PROFIBUS现场总线小论文格式
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1.2 现场总线的现状
由于各个国家各公司的利益之争，虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会(IEC/ISA)就开始着手制定现场总线的标准，但至今统一的标准仍未完成。很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。
目前现场总线市场的特点：(l)各种现场总线都有其应用的领域；(2)每种现场总线都有国际组织支持的背景；(3)多种总线成为国家和地区标准；(4)设备制造商参与多个现场总线组织；(5)各个现场总线彼此协调共存。
二、PROFIBUS现场总线的技术概况
2.1 PROFIBUS现场总线组成
PROFIBUS主要由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）。
（1）PROFIBUS-DP
PROFIBUS-DP使用了七层协议的第一、二层及用户接口，没有定义第三到第七层，这种结构保证了快速而有效的数据传输。直接数据链路映象DDLM为用户接口提供第二层功能映象，用户接口规定了用户、系统及不同设备可以调用的功能，并对不同的PROFIBUS-DP设备的设备行为给予说明。
PROFIBUS-PA：PROFIBUS-PA适用于PROFIBUS过程自动化。PA将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来，并可用来代替4-20mA的模拟技术。PROFIBUS-PA行规保证了不同厂商所生产的现场设备的互换性和互操作性，它是PROFIBUS-PA的一个组成部分。它的任务是为各种类型现场设备选用真正需要的通信功能，并提供这些设备功能和设备行为的必要规格。目前，PA行规已对所有通用的变送器和一些设备类型作了具体规定。
20世纪70年代，数字式计算机被映入到测控系统中，此时的计算机提供的是集中式控制处理。
20世纪80年代，微处理器被嵌入到各种仪器设备中，而形成了分布式控制系统(DCS)，这种分布式控制系统经历了若干发展阶段，从集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)到智能控制、维护、管理集成系统(ICMMS)，控制单元日益智能化，控制的方式日益走向多智能控制单元的协同工作模式。
另外，PROFIBUS在第二层（数据链路层）使用混合介质存取技术，即PROFIBUS介质存取协议包括主站之间的令牌环方式和主站、从站之间的主从方式。PROFIBUS协议是开放的，理论上只需具备串行通信能力的微处理器便可以实现。
2.2.3PROFIBUS-DP/PA主要区别及关系
PROFIBUS系统网络中，PA的设备必须由DP段的主站控制。DP和PA的物理层不同，DP一边是RS485、异步非归零（NRZ）编码、波特率可变，PA一边是IEC61158-2、同步Manchester编码、波特率固定为31.25kbit/s。所以它们之间必须通过一个转换设备连接，这个转换设备就是耦合器或连接模块，它在PA网络中非常重要。PA段设备的拓扑形式可以是线形、树形，或它们的混合形式。线形连接时，各个从站设备直接挂接在PA 总线上；树形连接时，数个从站设备可以从一个分配器上连接，该分配器连接在PA总线上。每一个PA段的从站设备数量最多为32个，但受消耗电流总量的限制和适用场合的影响，一般要少于这个数目。图2-1为一个典型的PROFIBUS系统，其中的PA拓扑为线形连接。
而国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。已开发出的现场总线有40多种，较著名的有基金会现场总线(FF)、Profibus、HART、CAN、Lonworks、Modbus、Interbus等。近年来，现场总线技术一直是国内工业自动化领域的热点，一些业内的企业和科研单位已经由最初对现场总线技术研究、公关、示范，转变为具体应用和产品开发。
(2)用于Profibus-PA的IEC1158-2传输技术
IEC1158-2的传输技术用于Profibus-PA，能满足化工和石油化工业的要求。它可保持其本质安全性，并通过总线对现场设备供电。IEC1158-2是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称为H1。
2.2.2协议结构
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open Interconnection-SIO）作为参考模型。
2.2.1传输技术
PROFIBUS提供了3种数据传输类型：用于DP和FMS的RS-485传输、用于PA的IEC1158-2传输、用光纤传输。
(1)用于Profibus-DP的RS-485传输技术
RS-485传输是Profibus最常用的一种传输技术，通常称之为H2。RS-485传输技术用于Profibus-DP与Profibus-FMS。 RS-485传输技术基本特征是：网络拓扑为线性总线，两端有有源的总线终端电阻；传输速率为9.6kbps～12Mbps；介质为屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件；不带中继时每分段可连接32个站，带中继时可多到127个站。
由于各种现场总线技术的相继出现，人们对传统的模拟仪表和控制系统要求变革的呼声越来越高，现场总线为引入智能现场仪表提供了一个开放平台。基于现场总线的分布式控制系统(Fieldbus Control System,FCS)是在传统的分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)的基础之上发展起来的，顺应了自动控制系统发展的潮流。
图2-1典型的PROFIBUS系统
三、PROFIBUS现场总线技术的应用领域
Profibus是一种国际性的、开放的、已在世界范围内得到广泛应用的现场总线。它于1989年成为德国标准 DIN 19245，于1996年成为欧洲标准EN 50170 V.2，于1999年底成为国际标准IEC 61158的组成部分（typeIII）。目前在世界上有250多家企业生产2000多种Profibus产品，产品的范 围满足自动化各领域的应用要求。在世界范围内，Profibus已经有20多万个应用实例，有200多万个Profibus节点已经安装运行。Profibus技术和产品在我国的制造业、流程工业、冶金、电力、交通、水利、楼宇等领域的自动化系统中有着广泛的应用现场总线是现场仪表或设备与控制室的控制系统之间的一种开放的、全数字化、双向通信和多站的通信系统。优点有很多，他的出现可以说在自动化领域内，是继DCS以后的又一里程碑。
RS-485传输设备安装要点：全部设备均与总线连接；每个分段上最多可接32个站（主站或从站）；每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运行不发生误差；两个总线终端电阻必须一直有电源；当分段站超过32 个时，必须使用中继器用以连接各总线段，串联的中继器一般不超过4个；备均需选用同一传输速率。电缆最大长度取决于传输速率。
一、现场总线
1.1 现场总线的产生背景
随着控制、计算机、通讯、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的深刻变革，现场总线就是在这种形式下发展起来的新技术。
20世纪50年代至今，工业过程控制仪表一只采用4-20mA的标准信号。20世纪60年代，测控系统一般采用直接数字式控制系统。
采用RS-485传输技术的传输速率可选9.6kbps～12Mbps，一旦设备投入运行，全部设Profibus网络最好使用9针D型插头。当连接各站时，应确保数据线不要拧绞，系统在高电磁发射环境下运行应使用带屏蔽的电缆，屏蔽可提高电磁兼容性（EMC）。如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保护接地连接，并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖，以保持良好的传导性。
1.3 现场总线的发展趋势
从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：
（1）寻求统一的现场总线国际标准
（2）Industrial Ethernet走向工业控制网络
统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术 ，过去一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA技术（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的进展。随着FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，可以预见Ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。
2.2PROFIBUS-DP/PA简介
PROFIBUS-DP：PROFIBUS-DP用于现场层的用于现场层的高速数据传送。在这一级，中央处理器通过高速串行线同分散的现场设备（I/O，驱动器、阀门等）进行通讯。一般情况下，DP构成单主站系统，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须比主站程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信，以进行组态、诊断和报警处理。
（2）PROFIBUS-PA
PROFIBUS-PA采用PROFIBUS-DP的基本功能来传送测量值和状态，并通过扩展PROFIBUS-DP的功能来制定现场设备的参数并进行设备操作。PA设备可以通过耦合器连入DP网络。PROFIBUS-PA第一层采用IEC1158-2技术，第二层与第一层之间的接口在DIN19245系列标准的第4部分作出规定。
PROFI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%。
目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
结束语：
通过对现场总线技术这门课程的学习，我从中学习到了有关现场总线的许多理论知识，并且还利用课余时间去查阅相关书籍，对其现状及发展趋势有了更进一步的认识及一些自己的见解。
ASI、Sensorloop、Seriplex等总线适用于由各种开关量传感器和操作器组织的底层控制系统，而Devicenet、Profibus-DP和WorldFIP适用于字传输额的各种设备，至于Profibus-PA、Fieldbus Foundation等更多地适用于帧传输的仪表自动化设备。所以对我们适用的总线在Sensor和Equipment的区域内。在发达国家，现场总线技术从20世纪80年代开始出现并逐步推广到现在，已经被工业控制领域广泛应用。在国内,现场总线首先用在外国公司在华投资的生产线，比如几乎所有外资汽车生产企业都有使用现场总线的生产线。啤酒罐装、烟草加工、机械装配、产品包装等生产线也大量使用现场总线。一些市政工程也开始使用现场总线。在中国，20世纪90年中后期引入现场总线，至今在技术概念上已被广泛接受，用户群和使用面迅速增加和扩大，许多自动化项目把现场总线控制作为选择方案之一，还有不少本土化的现场总线产品出现，并迅速得以产业化。
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。
由于各个国家各公司的利益之争，虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会(IEC/ISA)就开始着手制定现场总线的标准，但至今统一的标准仍未完成。很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。
目前现场总线市场的特点：(l)各种现场总线都有其应用的领域；(2)每种现场总线都有国际组织支持的背景；(3)多种总线成为国家和地区标准；(4)设备制造商参与多个现场总线组织；(5)各个现场总线彼此协调共存。
二、PROFIBUS现场总线的技术概况
2.1 PROFIBUS现场总线组成
PROFIBUS主要由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）。
（1）PROFIBUS-DP
PROFIBUS-DP使用了七层协议的第一、二层及用户接口，没有定义第三到第七层，这种结构保证了快速而有效的数据传输。直接数据链路映象DDLM为用户接口提供第二层功能映象，用户接口规定了用户、系统及不同设备可以调用的功能，并对不同的PROFIBUS-DP设备的设备行为给予说明。
PROFIBUS-PA：PROFIBUS-PA适用于PROFIBUS过程自动化。PA将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来，并可用来代替4-20mA的模拟技术。PROFIBUS-PA行规保证了不同厂商所生产的现场设备的互换性和互操作性，它是PROFIBUS-PA的一个组成部分。它的任务是为各种类型现场设备选用真正需要的通信功能，并提供这些设备功能和设备行为的必要规格。目前，PA行规已对所有通用的变送器和一些设备类型作了具体规定。
20世纪70年代，数字式计算机被映入到测控系统中，此时的计算机提供的是集中式控制处理。
20世纪80年代，微处理器被嵌入到各种仪器设备中，而形成了分布式控制系统(DCS)，这种分布式控制系统经历了若干发展阶段，从集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)到智能控制、维护、管理集成系统(ICMMS)，控制单元日益智能化，控制的方式日益走向多智能控制单元的协同工作模式。
另外，PROFIBUS在第二层（数据链路层）使用混合介质存取技术，即PROFIBUS介质存取协议包括主站之间的令牌环方式和主站、从站之间的主从方式。PROFIBUS协议是开放的，理论上只需具备串行通信能力的微处理器便可以实现。
2.2.3PROFIBUS-DP/PA主要区别及关系
PROFIBUS系统网络中，PA的设备必须由DP段的主站控制。DP和PA的物理层不同，DP一边是RS485、异步非归零（NRZ）编码、波特率可变，PA一边是IEC61158-2、同步Manchester编码、波特率固定为31.25kbit/s。所以它们之间必须通过一个转换设备连接，这个转换设备就是耦合器或连接模块，它在PA网络中非常重要。PA段设备的拓扑形式可以是线形、树形，或它们的混合形式。线形连接时，各个从站设备直接挂接在PA 总线上；树形连接时，数个从站设备可以从一个分配器上连接，该分配器连接在PA总线上。每一个PA段的从站设备数量最多为32个，但受消耗电流总量的限制和适用场合的影响，一般要少于这个数目。图2-1为一个典型的PROFIBUS系统，其中的PA拓扑为线形连接。
而国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。已开发出的现场总线有40多种，较著名的有基金会现场总线(FF)、Profibus、HART、CAN、Lonworks、Modbus、Interbus等。近年来，现场总线技术一直是国内工业自动化领域的热点，一些业内的企业和科研单位已经由最初对现场总线技术研究、公关、示范，转变为具体应用和产品开发。
(2)用于Profibus-PA的IEC1158-2传输技术
IEC1158-2的传输技术用于Profibus-PA，能满足化工和石油化工业的要求。它可保持其本质安全性，并通过总线对现场设备供电。IEC1158-2是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称为H1。
2.2.2协议结构
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open Interconnection-SIO）作为参考模型。
2.2.1传输技术
PROFIBUS提供了3种数据传输类型：用于DP和FMS的RS-485传输、用于PA的IEC1158-2传输、用光纤传输。
(1)用于Profibus-DP的RS-485传输技术
RS-485传输是Profibus最常用的一种传输技术，通常称之为H2。RS-485传输技术用于Profibus-DP与Profibus-FMS。 RS-485传输技术基本特征是：网络拓扑为线性总线，两端有有源的总线终端电阻；传输速率为9.6kbps～12Mbps；介质为屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件；不带中继时每分段可连接32个站，带中继时可多到127个站。
由于各种现场总线技术的相继出现，人们对传统的模拟仪表和控制系统要求变革的呼声越来越高，现场总线为引入智能现场仪表提供了一个开放平台。基于现场总线的分布式控制系统(Fieldbus Control System,FCS)是在传统的分布式控制系统(Distributed Control System,DCS)的基础之上发展起来的，顺应了自动控制系统发展的潮流。
图2-1典型的PROFIBUS系统
三、PROFIBUS现场总线技术的应用领域
Profibus是一种国际性的、开放的、已在世界范围内得到广泛应用的现场总线。它于1989年成为德国标准 DIN 19245，于1996年成为欧洲标准EN 50170 V.2，于1999年底成为国际标准IEC 61158的组成部分（typeIII）。目前在世界上有250多家企业生产2000多种Profibus产品，产品的范 围满足自动化各领域的应用要求。在世界范围内，Profibus已经有20多万个应用实例，有200多万个Profibus节点已经安装运行。Profibus技术和产品在我国的制造业、流程工业、冶金、电力、交通、水利、楼宇等领域的自动化系统中有着广泛的应用现场总线是现场仪表或设备与控制室的控制系统之间的一种开放的、全数字化、双向通信和多站的通信系统。优点有很多，他的出现可以说在自动化领域内，是继DCS以后的又一里程碑。
RS-485传输设备安装要点：全部设备均与总线连接；每个分段上最多可接32个站（主站或从站）；每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运行不发生误差；两个总线终端电阻必须一直有电源；当分段站超过32 个时，必须使用中继器用以连接各总线段，串联的中继器一般不超过4个；备均需选用同一传输速率。电缆最大长度取决于传输速率。
一、现场总线
1.1 现场总线的产生背景
随着控制、计算机、通讯、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的深刻变革，现场总线就是在这种形式下发展起来的新技术。
20世纪50年代至今，工业过程控制仪表一只采用4-20mA的标准信号。20世纪60年代，测控系统一般采用直接数字式控制系统。
采用RS-485传输技术的传输速率可选9.6kbps～12Mbps，一旦设备投入运行，全部设Profibus网络最好使用9针D型插头。当连接各站时，应确保数据线不要拧绞，系统在高电磁发射环境下运行应使用带屏蔽的电缆，屏蔽可提高电磁兼容性（EMC）。如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保护接地连接，并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖，以保持良好的传导性。
1.3 现场总线的发展趋势
从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：
（1）寻求统一的现场总线国际标准
（2）Industrial Ethernet走向工业控制网络
统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术 ，过去一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA技术（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的进展。随着FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，可以预见Ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。
2.2PROFIBUS-DP/PA简介
PROFIBUS-DP：PROFIBUS-DP用于现场层的用于现场层的高速数据传送。在这一级，中央处理器通过高速串行线同分散的现场设备（I/O，驱动器、阀门等）进行通讯。一般情况下，DP构成单主站系统，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须比主站程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信，以进行组态、诊断和报警处理。
（2）PROFIBUS-PA
PROFIBUS-PA采用PROFIBUS-DP的基本功能来传送测量值和状态，并通过扩展PROFIBUS-DP的功能来制定现场设备的参数并进行设备操作。PA设备可以通过耦合器连入DP网络。PROFIBUS-PA第一层采用IEC1158-2技术，第二层与第一层之间的接口在DIN19245系列标准的第4部分作出规定。
PROFI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%。
目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
结束语：
通过对现场总线技术这门课程的学习，我从中学习到了有关现场总线的许多理论知识，并且还利用课余时间去查阅相关书籍，对其现状及发展趋势有了更进一步的认识及一些自己的见解。
ASI、Sensorloop、Seriplex等总线适用于由各种开关量传感器和操作器组织的底层控制系统，而Devicenet、Profibus-DP和WorldFIP适用于字传输额的各种设备，至于Profibus-PA、Fieldbus Foundation等更多地适用于帧传输的仪表自动化设备。所以对我们适用的总线在Sensor和Equipment的区域内。在发达国家，现场总线技术从20世纪80年代开始出现并逐步推广到现在，已经被工业控制领域广泛应用。在国内,现场总线首先用在外国公司在华投资的生产线，比如几乎所有外资汽车生产企业都有使用现场总线的生产线。啤酒罐装、烟草加工、机械装配、产品包装等生产线也大量使用现场总线。一些市政工程也开始使用现场总线。在中国，20世纪90年中后期引入现场总线，至今在技术概念上已被广泛接受，用户群和使用面迅速增加和扩大，许多自动化项目把现场总线控制作为选择方案之一，还有不少本土化的现场总线产品出现，并迅速得以产业化。
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。