PROFIBUS 总线简介及应用
PROFIBUS 是一个用在自动化技术的现场总线标准，常用于 PLC 与现场设备的数据
通信和控制。目前的 PROFIBUS 可分为二种，分别是大多数人使用的 PROFIBUS DP 和用
在过程控制的 PROFIBUS PA。通信速率在 9.6kb/s~12Mb/s。
PROFIBUS PA（过程自动化，Process Automation）应用在过程自动化系统中，由过
程控制系统监控量测设备控制，是本质安全的通信协议，可适用于防爆区域（工业防爆危险
区分类中的 Ex-zone 0 及 Ex-zone 1）。
PROFIBUS DP（分布式周边，Decentralized Peripherals）用在工厂自动化的应用中，
可以由中央控制器控制许多的传感器及执行器，也可以利用标准或选用的诊断机能得知各模
块的状态。
Profibus DP 是工业现场比较常用的总线形式。Profibus DP 物理接口一般采用 RS485
形式，通信线缆包括 RS485 的 A 和 B 两根数据线和一个屏蔽线。因为 Profibus DP 的通信
速率较高(最高达 12Mb/s),所以现场安装中一定要注意加入阻抗匹配，线缆尽量使用带有屏
蔽的线缆。
DP 接头如下，红色的拨片就是匹配阻抗的开关，打到 ON 及加入匹配电阻。需要注意
的是同一条 Profibus 总线上，只能有两个 DP 头打开阻抗匹配。
Profibus 由于其较快的通信速度和较强的故障诊断能力，在工业现场中的到非常广泛的
应用。
然而在实际应用过程中，Profibus 总线总会出现一些不理想的情况。如：
1）PLC 控制器和其他需要通信的设备相距比较远，profibus 布线会比较长。较长的电
缆布线会使 Profibus 信号不稳定，经常出现数据错误，丢包，设备掉线等情况，使整个系
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、互换性，因此可集成性差。这种系统很少留出接口，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，面向行业的监控系统很少。
CAN总线和PROFIBUS总线
现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式．全数字化．多点通信的底层控制网络。
①现场总线的定义： 现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化，双向．多变量，多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面：现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络
②现场总线的优点： 实现了全数字化通信，不同厂家产品互操作；实现了真正的分布式控制(分散式控制)：可以传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送，可以产生最先进的现场仪表，多变量变送器；提高了测试精度；增强了系统的自治性。
③几种有影响的现场总线技术Lonworks也叫LON(Locai Operating Network)是一种得到广泛应用的现场总线，由美国Echelon公司推出它采用了ISQ／OSI模型的全部七层通讯协议，采用面的对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设计，在智能建筑中得到广泛的应用；CAN(Control Area Network控制局域网)由德国BOSCH公司推出用于汽车内部测量与执行部门之间的数据通信。国内在三表系统及楼宇自控系统中得到应用。
PROFIBUS：是德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，DP型用于分散外设间的高速数据传输适合于加工自动化领域的应用。
现场总线是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。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：首先,CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进行,系统的实时性、可靠性较差;其次,CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中,当系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因个别节点出现问题,使得总线处于“死锁”状态。而且,CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。另外,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域,具有强劲的市场竞争力的重要原因。CAN (Controller Area Network)即控制器局域网络,属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的,世界上一些著名的汽车制造厂商,如BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时,由于CAN总线本身的特点,其应用范围目前已不再局限于汽车行业,而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准,并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有： SAE J1939/ISO11783、CANOpen、
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PROFIBUS总线在工业上的应用
作者：徐帅 蒋谈
来源：《中国科技博览》2015年第32期
[摘 要]目前，现场总线作为工业自动化系统最底层设备间通信的核心技术，已经得到了广泛应用。但由于现场总线标准不一，远程通信能力薄弱，使得工业控制网络的系统集成与信息集成面临着困难的局面。同时以Ethernet和TCP/IP协议为基础的工业以太网在实时性、可靠性和抗干扰性等方面不断改进，向工业控制网络发展已经成为趋势。本篇论文对PROFIBUS-DP的研究，以嵌入式技术和嵌入式网络作为技术支持，提出PROFIBUS-DP总线数据转换接口的设计方案，目的是使工业现场中具有PROFIBUS-DP接口的设备快速低成本的接入以太网，实现对远程设备的实时监控，有利于工业控制网络的信息集成。
[关键词]PROFIBUS-DP 主控制器 通讯；
中图分类号：TN873.93 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0027-01
1 PROFIBUS总线
工业控制系统发展趋势是分散化、网络化、智能化，PROFIBUS正是顺应这一趋势而形成的一种国际化、开放式的现场总线标准。目前在制造业自动化、交通、电力等其他领域的自动化得到了广泛的应用。不同厂商生产的PROFIBUS设备接口可能不同，只要采用PROFIBUS标准就不需要其进行调整，可直接用于通信。PROFIBUS由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS三个兼容部分组成。这三种模块在自动控制系统中应用场合和发挥的作用不同，但它们可以在同一条总线上混合操作，与工业网络结合构成典型的具有三级结构的自动化系统，即现场设备级、车间控制级、管理级。PROFIBUS典型的组网结构如图2-4所示。
2 PROFIBUS-DP协议结构
