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西门子PROFIBUS总线电缆：6XV1830-0EH10

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图3：基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统
　　1.2.4 基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点
（1）增强了现场级信息集成能力
现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。现场总线是数字化通讯网络，它不单纯取代4-20mA信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。
（2）开放式、互操纵性、互换性、可集成性
不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操纵性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式，答应其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中往，因此，市场上将有很多面向行业特点的监控系统。
（3）系统可靠性高、可维护性好
基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替换一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素。同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。
（4）降低了系统及工程本钱
对大范围、大规模I/O的分布式系统来说，省往了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程用度，降低了系统及工程本钱。
　　1.3 现场总线标准
　　现场总线技术得以实现的一个关键题目，是要在自动化行业中形成一个制造商们共同遵守的现场总线通讯协议技术标准，制造商们能按照标准生产品，系统集成商门能按照标准将不同产品组成系统。这就提出了现场总线标准的题目。上*自动化产品及现场设备生产厂家，意识到现场总线技术是未来发展方向，纷纷结成企业同盟，推出自己的总线标准及产品，在市场上培养用户、扩大影响，并积极支持标准组织制定现场总线标准。能否使自己总线技术标准在未来标准中占有较大比例成份，关系到该公司相关产品前途、用户的信任及企业的名誉。而历史经验证实：标准都是采用一个或几个市场上zui成功的技术为基础。因此，各大公司在制定现场总线标准中的竟争，体现了各公司在技术地位上的竞争，而其*还是要回结到市场实力的竞争。
据说目前上现有各种总线及总线标准不下二百多种。具有一定影响和已占有一定*的总线有如下几种：
　　1.3.1 PROFIBUS现场总线
　　1996年3月15日批准为欧洲标准，即DIN 50170 V.2。PROFIBUS产品在世界市场上已被普遍接受，*占欧洲*，年增长率25%。目前支持PROFIBUS标准的产品超过1500多种，分别来自上250多个生产厂家。在世界范围内已安装运行的PROFIBUS设备已超过200万台，到1998年5月，适用于过程自动化的PROFIBUS-PA仪表设备在19个国家的40个用户厂家投进现场运行。1985年组建了PROFIBUS支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用户组织（PNO）。目前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织，企业会员近650家。1997年7月组建了中国现场总线（PROFIBUS）专业委员会，并筹建现场总线PROFIBUS产品演示及认证的实验室。
PROFIBUS主要应用领域有：
。制造业自动化：汽车制造（机器人、装配线、冲压线等）、造纸、纺织。
。过程控制自动化：石化、制药、水泥、食品、啤酒。
。电力：发电、输配电。
。楼宇：空调、风机、照明。
。铁路交通：信号系统
　　1.3.2 FF现场总线
　　1994年由ISP 基金会和World FIP（北美）两大团体合并成立FF基金会，其宗旨在于开发出符合IEC和ISO标准的、*的现场总线（Fundation Fieldbus）。低速总线（H1）协议已于1996年发表。已完成开发的高速总线（H2）拟于1998年内表。1997年5月建立了中国现场总线（FF）专业委员会，并筹建FF现场总线产品认证中心。目前，FF现场总线的应用领域以过程自动化为主。如：化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。
　　1.3.3 LONWORKS总线
　　LONWORKS现场总线全称为LONWORKS NetWorks,即分布式智能控制网络技术，希看推出能够适合各种现场总线应用场合的测控网络。目前LONGWORKS应用范围广泛，主要包括产业控制、楼宇自动化、数据采集、SCADA系统等。国内主要应用于楼宇自动化方面。
　　1.3.4 CANBUS现场总线
　　CANBUS现场总线已由ISO/TC22技术委员会批准为标准IOS 11898（通讯速率小于1Mbps）和ISO 11519（通讯速率小于125Kbps）。CANBUS主要产品应用于汽车制造、公共交通车辆、机器人、液压系统、分散型I/O。另外在电梯、科研、工具机床、楼宇自动化等场合均有所应用。
　　1.3.5 WorldFIP现场总线
　　90～91年FIP现场总线成为法国国家安全标准。96年景为欧洲标准（EN 50170 V.3）。下一步目标是靠近IEC标准，现在技术上已做好充分预备。WorldFIP组织在北京设有办事处，即WorldFIP中国信息中心，负责中国的。WorldFIP现场总线采用单一总线结构来适应不同应用领域的需求，不同应用领域采用不同的总线速率。过程控制采用31.25Kbit/s,制造业为1M bit/s,驱动控制为1-2.5Mbit/s。采用总线仲裁器和优先级来治理总线上（包括各支线）的各控制站的通讯。可进行1对1、1对多点（组）、1对全体等多重通讯方式。在应用系统中，可采用双总线结构，其中一条总线为备用线，增加了系统运行的安全性。
WorldFIP现场总线适用范围广泛，在过程自动化、制造业自动化、电力及楼宇自动化方面都有很好的应用。
　　1.3.6 P-NET现场总线
　　P-NET现场总线筹建于己于1983年。1984年推出采用多重主站现场总线的*批产品。1986年通讯协议中加进了多重网络结构和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口产品。1987年P-NET标准成为开放式的完整标准，成为丹麦的国家标准。1996年景为欧洲总线标准的一部分（EN 50170 V.1）。1997年组建P-NET用户组织，现有企业会员近百家，总部设在丹麦的Siekeborg，并在德国、英国、葡萄牙和加拿大等地设有地区性组织分部。P-NET现场总线在欧洲及北美地区得到广泛应用，其中包括石油化工、能源、交通、轻工、建材、环保工程和制造业等应用领域。
　　1.4 如何面对众多的现场总线标准
　　面对上各种流派的现场总线及标准，为深进研究*进的现场总线技术，推动我国现场总线技术和产品的研究开发，形成符合我国国情的和现实的标准体系，保护我国生产企业和用户的投资效益，我国仪表标准化行业的主管单位-仪器仪表综合技术经济研究所遵循标准化工作程序，于己于1998年7月22日至多3日在北京中国科技会堂举办了“现场总线的标准化与中国自动化技术发展”研讨会。会议邀请了PROFIBUS、FF、WorldFIP、P-NET组织专家代表，先容了流行现场总线技术及标准化情况。研讨会上中外专家就现场总线标准化的发展展开了热列讨论，并提出以下见解与意见：
（1） 期看IEC能尽早按预期目标完成同一标准的制定。
（2） 按目前进度估计，近年内IEC很难完成预期目标。
（3） 目前IEC提出的建议方案只限于过程自动化，难于满足其它应用领域要求，不可能成为*标准，很可能形成多种标准体系共存。
（4） 在同一标准框架下做多种通讯协议接口，可能是同一标准的一种适宜的解决方案。
对我国发展现场总线技术政策，专家和代表们以为，结合我国国情，一方面应积极跟踪IEC标准化的发展，开展我国的技术研究和产品开发。另一方面在同一的IEC标准未形成之前，积极开展对其它*的现场总线技术研究，特别是对已有成熟应用经验、应用领域覆盖面大的现场总线技术的跟踪研究。
　　1.5 对面临选择的用户谈个人看法并提出建议
　　从用户角度出发，如何面对众多现场总线标准作出选择，笔者在此发表个人看法，并提出一点建议以供用户参考。
（1）标准？ 从标准发展的历史看，谁的技术将成为标准，或在标准中占有较大成份，主要取决于它在实际应用中取得多大的成果，取决于该项技术及产品在市场上的占有份额。也就是说，谁能占有市场谁将得天下。另一方面，标准化组织根据科学技术飞速发展现状及厂商用户对标准制定的要求，对标准的制定及批准手续作出相应的改变，即简化了标准的制定程序和手续，并承认存在所谓事实上的标准，即那些在市场中已占有较大份额、具有很大的用户成功应用经验的技术标准，如我们熟知的TCP/IP通讯协议标准。
（2）选择总线？ 在目前上现场总线群雄并起局面下，用户应从实际应用工程特点出发往选择。由于没有一种可包罗万象、适合所有应用领域的现场总线技术。应着重考察这种总线在本行业中的应用业绩。如制造业自动化、电力自动化及过程控制自动化三个领域，在数据实时响应要求方面就大不一样。
（3）选择产品？ 用户应尽量选择着名度大、拥有用户多、产品应用基础好的公司产品，由于这些公司的现场总线技术被标准采纳的可能性大。即使没有被标准采纳，至公司为考虑信誉，会提出原有技术与标准的接口，而不会置公司信誉于不顾，丢掉老客户不管。
（4）积极跟踪、勇于进取！假如由于IEC还没有同一现场总线标准，就不敢使用这项*技术是大可不必的。这将会使企业丧失一次尽早进步企业自动化水平的机会，或丧失一次进步本企业产品水平的机会，从而导致企业在未来同行竞争中处于劣势。IEC要同一现场总线标准不是一朝一夕的事，坐等时机流逝为下策，只有积极跟踪、勇敢进取方为企业发展上策。
第二章：现场总线PROFIBUS技术要点
　　本章从PROFIBUS协议标准角度，概要说明了PROFIBUS技术要点。使读者可快速了解PROFIBUS技术概貌。
2.1 PROFIBUS概貌
（1） PROFIBUS是一种化、开放式、不依靠于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程产业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。
（2） PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）。
（3） PROFIBUS-DP：是一种高速低本钱通讯，用于设备级控制系统与分散式I/O的通讯。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。
（4） PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。
（5） PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。
（7） PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通讯与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通讯网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
　　2.2 PRFIBUS基本特性
　　2.2.1 PROFIBUS协议结构
　　PROFIBUS协议结构是根据ISO7498准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection—SIO）作为参考模型的。该模型共有七层，如下图2-1所示：

图2-1：PROFIBUS协议结构
（1） PROFIBUS-DP：定义了*、二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并具体说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
（2） PROFIBUS-FMS：定义了*、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口（Lower Layer Interface—LLI）。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通讯服务。LLI协调不同的通讯关系并提供不依靠设备的第二层访问接口。
（3） PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。
　　2.2.2 PROFIBUS传输技术
　　PROFIBUS提供了三种数据传输类型：
· 用于DP和FMS的RS485传输。
· 用于PA的IEC1158-2传输。
· 光纤
　　2.2.2.1用于DP/FMS的RS485传输技术
　　由于DP与FMS系统使用了同样的传输技术和同一的总线访问协议，因而，这两套系统可在同一根电缆上同时操纵。
RS-485传输是PROFIBUSzui常用的一种传输技术。这种技术通常称之为H2。采用的电缆是屏蔽双绞铜线。
RS-485传输技术基本特征：
· 网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻。
· 传输速率：9.6K bit/s～12M bit/s
· 介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）。
· 站点数：每分段32个站（不带中继），可多到127个站（带中继）。
· 插头连接：使用9针D型插头。
　　2.2.2.2 RS-485传输设备安装要点
（1） 全部设备均与总线连接。
（2） 每个分段上zui多可接32个站（主站或从站）。
（3） 每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操纵运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。见图2-2所示。
（4） 当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线段。