現(xiàn)場(chǎng)總線在低壓電器行業(yè)中的應(yīng)用分析

1、Profibus總線技術(shù)

　　Profbus是一種不依賴廠家的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，采用Profibus的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)后，不同廠商所生產(chǎn)的設(shè)備不需要對(duì)其接口進(jìn)行特別調(diào)整就可通信。Profibus為多主從結(jié)構(gòu)，可方便地構(gòu)成集中式、集散式和分布式控制系統(tǒng)。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，它分為三個(gè)系列：

　?。?）Profibus－DP用于傳感器和執(zhí)行器級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，它以德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN1924的第一部分為基礎(chǔ)，根據(jù)其所需要達(dá)到的目標(biāo)對(duì)通信功能加以擴(kuò)充，DP的傳輸速率可達(dá)12Mb/S，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)，主站、從站間采用循環(huán)數(shù)據(jù)傳送方式工作。

　　Profibus－DP的設(shè)計(jì)旨在用于設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳送。中央控制器（PLC/PC）通過(guò)高速串行線同分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如 1/O、驅(qū)動(dòng)器、閥門等）進(jìn)行通信，同這些分散的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換多數(shù)是周期性的。

　?。?）Profibus－PA適用于安全性要求較高的場(chǎng)合。PA具有本質(zhì)安全特性，其實(shí)現(xiàn)了IECll58－2（物理層）規(guī)定的通信的規(guī)程。

　　Profibus－PA的過(guò)程自動(dòng)化解決方案中PA將自動(dòng)化系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（壓力溫度和液位變送器等）連接起來(lái)，代替了4－20mA模擬信號(hào)傳輸技術(shù)，節(jié)約成本，并大大提高了系統(tǒng)功能和安全可靠性，因此PA尤其適用于化工、石油、冶金等行業(yè)的過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
　　
　?。?）Profibus－FMS旨在解決車間級(jí)通用性通信任務(wù)。FMS提供大量的通信服務(wù)，用以完成以中等傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)交換，因此它考慮的主要是系統(tǒng)功能而不是系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)用中通常要求的是隨機(jī)的信息交換（如改變?cè)O(shè)定多數(shù)等）。強(qiáng)有力的FMS服務(wù)向人們提供了廣泛的應(yīng)用范圍和更大的靈活性，可用于大范圍和復(fù)雜的通信系統(tǒng)。
Profibus協(xié)議的結(jié)構(gòu)定問(wèn)是根據(jù)iso7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（osi）作為參考模型的。

　　Profibus－DP使用第一層、第二層和用戶接口。這種結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行нM(jìn)行，直接數(shù)據(jù)鏈路映象（DDLM）為用戶接口提供第二層功能映象，用戶接口規(guī)定了用戶系統(tǒng)以及不同設(shè)備可以調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同Profibus－DP設(shè)備的設(shè)備行為。

　　Profibus－PA使用Prfibus－DP的基本功能傳送測(cè)量值和狀態(tài)，并用擴(kuò)展的Profibus－DP功能來(lái)制定現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)和進(jìn)行設(shè)備操作。另外它使用了描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的PA行規(guī)，根據(jù) IECI 158－2標(biāo)準(zhǔn)，這種傳輸技術(shù)可確保其本征安全性并使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)總線供電。

　　Profibus－FMS對(duì)第一、第二和第七層均加以定義，其中應(yīng)用層包括了現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)格（Fieldbus Message Specification，F(xiàn)MS）和低層接口（Lower interface，LLI）。FMS向用戶提供了廣泛的通信服務(wù)功能，LLI則向FMS提供了不依賴設(shè)備訪問(wèn)第二層（現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層）的能力，第二層主要完成總線訪問(wèn)控制和保持?jǐn)?shù)據(jù)的可靠性。

　　PMS服務(wù)是ISO9506 MMS（Manufacturing Message Specification，加工制造信息規(guī)范）服務(wù)項(xiàng)目的子集，這些服務(wù)項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用中被優(yōu)化，而且還加上了通信目標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)管理功能。

　　Profibus－DP和Profibus－FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問(wèn)協(xié)議，因而這兩套系統(tǒng)可在同一電纜上同時(shí)操作。

　　2、在低壓電器行業(yè)中的應(yīng)用

　?。?）智能化斷路器 3WN6通過(guò) Profibus－DP網(wǎng)關(guān)（DP/3WN6接口單元）與 Profibus－DP相連接，從而與上位機(jī)S7－300PLC通信。通過(guò)這種方法，控制信號(hào)和3WN6外圍的有用數(shù)據(jù)可以通過(guò)一根簡(jiǎn)單的兩芯電纜或光纖電纜與具有Profibus－DP控制能力的自動(dòng)化級(jí)進(jìn)行傳輸，對(duì)控制系統(tǒng)而言也就省去了不必要的常規(guī)的數(shù)據(jù)電纜布線。DP/3WN6接口單元組裝于一個(gè)可安裝的標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌上70mm寬的緊湊外殼之中。單元可以并排安裝，甚至垂直安裝，彼此之間無(wú)需任何安裝空間。DP/3WN6的九芯SUB－D插座連接。DP/3WN6接口是與3WN6斷路器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的。Profibus－DP配置的更改是在接口完成的。Profibus－DP允許12Mb人的數(shù)據(jù)速度。在初次使用前，只需預(yù)置Profibus－DP的地址。位速率和其他的總線參數(shù)則由主控機(jī)單元預(yù)先設(shè)置，接口對(duì)該設(shè)備自動(dòng)接受。電源連接以后與斷路器的通訊自動(dòng)地建立起來(lái)。Profibus和斷路器的接口由接口連接地監(jiān)視，并且其狀態(tài)是經(jīng)過(guò)兩只發(fā)光二極管（紅色和綠色）來(lái)顯示的。Profibus－DP的共享者“DP/3WN6接口”是通過(guò)諸如 SIMATIC SS的 COM Profibus參數(shù)化軟件，SIMATIC S7編程軟件或其他主控機(jī)供應(yīng)商提供的軟件來(lái)策劃完成的。斷路器既可以通過(guò)鍵盤在過(guò)流脫扣器上進(jìn)行組態(tài)池可以手持單元通過(guò)應(yīng)用程序來(lái)設(shè)置參數(shù)。

　　總線上有用的數(shù)據(jù)：①模擬量測(cè)量值，如相電流、接地故障電流、功率因數(shù)。②事件信息，如脫扣類型、欠負(fù)荷、相不平衡。③操作狀態(tài)，如開(kāi)或關(guān)、處于試驗(yàn)位置、合問(wèn)就緒。④組態(tài)數(shù)據(jù)，如額定工作電流、短路電流、故障保護(hù)參數(shù)。⑤診斷數(shù)據(jù)，如上次脫扣電流值、前15min峰值電流。遙控操作，合問(wèn)或分閘、其他的接口。

　?。?）AS司總線通過(guò)DP／AS－I接口單元（網(wǎng)關(guān)）與Profibus－DP相連，從而使AS——I的有用數(shù)據(jù)可以通過(guò)Profibus－DP與自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行交換。

　　AS司是一種適用于雙工線的執(zhí)行器和傳感器的現(xiàn)場(chǎng)型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它通過(guò)兩根電纜進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)信號(hào)和電源共載于雙工線上，可以具有任意的拓?fù)渑渲?，以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合，最多允許31個(gè)站點(diǎn)或從屬設(shè)備與ASJ相連接，而一個(gè)ASJ應(yīng)用模塊可與至多四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙工線傳感器和執(zhí)行器連接，這樣ASJ一共提供了124個(gè)傳感器和124個(gè)執(zhí)行器的最大配置。

　　接口單元組裝于一個(gè)可安裝在標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌上的70mm緊湊外殼之中。單元可以并排安裝，也可以垂直安裝，彼此之間無(wú)需任何安裝空間。接口單元的DP主控機(jī)的格式化軟件盤上能夠?yàn)樵O(shè)備提供特殊設(shè)置的設(shè)備主控文件（GSD）來(lái)格式化。在SIMATIC SS中，格式化是通過(guò)COM Profibus完成的。對(duì)SIMATIC S7而言，Profibus。－DP格式化是STEP7所集成的一部分。

　　DP的地址是通過(guò)一只編碼開(kāi)關(guān)而實(shí)現(xiàn)的。其波特率是自動(dòng)設(shè)定的。與相連接的AS從屬設(shè)備的數(shù)目無(wú)關(guān)，一個(gè)16字節(jié)的輸人（PAA）的地址空間總在 PLC當(dāng)中儲(chǔ)存。Profibus和AS－Interface的接口是被連續(xù)地監(jiān)視的，其狀態(tài)是經(jīng)兩只發(fā)光二極管（紅色和綠色）來(lái)顯示的。第三只發(fā)光二極管用來(lái)顯示共可用性。“通電”以后，當(dāng)前的AS一互組態(tài)就定義了。如果連接了AS－I從屬設(shè)備，已定義的數(shù)據(jù)總線的組態(tài)（LES——已識(shí)別的從屬設(shè)備列表）就變?yōu)檫B接處的總線組態(tài)（LA——激活的從屬設(shè)備列表）。如果沒(méi)有從屬設(shè)備可識(shí)別，就沒(méi)有連接外的組態(tài)被列人主控機(jī)的清單中。隨后所識(shí)別的從屬設(shè)備直到RESET按鈕按下后才能被接受或激活。

　　Profibus－DP為主干線人AS一I總線通過(guò)DP/AS—互耦合器接人Profibus－DP系統(tǒng)。AS司總線上可以連接各種執(zhí)行器、傳感器，Profibus—DP通過(guò)S7－300對(duì)總線上的智能化設(shè)備進(jìn)行組態(tài)、參數(shù)化等工作。通過(guò)Beckhoff公司的BK3000/BK3010/BK3100/BK3110與Profibus-DP連接。Beckhoff公司的BK3000系列采用一個(gè)386EX芯片作為內(nèi)核，并且支持同Profibus－DP有連接，BK3000系列的實(shí)質(zhì)是一個(gè)輸人/輸出數(shù)據(jù)的收集站，它可以起到AS河網(wǎng)關(guān)的作用，但由于其采用386EX芯片作為內(nèi)核，其功能和使用均比AS－I網(wǎng)關(guān)要靈活。BK3000是作為ProfibSS系統(tǒng)中DP－FMS的從站設(shè)備的，它包括總線連接插頭、地址編碼接口和64個(gè)I/O等。BK3000和BK3 100支持對(duì)所有總線終端的操作，對(duì)模擬量輸人/輸出也一樣，通過(guò)使用KS200配置，可以對(duì)模擬/復(fù)合總線終端進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)各種特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，總線終端也可以通過(guò)PLC和PC機(jī)對(duì)其進(jìn)行操作控制，Becoff公司提供GSD文件，支持對(duì)總線終端的組態(tài)工作。

　　3、結(jié)論

　?。?）Profibus、AS一I、智能子站（Beckhoff公司的BK3000系列）可以構(gòu)成一個(gè)靈活的配電控制系統(tǒng)，尤其在I/O層面上相當(dāng)靈活，可以滿足配電控制系統(tǒng)的一般要求和大部分應(yīng)用場(chǎng)合。

　　（2）隨著IEC61158的通過(guò)，各種總線之間的互聯(lián)將成為趨勢(shì)，Profibus的下一步將會(huì)是和各總線在優(yōu)各個(gè)層面上互聯(lián)。因此，它的發(fā)展會(huì)以本文介紹的兩種方法進(jìn)行：①和異種總線用同關(guān)連接，AS一I。②向智能子站（Beckhoff公司的BK3000系）方向發(fā)展。