一、工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、車(chē)間監(jiān)控層和工廠(chǎng)管理層3個(gè)層次的內(nèi)容。

圖1 工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

主要功能是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如分布式i/o、、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和開(kāi)關(guān)設(shè)備等，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。在這里可以采用as-i和profibus通訊總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行控制。

2、車(chē)間監(jiān)控層

車(chē)間監(jiān)控層又稱(chēng)為單元層，用來(lái)完成車(chē)間主生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的在線(xiàn)監(jiān)控、設(shè)備故障報(bào)警及維護(hù)等。還有生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度等功能。傳輸速度不是最重要的，但是應(yīng)能傳送大容量的信息。在這里主要采用profinet通訊總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行控制。

3、工廠(chǎng)管理層

車(chē)間操作員工作站通過(guò)以太網(wǎng)集線(xiàn)器與車(chē)間辦公管理網(wǎng)連接，將車(chē)間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車(chē)間管理層。車(chē)間管理網(wǎng)作為工廠(chǎng)主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)，連接到廠(chǎng)區(qū)骨干網(wǎng)，將車(chē)間數(shù)據(jù)集成到工廠(chǎng)管理層。

二、profibus通訊概述

1、概述

profibus是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設(shè)備生產(chǎn)商的標(biāo)準(zhǔn)，它廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。profibus 已被納入現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)iec 61158 和歐洲標(biāo)準(zhǔn)en 50170，并于2001 年被定為我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)jb/t10308.3-2001。

profibus由三個(gè)兼容部分組成，即profibus-dp（ decentralized periphery）、profibus-pa（process automation ）和profibus-fms (fieldbus message specification )。其中profibus-dp是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式i／o的通信，使用profibus－dp可取代辦24vdc或4－20ma信號(hào)傳輸。而profibus-pa是專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線(xiàn)上，并有本征安全規(guī)范。profibus-fms則用于車(chē)間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。

profibus是一種用于工廠(chǎng)自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

與其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)相比，profibus的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)en50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造．過(guò)程控制和自動(dòng)化等。profibus開(kāi)放性和不依賴(lài)于廠(chǎng)商的通信的設(shè)想，已在10多萬(wàn)成功應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。市場(chǎng)調(diào)查確認(rèn)，在德國(guó)和歐洲市場(chǎng)中profibus占開(kāi)放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的市場(chǎng)超過(guò)40％。profibus有國(guó)際著名自動(dòng)化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠(chǎng)商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

2、可以連接到profibus dp的設(shè)備

如圖2所示，大多數(shù)設(shè)備可以作為 dp 主站或 dp 從站連接至 profibus dp，唯一的限制是它們的行為必須符合標(biāo)準(zhǔn) iec 61784-1：2002 ed1 cp 3/1。對(duì)于其它設(shè)備，可以使用以下產(chǎn)品系列的設(shè)備：

· simatic s7/m7/c7

· simatic s5

· simatic pd/pc

· simatic(操作面板(op)、操作員站(os)以及文本顯示(td)操作員控制和監(jiān)視設(shè)備)

· 其它廠(chǎng)商的設(shè)備

圖2 可以連接到profibus dp的設(shè)備

3、profibus 協(xié)議結(jié)構(gòu)

圖3所示為profibus的協(xié)議結(jié)構(gòu)，profibus 采用主站（master）之間的令牌（token）傳遞方式和主站與從站（slave）之間的主-從方式。當(dāng)某主站得到令牌報(bào)文后可以與所有主站和從站通信。

圖3 profibus 協(xié)議結(jié)構(gòu)

在總線(xiàn)初始化和起動(dòng)階段建立令牌環(huán)。在總線(xiàn)運(yùn)行期間，從令牌環(huán)中去掉有故障的主動(dòng)節(jié)點(diǎn)，將新上電的主動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入到令牌環(huán)中。監(jiān)視傳輸介質(zhì)和收發(fā)器是否有故障，檢查站點(diǎn)地址是否出錯(cuò)，以及令牌是否丟失或有多個(gè)令牌。

dp 主站與dp 從站間的通信基于主-從原理，dp 主站按輪詢(xún)表依次訪(fǎng)問(wèn)dp 從站。報(bào)文循環(huán)由dp 主站發(fā)出的請(qǐng)求幀（輪詢(xún)報(bào)文）和由dp 從站返回的響應(yīng)幀組成。

三、profibus硬件

1、profibus 的物理層

可以使用多種通信介質(zhì)(電、光、紅外、導(dǎo)軌以及混合方式)。傳輸速率9.6k～12m bit/s，假設(shè)dp 有32 個(gè)站點(diǎn)，所有站點(diǎn)傳送512 bit/s輸入和512bit/s 輸出，在12ｍbit/s 時(shí)只需１ms。每個(gè)dp 從站的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)最大為244 字節(jié)。使用屏蔽雙絞線(xiàn)電纜時(shí)最長(zhǎng)通信距離為9.6km，使用光纜時(shí)最長(zhǎng)90km，最多可以接127 個(gè)從站?？梢允褂渺`活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持線(xiàn)型、樹(shù)型、環(huán)型結(jié)構(gòu)以及冗余的通信模型。

dp 和fms 使用相同的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線(xiàn)存取協(xié)議，可以在同一根電纜上同時(shí)運(yùn)行。dp/fms 符合eia rs-485 標(biāo)準(zhǔn)（也稱(chēng)為h2），采用屏蔽或非屏蔽雙絞線(xiàn)電纜，9.6 kbit/s 到12m bit/s。一個(gè)總線(xiàn)段最多32 個(gè)站，帶中繼器最多127 個(gè)站。

2、d 型連接器

profibus 標(biāo)準(zhǔn)推薦總線(xiàn)站與總線(xiàn)的相互連接使用9 針d 型連接器（如圖4所示）。a，b 線(xiàn)上的波形相反。信號(hào)為1 時(shí)b 線(xiàn)為高電平，a 線(xiàn)為低電平。

圖4 針d 型連接器

使用該連接器時(shí)，注意a1和b1為入線(xiàn)電纜接口端、a2、b2為出線(xiàn)電纜接入端；在接線(xiàn)時(shí)將電纜內(nèi)的綠色芯纜接入a、紅色芯纜接b，并將profibus電纜的紫色外皮剝?nèi)ミm宜長(zhǎng)度，并保留部分屏蔽層。