是CAN、LONWORKS、PROFIBUS、WORLDFIP、HART、FF现场基金会总线等。PROFIBUS(Process Fieldbus的缩写)是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准，它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他自动化领域。 1 形成 PROFIBUS技术的发展经历了如下过程: （1）1984 年，美国仪表协会（ISA）下属的标准与实施组工作中的ISA/SP50 开始制订现场总线的标准。 （2）1985 年国际电工委员会决定由Proway Working group 负责现场总线体系结构与标准的研究工作。（3）1986 年德国开始制订过程现场总线（process field-bus）标准，简称PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制订和产品开发的序幕. （4）1987年由德国SIEMENS公司等13家企业和5家研究机构联合开发； （5）1989年成为德国工业标准DIN19245； （6）1996年成为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS-DP); （7）1998年PROFIBUS-PA被纳入EN50170V.2； （8）1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分 (TYPEIII)； （9）2001年成为中国的机械行业标准JB/T10308-3-2001； （10）2006年成为中国的国家标准GB/T20540-2006。 2 PROFIBUS 现场总线系统的技术参数与特点 2.1PROFIBUS通信模型和协议类型
关于现场总线的论文 目前，较为流行的现场总线有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART(过渡协议)等，这些现场总线和过渡协议在我国(主要是北京)都有了代表处或挂靠单位，并且大多数都有不同程度的开发和应用。其中FF和HART列入"九五"攻关项目，参加现场总线智能仪表的研究开发单位主要有：西安仪表集团、上海工业自动化仪表研究所、重庆工业自动化仪表研究所、上海自动化仪表股份公司、重庆川仪集团、北京华控技术公司等，专门攻克HART协议和FF协议通信软硬件技术难关。 1.开发的产品主要有： 1)HART变送器(包括智能温度变送器、智能压力变送器、智能流量变送器)； 2)HART智能电动执行机构； 3)HART网桥； 4)现场设备管理系统软件； 5)FF现场总线和CAN总线园卡、接口等 HART的攻关任务已基本完成，今年就可验收。FF的攻关明年上半年可完成并验收。 目前，较流行的现场总线中，FF、Profibus、LonWorks、CAN\HART协议书籍报刊上介绍的比较多，其中HART和LonWorks在我国开发和应用较多。下面只简单介绍一下WorldFIP的情况。 2.WorldFIP:WorldFIP现场总线不论高速还是低速，只有一套通信协议，可以不需要任何网桥或网关，低速与高速的衔接只用软件完成。 WorldFIP组织认为，它的生产者/使用者(Producer/Consumer)模式和总线仲裁器(BUSAr-biter)的调度方式特别适合工业过程控制的现场总线系统。它的很多优点都与此有关。FF与IEC标准草案都采用了这种通信模式，只是名称不同。FF称为发布方/接收方(Publi-sher/Subscriber)与链接调度器(LAS)，实际方式与WorldFIP基本一致。这也说明了为什么WorldFIP支持IEC标准，因为他们向IEC靠拢在技术上是比较容易的。 目前，WorldFIP的应用领域为：输电、铁路运输、地铁、化工、空间技术、汽车制造等。1998年5月，WorldFIP组织在中国建立了技术推广中心，并把注意力放在中国的能源和铁路两个将大力发展的领域。 现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS（Fieldbus Control System）系统,已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Commcenication通信）技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前，在现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。
Field bus Technical Questions General Issues 1.What Bus type does your system implement. Examples CMSA/BA, CMSA/CD, master/slave, multiple masters etc. PROFIBUS is based on a Token principle with underlying Master/ Slave communication (hybrid media access). Services: SDN-Send Data with no acknowledge (can be used for multicast/broadcast) SDA- Send Data with acknowledge SRD- Send and Reply with Data (for efficient bi-directional data transfer)
2.What is the maximum number of nodes that the network can support. 3.What is the Bus topology. The base technology is a line which allows connection and removal of nodes at any time without breakdown. PROFBUS allows ring and star topology as well with fiber optics. 4.What is the maximum transmission distance without repeaters. What baud rate is supported at this maximum distance. The maximum distance would be 1000m by using copper with baudrates between 9.6 –187.5 kBaud. 500kBaud 1.5MBaud3-12MBaud 9.6kBaud – 187.5kBaud 1000m400m200m100m per segment with 10000m4000m2000m1000m repeater 15 km15 km15 km15 km per fiber optic segment >200 km>200 km>200 km130 km total with fiber optic The maximum length may be extended with fiber optic links (up to 2300/15000 m per link)
PROFIBUS-DP现场总线的结构及应用newmaker Profibus的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等领域。 Profibus由3个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分布I/O系统）、PROFIBUS-PA（Process Automation，现场总线信息规范）和PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，过程自动化）。 PROFIBUS-DP是一种高速、低成本通信，专门用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4～20mA 信号传输。PORFIBUS-PA专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构连在一根总线上，并有本质安全规范。PROFIBUS-FMS用于车间级监控网络，是一个令牌结构的实时多主网络。 1．PROFIBUS的协议结构 PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以OSI作为参考模型的。PROFIBUS-DP定义了第1、2层和用户接口。第3到7层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。PROFIBUS-FMS定义了第1、2、7层，应用层包括现场总线信息规范
（FMS）和低层接口（LLI）。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务；LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第2层访问接口。PROFIBUS-PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1157-2标准，PA的传输技术可确保其本质安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。 2．PROFIBUS的传输技术 PROFIBUS提供了三种数据传输型式：RS-485传输、IEC1157-2传输和光纤传输。 （1）RS-485传输技术 RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术，通常称之为H2。RS-485传输技术用于PROFIBUS-DP与PROFIBUS-FMS。 RS-485传输技术基本特征是：网络拓扑为线性总线，两端有有源的总线终端电阻；传输速率为9.6kbps～12Mbps；介质为屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件；不带中继时每分段可连接32个站，带中继时可多到127个站。 RS-485传输设备安装要点：全部设备均与总线连接；每个分段上最多可接32个站（主站或从站）；每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运行不发生误差；两个总线终端电阻必须一直有电源；当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线段，串联的中继器一般不超过4个；传输速率可选9.6kbps～12Mbps，一旦设备
PROFIBUS现场总线 摘要： profibus是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产厂商的现场总线标准。它广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等领域自动化。本文主要就profibus的国内外发展动态、技术特性、在控制领域的技术优势及应用前景进行了讨论。 关键词：现场总线；开放控制系统；profibus；profibus-dp；profibus-pa；profibus-fms；iec61158；en50170标准；rs-485； 中图分类号：tu976+.2文献标识码：a 文章编号： abstract: profibus is an international, open and equipment vendor independent standard for field bus communication. it is widely used in manufacturing automation, process industrial automation and buildings, transportation, electricity and other areas of automation. this article focuses on domestic and international developments in profibus, its technical characteristics, its technical advantages and prospects in automation control area. keyword: field bus, open control system, profibus；profibus-dp；profibus-pa；profibus-fms；iec61158；en50170 standard；rs-485 一．概述 随着计算机、控制、通信和网络等技术的进步，现场总线在20
PROFIBUS现场总线安装指导PROFIBUS Installation Guide
摘要 本文主要介绍了PROFIBUS网络中所涉及的硬件以及网络规划和安装中的注意事项，帮助用户正确的安装和使用PROFIBUS现场总线。 关键词PROFIBUS，现场总线，通讯，安装，拓扑 Key Words PROFIBUS，field bus，communication，installation，topology IA&DT Service & Support Page 2-37
目录 1PROFIBUS 概述................................Error! Bookmark not defined. 2PROFIBUS网络硬件............................Error! Bookmark not defined. 2.1PROFIBUS接口................................Error! Bookmark not defined. 2.2通讯介质 (6) 2.2.1 PROFIBUS 电缆 (6) 2.2.2光纤及接口 (8) 2.2.3PRFOBUS插头 (11) 2.2.4终端电阻 (13) 2.2.5 RS485中继器..........................................................1Error! Bookmark not defined. 2.2.6 OLM和OBT (17) 3PROFIBUS总线安装规范 (21) 3.1网络拓扑的规则 (21) 3.2 PROFIBUS网络安装的规则 (22) 3.2.1网络布线的规则 (22) 3.2.2通讯电缆的屏蔽层在电柜内的处理 (29) 3.2.3过压及雷击保护 (32) 3.2.4减小变频器等干扰源设备对通讯的影响 (33) 4PROFIBUS诊断的常用工具 (34) 5 结束语 (36) IA&DT Service & Support Page 3-37