浅析profibus现场总线的应用
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浅析profibus现场总线的应用
计算机技术, 网络技术和数字通信技术的迅速发展引起了工业自动控制系统结构的巨大变化。
Profibus作为一种由智能化设备组成的计算机网络，近年来，凭借其独特的优势已成为自动控制领域研究的热点，应用于众多领域。
在我国冶金工艺中，profibus现场总线主要应用在炼焦配煤优化系统、焦炉加热计算机控制及管理系统、烧结过程智能控制管理系统、烧结终点判断与智能控制系统、炼铁优化专家系统、高炉人工智能系统中，通过对这些子系统的控制，确保了整个冶金工作的自动化流程的实现。
1Profibus现场总线简介
随着自动化工业发展，总线分布式机械臂控制系统在工业生产得到了广泛的应用，随着机器人自动化程度的提高，控制技术逐步增大，在工业生产环节的机械臂操作需要多个机械臂的相互协调工作，操作之间的机械需要总线控制，采用机器人实现流水工作，可以有效解决生产精密设备的工作，总线控制技术在工业控制中得到广泛应用，网络通信与信息管理在机器人工业控制中得到了应用，将分散测控设备组合成变成网络节点，融合成总线通信网络，实现设备之间的有效沟通信息、完成自控工作的网络系统与控制系统，CAN总线分布式机械臂控制是一种有效的实时控制，串行通信网络，具有性能搞、可靠强、实时交互便利的特点，被广泛用于控制系统中机械设备之间的数据通信与自动化仪器控制，主要考虑将高速实时处理与分布式工业控制领域中的高可靠性相结合。
PR0FIBUS现场总线是以开放式系统互联网络作为参考模型，采用的是德国国家标准DIN19245和欧洲EN50170现场总线标准，定义了物理传输特性、总线取协议和应用功能的一种计算机网络系统，由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、和PROFIBUS-FMS三个兼容部分组成。
Profibus-DP是一种高速低成本通信, 用于设备级控制系统与分散的I/O形式的通信；Profibus-PA是专为过程控制自动化设计的, 将传感器和执行机构接到一根总线上, 并具有本质安全规范，Profibus-FMS是具有令牌结构的监控网络、具有实时多主的特征。
Profibus现场总线的主要的组成硬件是主设备、从设备、网络网路，其中主设备用以控制总线
上的数据的传输，即使没有外部发送的请求信息，仍可对总线进行访问；从设备是指比较简单的外部设备，且未被授权访问总线；网络网路包括传输介质和网络链接器，例如采用具有屏蔽功能的双绞电缆构成的电气网络，或是用塑料或玻璃纤维光缆构成的光纤网络等。
2Profibus现场总线结构
2.1profibus总线结构
profibus总线分布式机械臂控制系统的机器人的执行由手指、手腕、上臂、前臂、立柱等组成，手部，包括手指、传动机构等，手指用来抓取物体，传动采用蜗轮、蜗杆，分布式机械臂机器人实现旋转，旋转采用摆杆滑块方式，操作控制取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响，在速度、位置控分布式机械臂控制变得非常简单。
profibus总线分布式机械臂控制系统现场工作过程中，电磁干扰，电压起伏，机械振动，环境湿度的变化，有可能导致计算机运行不畅，造成威胁隐患，继电器控制系统的抗干扰能力强，可是需要众多的机械触点，使用寿命短，稳定性差。
profibus总线分布逻辑控制器，采用微电路集成技术，采用无触点的电路集成存储元件.
profibus分布式机械臂控制器通过接口连接伺服单元和I/O 单元，分布式机械臂基于现场总线控制功能，将微处理器和现场总线接口连通，形成数控插补单元，分布式机械臂把带有通信功能的伺服单元直接挂接在现场总线上，形成控制系統网络结构，实现分布式机械臂智能独立操作，添加其他现场控制设备，分布式机械臂的profibus控制器与其接口之间采用了隔离措施，反馈单元使用高精度的光电编码器，分布式机械臂控制器的控制量输出采用WM 输出，使用滤波器获得控制电压送往伺服驱动器，以总线为通信工具设计数控系统，有效降低了控制系统的复杂程度，提高了运算速度，增强了分布式机械臂的控制性能，具有信息处理速度快，开放程度高，控制精确，通用性好的特点。
Profibus采用是OSI分层模型, 它由七个功能独立的层组成，而且，每层具有标准的定义，如遵守协议则保证通信系统是开放的。
在Profibus现场总线中，主要是采用了OSI模型中的物理层、数据链路层和应用层。
Profibus总线系统一般可分为三种系统结构，为纯主—从系统，纯主—主系统，以及混合系统。
其中一级主站为中央控制器、二级主站为操作员工作站，从站为所有的现场设备。
2.2profibus现场总线控制系统组成
(1)现场总线设备。
主要有智能现场仪表、控制器。
可分为总线供电和单独供电式现场设备，这些现场设备不仅有信号变换功能，而且还有组态运算及控制功能。
(2)现场总线线路。
其中有连接在总线末端附近的终端器，是一种阻抗匹配元件，能采用反射波原理使信号变形最小，减少了信号的衰减与畸变。
每个总线段上有且只能有两个终端器。
还有输送介质电缆，一般常用的电缆为双绞线以及用于现场总线与操作站的连接的现场总线网卡和用于扩展网络的中继器。
3Profibus现场总线在冶金自动化系统中的应用
3.1冶金自动化系统结构
在冶金自动控制系统，应用profibus现场总线，构成了三级网络系统, 分别由现场设备控制层、车间监控层和工厂管理层构成。
其中现场总线profibus-DP 和profibus-PA模块主要负责现场设备的监控，例如，传感器、驱动器、传动装置和开关设备等，profibus-FMS部分实现运用于车间控制层，实现控制系统的人机对话, 管理者科技通过车间监控计算机对设备状态进行在线监控、参数设定、故障报警、生产调度等操作，工厂的管理层即为局域网。
3.2冶金自动化系统工作原理
在冶金工业的运作中，profibus现场总线根据现场设备控制层的运作对进行操作，物理层并将相关参数返还车间监控层，该模块对数据进行相关的处理，达到适宜工作的参数值时，将信息传给现场设备控制层，令现场设备停止运作。
该过程主要是通过profibus现场总线的结构层实现。
在信息发送过程中，由于物理层上接数据链路层, 下连媒介，具有信息传输的功能，通过对数据链路层的信息进行编码和调节，产生物理信号驱动媒介；在信息接收过程中，物理层对来自媒体的信号进行解调和解码，传达给数据链路层，链路层对相关的信息执行总线通信规则, 处理出错检测和调度。
最终将信息传达给应用层，利用相关的应用软件对数据进行处理，掌握数据的结构和意义。
主要例子有：通过控制水泵阀位的开度使三容器的液位达到我们的设定值，通过控制变频器的频率来改变皮带传输机传输速度。
通过对立式电炉是双输入双输出的温度场控制中，通过控制占空比来控制电炉的温度，最后将得到的结果通过工厂管理层将数据进行统一的整理并实现信息的共享。
对profibus现场总线的控制系统的使用，很好的对冶金工业中的炼焦配煤、烧结过程、炼铁、转炉、精炼炉、加热炉燃烧等流程进行了控制，实现了生产线的有序运行。
总而言之，在冶金自动化系统中，采用Profibus现场总线控制系统，对生产对象进行监控、诊断和维护等，不仅节省大量人力物力，更加快了冶金工业生产运行的效率。
而profibus现场总线作为一种国际化开放式总线,具有兼容性强大，接线简单，结构紧凑的有点被广泛的应用于各个领域，促进了我国的发展。
参考文献：
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