现场总线的通信原理与应用

AS-I总线教程

1. 介绍

1.1 现场总线系统概述

在当今⼯业⾃动化中，⼀个复杂的系统包含⼤量的输⼊/输出信号，只通过⼀个中央控制器很难实现⾼要求的控制⽔平。⼯业实践证明，将庞⼤的控制任务分割成多个⼩的，易于实现的⼦任务，即分布式控制，更加具有实际意义。这就是需要通过总线系统将主控制器或PC 与各个⼦系统连接起来。

输⼊和输出设备也不可能再与PLC的中央信号模块直接连接。他们通过⼀个I/O端⼦连接到相应地⼦系统中。各⼦系统间同样通过总线互相联系，形成⼀个完整的控制系统。

这种解决⽅案具有下列特点：·信息（数据）通过总线传送

·信息可以通过逻辑连接⽽传送到所有的⽹络设备中

·将所有的传感器和执⾏器连接⾄主控制器中

·各等级的控制器相互连接

·对⽹络中各设备进⾏循环诊断

⽹络的优点有：·灵活的系统结构，车间内可以很容易的在总线上增减设备

·与传统接线相⽐，调试更加⽅便

·数据集中处理

·由于接线减少，故障率降低

·故障处理更加优化，可靠性提⾼

·维护成本低

1.2 ⽹络等级

为了更好的理解企业中的信号流，我们可以将⽹络分为⼏个等级。信号不仅在每个层中传输，在各层之间也相互联系，也就是说，在横向和纵向两个⽅向上延伸。

每个等级的⽹络都与上下相邻的⽹络连接，可以判定相互间通讯的需求。在最上层⽹络，存在众多复杂的计算机系统，能够不定期的对各种复杂数据进⾏响应，⼤量的通讯参与者和响应者在⽹络中相互协调。

在最底层，依然有很⼤的信息吞吐量，只是数据相对要少于上层结构。

在⾃动化系统⽹络中可以分为以下5层结构：·计划编制层（Planning Level），对来⾃⽣产层的信息进⾏评价，组织编排并协助⽣产部门进⾏决策。在这⼀层中，不论是信息量还是传输速率和距离都是最⼤的。·控制层（Control Level），对每个⽣产层进⾏协调。控制层得到来⾃上⼀层的⽣产编排信息，对低层进⾏编制。该层中的各计算机可以进⾏诊断，操作和记录⼯作。·单元层（Cell Level），连接各个不同的⽣产层，被各单元计算机或PLC控制。

北京交通大学

硕士学位论文

PROFIsafe安全总线协议的研究分析

姓名：吴成岩

申请学位级别：硕士

专业：交通信息工程及控制

指导教师：唐涛

20061201中文摘要

摘要：“安全”是铁路运输的永恒主题。由于铁路信号联锁系统是铁路运输的

“神经中枢”，铁路信号的发展和铁路运输安全息息相关。随着铁路行车速度和密度的增加，信号技术装备在保证行车安全中发挥了越来越重要的作用，然而，传

统的铁路信号联锁系统是以继电器逻辑电路为基础的继电联锁，它的线路复杂，

维修困难，可靠性差。在进入信息时代的今天，随着信息技术和网络技术的发展，

铁路信号的传统理念正在改变，信号的功能逐步扩大。因此，新建铁路信号系统

以及系统的改造需要一种更安全、更可靠、更高效的解决方案，融合现场总线技术的铁路信号控制系统方案，是一种很好的途径。

现场总线综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表技术等多种技术手段，构成了一种全分散、全数字、智能、双向、互连、

多变量、多接点的通信与控制系统，成为自动控制发展的趋势。在现有的各种现

场总线标准中，ＰＲＯＦＩＢＵＳ是近年来国际上最为流行的现场总线，也是目前数据

传输率最快的一种现场总线（传输率可达１２Ｍｂｉｔ／ｓ），ＰＲｏＦｍｕＳ采用开放式国际

标准，包括三个方面，即ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＰＡ，ＰＲＯＦＩＢＵＳ．ＦＭＳ和ＰＲｏＦＢＵＳ．ＤＰ，其

中ＤＰ是目前欧洲乃至全球应用最广泛的总线系统，它是一种高速低成本总线，用于设备级控制系统与分散式Ｉ／Ｏ的通信。它安装简单，拓扑结构多样，易于实现冗

余，通信实时可靠，功能比较完善，卓越的性能使得它适用于各种工业自动化领

域。除此之外，ＰＲＯＦＩｓａｆｅ行规的提出，使ＰＲＯＦＩＢＵＳ成为唯一能够按照ＩＥＣ６１５０８

标准满足制造业和工业自动化故障安全要求达到ＳＩＬ３级的安全系统。

本文针对主从通信系统，在实验室现有条件下，设计出了基于ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ

的单主单从通信系统，在此过程中引入了ＧＳＤ文件的概念以及如何应用其组态软

电气091 鲍岩 030914101

第五章 基金会现场总线FF

FF现场总线基金会是由WORLDFIP NA（北美部分，不包括欧洲）和ISP Foundation于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。致力于这项技术在中国的推广应用。FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于Profibus和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以Fisher Rosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIP NA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。

FF(HSE) 现场总线即为IEC定义的H2总线，它由Fieldbus Foundation(FF)组织负责开发，并于1998年决定全面采用已广泛应用于IT产业的高速以太网（highspeed ethernet

HSE）标准。该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从100Mbps到1Gbps或更高。HSE完全支持IEC 61158现场总线的各项功能，诸如功能块和装置描述语言等，并允许基于以太网的装置通过一种连接装置与H1装置相连接。连接到一个连接装置上的H1装置无须主系统的干予就可以进行对等层通信。连接到一个连接装置上的H1装置同样无须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的H1装置直接进行通信。

1．FF的一般特点

具有适合工业现场应用的通信规范和网络操作系统。采用单一串行线上连接多个设备的网络连接方法，1条总线最多可连接32台设备。 通信介质可以是金属双绞线、同轴电缆、动力线或光纤。通信信号可以采用10mA电流方式，也可以采用电压方式。通信线路可用设备的供电线路。具有比较完备的工业设备描述语言。采用虚拟设备的概念实现设备的模块化处理。实现了开放式系统，在FF系统内，不同厂家的产品具有互操作性。提供了比较完善的系统测试手段和方法。可以说，FF是个生命力强大的现场总线。

ｌｌ２　

基于ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ总线的数据通信的应用研究　

安宪军　，杨利超　，黄尔烈　

（１．河北工程大学信息与电气工程学院，河北邯郸０５６０３８；２．邯郸电视台新闻部，河北邯郸０５６００１）　

摘要该文介绍了现场总线ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ的基本特性和通信原理，并在柔性制造集成控制系统中，利用现场总线ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ组建了总　线网络。实现了数据通信，解决了现场总线集成控制系统的通信问题。　关键词ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ数据通信　可编程序控制器　柔性制造系统　中图分类号ＴＤ３９３．０４　文献标识码Ａ　文章编号１００５—２８０１（２００８）０１一　一　

Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄａｔａ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＲＯＦＩＢＵＳ——ＤＰ　

ＡＮＸｉａｎｊｕｄ，Ｙａｎｇ　Ｌｉｃｈａｏ２，ＨｕａｎｇＥｒｌｉｅ　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎ￣ｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　

Ｋ－ｔｉｎ．ｒｉｎｇ，Ｈａｎｄａｎ　０５６０３８；２．Ｎｅｗｓ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈａｎ　Ｄａｎ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ，Ｈａｎｄａｎ　０５６００１）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎｔｈｉｓ　ｅｒ，ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆｔｈｅＰｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰｆｉｌｅｄｂｕｓ　ｈａｓｂｅｅｎ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｎｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｉｎ—　ｔｅｇｒａｆｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｆｉｄｄｂｕｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｅｔ　ｕｐ，ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ａｎｄｔｈｅ　ｃｏｎｍｍｎｉｃａｔｉｏｎｉｓｓｕｅ　ａｂｏｕｔｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　０ｆｔｈｅ　ｆｉｅｌｄｂｕｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　８ｙｓｔｃｌｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｏｌｖｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ　ｄａｔ￣ｃａｔｉｏｎ　ＰＬＣ　ｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ