Profibus在网络化测控系统的中的技术原理及其应用

PROFIBUS概述与应用一、PROFIBUS的概述1 PROFIBUS现场总线技术的产生早在 20 世纪80年代中期，国外就提出了现场总线，但研究工作进展缓慢，且没有国际标准可以遵循。

直到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。

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。

1986 年德国开始制订过程现场总线（Process Fieldbus ）标准，简称为 PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制订和产品开发的序幕。

PROFIBUS 现场总线技术是德国国家科学技术部审视了数字技术发展的必然趋势以及德国工业经济对自控技术的需要，特别在规范化和开放性方面的要求，把它列为德国的国家科技研究项目，从1987 年开始集中了SIEMENS 等13 家公司和5家研究所的力量，按照ISO （国际标准化组织）OSI （开放系统互连参考模型）参考模型开始研究制订现场总线的德国国家标准。

经过两年多的努力，终于完成了制订工作，并于1989年4 月在DIN19245 中发表，成为德国国家现场总线标准。

同年12月一些自愿地在其产品中采用PROFIBUS标准的企业组成用户组织（PNO ），从而使这项标准得到进一步完善，相应的产品也不断地被开发、推广和应用。

1995 年PROFIBUS国际组织（PI）成立，1996年6月PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP 被批准为欧洲现场总线标准 EN50170 V.2,1998年PROFIBUS-PA被批准纳入EN50170 V.2,1999年成为国际标准IEC61158的组成部分。

PROFIBUS 现场总线技术是德国国家科学技术部审视了数字技术发展的必然趋势以及德国工业经济对自控技术的需要，特别在规范化和开放性方面的要求，把它列为德国的国家科技研究项目，从 1987 年开始集中了SIEMENS 等13 家公司和5家研究所的力量，按照 ISO （国际标准化组织）OSI （开放系统互连参考模型）参考模型开始研究制订现场总线的德国国家标准。

profibus总线的应用实例题目：Profibus总线的应用实例概要：本篇文章将深入探讨Profibus总线在不同领域的应用实例，并对其进行评估。

我们将从简单的概念入手并逐渐深入，以帮助读者全面了解Profibus总线技术及其在工业自动化中的重要性。

正文：一、简介Profibus总线是一种用于工业自动化领域的现场总线技术。

它通过传输数据和通信来连接不同的自动化设备，以实现实时监控和控制。

接下来，我们将介绍Profibus总线在不同应用领域中的实际案例，并探讨其优势和局限性。

二、工业自动化1. 应用实例一：工厂自动化在工厂自动化中，Profibus总线可以连接各种传感器、执行器、PLC （可编程逻辑控制器）等设备，实现设备之间的信息交换和协调工作。

通过Profibus总线，工厂可以实现高效的生产线自动化，提高生产效率和质量控制。

2. 应用实例二：过程控制Profibus总线在过程控制领域也有广泛的应用。

在化工生产过程中，通过Profibus总线连接压力传感器、温度传感器、流量计等设备，实现对生产过程的实时监控和控制。

这样可以提高生产工艺的稳定性和安全性。

三、交通运输领域1. 应用实例一：智能交通系统Profibus总线在智能交通系统中扮演着重要的角色。

通过使用Profibus总线，各种交通设备，如信号灯、道路监测设备和车辆检测器等，可以相互连接并实现信息的共享和实时交互。

这样可以提高交通运输的效率和安全性。

2. 应用实例二：铁路信号系统在铁路交通领域，Profibus总线被广泛用于铁路信号系统中。

通过Profibus总线，信号设备可以快速传输数据，实现列车运行状态的实时监控和控制。

这对于提高铁路运输的安全性和效率至关重要。

四、优势和局限性Profibus总线作为一种现场总线技术具有许多优势，包括高可靠性、高效率、易于维护和灵活性等。

然而，它也存在一些局限性，如设备兼容性和实施成本较高等问题。

在实际应用中，这些因素需要根据具体情况进行权衡和解决。

浅谈PROFIBUS现场总线在电厂控制领域中的应用作者：许彬来源：《科技与企业》2013年第03期【摘要】本文在对PROFIBUS技术进行阐述的基础上，浅析了PROFIBUS现场总线在火电厂控制领域中的应用优势，并针对目前应用中存在的问题提出了相应的对策，为促进PROFIBUS现场总线在我国火电厂控制领域中的应用提供一些有益的参考。

【【关键词】PROFIBUS；火电厂；控制领域；应用1. 引言从20世纪50年代至今的信号标准：4-20mA（0-5V）的模拟信号。

20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，进行集中式控制处理。

20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，嵌入到各种仪器设备，形成分布式（DCS）控制系统。

随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能的智能设备。

一些数字式智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图等功能。

随着通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开始得到广泛应用。

与此同时，基于质量分析的维护管理、与安全相关的测试记录、环境监视需求的增加，都要求仪表能在当地处理信息，并在必要时允许被管理和访问，这些也使现场仪表与上级控制系统的通信量大增。

从实际应用性能的角度出发，控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。

由此，逐步产生了现场总线（FCS）。

现场总线控制是用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化的、双向、多站的通信系统；广义上是控制系统与现场检测仪表、执行装置进行双向数字通信的串行总线系统。

IEC定义：一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间进行双向、串行、多节点、数字式的数据交换的通信技术。

现场总线控制系统其突破了以往控制系统需要采用通信专用网络的局限，具有数字通讯、分散性和开放性的显著特征。

PROFIBUS总线技术及应用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%。

文中介绍了PROFIBUS现场总线的由来、构成、特性及其应用，对PROFIBUS-DP现场总线技术的协议结构进行了阐述。

关键词：现场总线；PROFIBUS-DP；协议结构1 引言随着控制技术、计算机技术和通信技术的飞速发展, 现场总线技术己经成为工业生产过程的必然趋势。

现场总线有节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、用户具有高度的系统集成主动权、提高系统的准确性与可靠性等优点。

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 是目前最成功的现场总线之一, 得到了广泛的应用。

它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线, 各种自动化设备均可通过同样的接口交换信息。

PROFIBUS 现场总线技术是德国国家科学技术部审视了数字技术发展的必然趋势以及德国工业、经济对自控技术的需要，特别在规范化和开放性方面的要求，把它列为德国的国家科技研究项目，从1987年开始集中了SIEMENS等13家公司和5家研究所的力量，按照ISO/OSI参考模型开始研究制订现场总线的德国国家标准[1]。

2PROFIBUS现场总线的技术概况2.1 PROFIBUS现场总线基本原理PROFIBUS由3部分组成：PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification,现场总线报文规范）、PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分散型外围设备）、PROFIBUS-PA（Process Automation，过程自动化）[2, 3]。

Profibus网络简介Profibus是一种现代化的工业自动化通信系统，用于数据交换和传输，被称为“过程领域总线系统”（Process Field Bus）。

被广泛应用于工业自动化的各个领域，如制造业、制药业、纸浆纸张、水处理和建筑物控制等等。

由于其高效可靠的性能和广泛的应用，已成为了工业控制领域中不可或缺的一部分。

构成由两部分构成：集中控制部分和分布控制部分。

集中控制部分主要由PLC（可编程逻辑控制器）等控制设备构成，作为整个工业控制系统的总控制中心。

它将所有数据和控制命令通过传输介质发送到分布控制部分。

分布控制部分则通常由传感器、执行器、驱动器等各种现场设备组成。

这些设备不仅能够进行实时数据采集和控制，还能按照PLC发送的控制命令进行响应。

特点具有高效、可靠、灵活等多种特点：高效：采用的是实时传输，通信速率高，数据传输准确率高，传输容量大。

能够做到分时和分帧传输，以保证各个数据包能够按时传递到指定的终端设备上。

可靠：采用了许多安全机制，如多点通讯机制、校验机制、防干扰机制等，能够保证数据传输的可靠性和稳定性。

灵活：的硬件结构灵活多变，可以很好地满足不同生产现场的不同需要。

无论是在传输距离还是在节点数量上，都有很大的灵活性。

的协议采用了一种特定的协议进行通信，其中最常用的是DP协议（Dezentrales Peripherie），其它还有PA协议（Process Automaion）等。

DP协议主要用于工厂现场的自动化和过程控制领域。

它的数据传输速度非常快，最高可达到12Mbit/s，以满足高速数据传输的需求。

此外，DP协议还能够支持多种不同的通讯类型，包括串行通讯、并行通讯和广播式通讯等。

PA协议主要用于流量、压力、温度等过程信号的传输和控制。

它主要工作在现场仪表领域，如调节阀、变送器、温度计等设备。

由于PA协议具有高度的冗余机制，因此它的可靠性非常高。

此外，它还能够自适应式地适应不同现场环境的需求。

Profibus总线的特点和应用Profibus总线协议是基于OSI模型的，文介绍Profibus总线特点、Profibus总线的三个版本及Profibus总线的应用，对大家深化了解现场总线技术很有关心。

Profibus总线是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。

由Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA组成，Profibus-DP 型用于分散外设简洁高速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。

Profibus-FMS为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程掌握器、低压开关等。

Profibus-PA用于过程自动化的总线类型：它遵循IEC1158-2标准。

Profibus是唯一全集成H1(过程)和H2(工厂自动化)的现场总线解决方案，是一种国际化的、不依靠于设备制造商的开放式现场总线标准。

它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化、楼宇自动化以及交通、电力等其他自动化领域。

采纳Profibus标准系统，不同制造商所生产的设备不需对其接口进行特殊调整就可通信，Profibus可用于高速并对时间有苛刻要求的数据传输，也可用于大范围的简单通信场合。

1、Profibus总线特点Profibus作为业界最胜利、应用最广泛的现场总线技术，除具有一般现场总线的一切优点外，还有很多自身的特点，详细表现如下：①最大传输信息长度为255字节，最大数据长度为244字节，典型长度为120字节。

②网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。

③传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6kbps到12Mbps不等。

④站点数量取决于信号特性，如使用屏蔽双绞线，每段可以接入32个站点(无转发器)，最多可以接入127个站点(带转发器)。

⑤传输介质为屏蔽/非屏蔽式光缆。

⑥当用双绞线时，传输距离最长可达9.6km，用光缆时最大传输长度为90km。

⑦Profibus-DP和Profibus-FMS的传输技术为RS-485方式、Profibus-PA 遵守IEC1158-2传输标准和光缆传输。

profibus总线原理
Profibus是一种常用的工业领域数字通信总线技术，其采用主/
从结构的通信方式。

下面将介绍Profibus总线的原理。

Profibus总线采用了串行的通信方式，数据通过总线以二进制
的形式传输。

在Profibus总线中，主站负责控制通信过程，从
站负责接收并响应主站的指令。

在通信开始时，主站会发出一个帧同步序列，用于同步所有从站的时钟。

接着，主站发送一个许可帧，从站收到许可帧后开始准备发送数据。

主站会根据需要发送一帧或多帧的数据，每一帧都包含有关目标从站和传输数据的信息。

从站在收到数据后，会进行CRC校验，以确保数据传输的准
确性。

如果校验通过，从站会发送一个确认帧通知主站数据已经接收成功。

如果校验不通过，主站会请求从站重传数据。

当所有数据传输完成后，主站会发送一个结束帧，用于通知从站数据传输的结束。

从站收到结束帧后，会进行确认，并准备接收下一次的通信。

Profibus总线基于CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）
的冲突检测机制，即在数据传输过程中，节点会对总线上的信号进行监听，如果有多个节点同时发送数据，就会发生冲突。

当发生冲突时，节点会停止发送，并等待一个随机时间后再重新发送。

这样可以避免多个节点同时发送数据导致的干扰问题。

总的来说，Profibus总线通过主/从结构、帧同步序列、CRC 校验和CSMA/CD机制实现了可靠的工业领域通信。

它被广泛应用于自动化系统、工厂自动化、过程控制等领域，提高了工业生产的效率和安全性。