几种典型的现场总线

4几种典型的现场总线介绍

4.1 Profibus

PROFIBUS是1987年，德国联邦科技部集中了13家公司的5个研究所的力量，按ISO/OSI参考模型制订的现场总线的德国国家标准，其主要支持者是德国西门子公司，并于1991年4月在DIN19245中发表，正式成为德国标准。开始只有PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS，1994年又推出了PROFIBUS－PA，它引用了IEC标准的物理层（IEC1158－2,1993年通过），从而可以在有爆炸危险的区域（EX）内连接本质安全型通过总线馈电的现场仪表，这使PROFIBUS更加完善。PROFIBUS已于1996年3月15日批准为欧洲标准EN50170的第2卷。

①组成：PROFIBUS有三个部分组成：

· PROFIBUS-FMS（Field Message Specification）

主要是用来解决车间级通用性通讯任务。可用于大范围和复杂的通讯。总线周期一般小于100ms。

· PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）

这是一种经过优化的高速和便宜的通信总线，它的设计是专门为自动控制系统与分散的I/O设备级之间进行通信使用的。总线周期一般小于10ms。

图4 Profibus 的组成部分

· Profibus-PA（Process Automation）

是专门为过程自动化设计的，它可使传感器和执行器按在一根共用的总线上，甚至在本质安全领域也可接上。根据IEC1158－2标准，PROFIBUS-PA用双线进行总线供电和数据通信。

图4为PROFIBUS组成说明，图5为PROFIBUS的应用范围。PROFIBUS支持多主站通信（令牌方式）和主－从通信。

图5 Profibus 应用范围

②协议结构

Profibus协议结构是根据ISO7498国际标准以OSI作为参考模型的。但省略了3～6层，同时又增加了服务层。

PROFIBUS－DP使用了第一层（物理层），第二层（数据链路层）和用户接口，第三层到第七层未加以描述。这种结构确保了数据传输的快速和有效进行，直接数据链路映象（DDLM）为用户接口易于进入第二层。用户接口规定了用户系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS－DP设备的设备行为，还提供了传输用的RS485传输技术或光纤传输技术。

PROFIBUS－FMS：对第一层、第二层和第七层（应用层）均加以定义。

PROFIBUS－PA：采用了扩展的DP协议。另外还使用了描述现场设备行为的PA规约。根据IEC1158－2标准，这种传输技术可确保其本质的安全性并通过总线给现场设备供电。使用分段式耦合器，PROFIBUS－PA设备能很方便地集成到PROFIBUS－DP网络上。

PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议，因而这二套系统可在同一根电缆上同时操作。

③传输技术

PROFIBUS提供了三种类型的传输：

·用于DP和FMS的RS485传输

·用于PA和IEC1158－2传输

·光纤（FO）

A. RS485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术，这种技术通常称为H2。采用屏蔽双绞铜线，共用一根导线对。线性总线结构允许站点增加或减少，而且系统的分步投入也不会影响到其它站点的操作。后增加的站点对已投入运行的站点没有任务影响。

传输速率可选：9.6Kbps和12Mbps之间。

站点数：每分段32个站，不带中继器；带中继器可多达127个站

传输距离：

波特率(Kbps) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000

距离/段(m) 1200 1200 1200 1000 400 200 100

B. IEC1158－2传输技术是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称为H1。

传输速率：31.25Kbps，电压式。

站点数：每段最多为32个，总数最多为126个。

距离：采用双绞线电缆，传输距离可达1900m。

C. Profibus系统在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体以增加高速传输的最大距离。许多厂商提供专用总线插头，可将RS485信号转换成光信号和光信号转换成RS485信号，这样就为RS485和光纤传输技术在同一系统上使用提供了一套开关控制的十分简便的方法。

④应用情况

PROFIBUS的应用包括了加工制造自动化、过程自动化和楼宇自动化。据调查在1996年PROFIBUS已赢得了43％的德国市场，以及大约41％的欧洲市场。目前各主要的自动化设备生产厂均为其所生产的设备提供PROFIBUS接口，产品范围包括1000多种不同设备和服务，约有200种设备已经认证。PROFIBUS已在全世界十多万的实际应用中取得成功。到1997年1月为止，安装的PROFIBUS芯片已超过一百万台。

4.2 FF（Fundation Fieldbus）基金会现场总线

现场总线基金会是一个国际性的组织，有120多个成员，包括了全球主要的过程控制产品的供应商，基金会成员生产的变送器、DCS系统、执行器、流量仪表占世界市场的90％。FF是迫于用户的压力于1994年6月由ISP与WORLDFIP（北美）合并成立的现场总线基金会。

ISP是可互操作系统协议（Interoperable system protocol）的简称，它基于德国的Profibus标准，成立于1992年9月，当时有100多个公司参加，其中以仪表厂为多，由Fisher Rosemount 公司牵头。WORLDFIP是工厂仪表世界协议（World Factory Instrumentation Protocol）的简称，它基于法国的FIP标准，由Honeywell公司牵头，也有100多个公司参加，不少是PLC 制造厂。

①FF的拓朴结构（图6）

图6 FF的拓扑结构