Profibus現(xiàn)場總線在低壓電器中的應(yīng)用

Profbus是一種不依賴廠家的開放式現(xiàn)場總線標(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)。針對不同的應(yīng)用場合，它分為三個系列：（1）Profibus－DP用于傳感器和執(zhí)行器級的高速數(shù)據(jù)傳輸，它以德國標(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)計旨在用于設(shè)備級的高速數(shù)據(jù)傳送。中央控制器（PLC／PC）通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設(shè)備（如1／O、驅(qū)動器、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。

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

Profibus－PA的過程自動化解決方案中PA將自動化系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備（壓力溫度和液位變送器等）連接起來，代替了4－20mA模擬信號傳輸技術(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)的過程自動化控制系統(tǒng)。

（3）Profibus－FMS旨在解決車間級通用性通信任務(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)時間，應(yīng)用中通常要求的是隨機(jī)的信息交換（如改變設(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)定問是根據(jù)iso7498國際標(biāo)準(zhǔn)以開放式系統(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的基本功能傳送測量值和狀態(tài)，并用擴(kuò)展的Profibus－DP功能來制定現(xiàn)場設(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)場設(shè)備行為的PA行規(guī)，根據(jù)IECI158－2標(biāo)準(zhǔn)，這種傳輸技術(shù)可確保其本征安全性并使現(xiàn)場設(shè)備通過總線供電。

Profibus－FMS對第一、第二和第七層均加以定義，其中應(yīng)用層包括了現(xiàn)場總線信息規(guī)格（FieldbusMessageSpecification，F(xiàn)MS）和低層接口（Lowerinterface，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)備訪問第二層（現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層）的能力，第二層主要完成總線訪問控制和保持?jǐn)?shù)據(jù)的可靠性。

PMS服務(wù)是ISO9506MMS（ManufacturingMessageSpecification，加工制造信息規(guī)范）服務(wù)項目的子集，這些服務(wù)項目在現(xiàn)場總線應(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)一的總線訪問協(xié)議，因而這兩套系統(tǒng)可在同一電纜上同時操作。

2、在低壓電器行業(yè)中的應(yīng)用

（1）智能化斷路器3WN6通過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。通過這種方法，控制信號和3WN6外圍的有用數(shù)據(jù)可以通過一根簡單的兩芯電纜或光纖電纜與具有Profibus－DP控制能力的自動化級進(jìn)行傳輸，對控制系統(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斷路器點對點連接的。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，接口對該設(shè)備自動接受。電源連接以后與斷路器的通訊自動地建立起來。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)過兩只發(fā)光二極管（紅色和綠色）來顯示的。Profibus－DP的共享者“DP／3WN6接口”是通過諸如SIMATICSS的COMProfibus參數(shù)化軟件，SIMATICS7編程軟件或其他主控機(jī)供應(yīng)商提供的軟件來策劃完成的。斷路器既可以通過鍵盤在過流脫扣器上進(jìn)行組態(tài)池可以手持單元通過應(yīng)用程序來設(shè)置參數(shù)。

總線上有用的數(shù)據(jù)：①模擬量測量值，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)，如開或關(guān)、處于試驗位置、合問就緒。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，合問或分閘、其他的接口。

（2）AS司總線通過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Profibus－DP與自動化系統(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)場型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它通過兩根電纜進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)信號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)用場合，最多允許31個站點或從屬設(shè)備與ASJ相連接，而一個ASJ應(yīng)用模塊可與至多四個標(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個傳感器和124個執(zhí)行器的最大配置。

接口單元組裝于一個可安裝在標(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為設(shè)備提供特殊設(shè)置的設(shè)備主控文件（GSD）來格式化。在SIMATICSS中，格式化是通過COMProfibus完成的。對SIMATICS7而言，Profibus。－DP格式化是STEP7所集成的一部分。

DP的地址是通過一只編碼開關(guān)而實現(xiàn)的。其波特率是自動設(shè)定的。與相連接的AS從屬設(shè)備的數(shù)目無關(guān)，一個16字節(jié)的輸人（PAA）的地址空間總在PLC當(dāng)中儲存。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）來顯示的。第三只發(fā)光二極管用來顯示共可用性?！巴姟币院?，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）。如果沒有從屬設(shè)備可識別，就沒有連接外的組態(tài)被列人主控機(jī)的清單中。隨后所識別的從屬設(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S7－300對總線上的智能化設(shè)備進(jìn)行組態(tài)、參數(shù)化等工作。通過Beckhoff公司的BK3000／BK3010／BK3100／BK3110與Profibus-DP連接。Beckhoff公司的BK3000系列采用一個386EX芯片作為內(nèi)核，并且支持同Profibus－DP有連接，BK3000系列的實質(zhì)是一個輸人／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I／O等。BK3000和BK3100支持對所有總線終端的操作，對模擬量輸人／輸出也一樣，通過使用KS200配置，可以對模擬／復(fù)合總線終端進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)各種特殊的應(yīng)用場合，總線終端也可以通過PLC和PC機(jī)對其進(jìn)行操作控制，Becoff公司提供GSD文件，支持對總線終端的組態(tài)工作。

3、結(jié)論

（1）Profibus、AS一I、智能子站（Beckhoff公司的BK3000系列）可以構(gòu)成一個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)用場合。

（2）隨著IEC61158的通過，各種總線之間的互聯(lián)將成為趨勢，Profibus的下一步將會是和各總線在優(yōu)各個層面上互聯(lián)。因此，它的發(fā)展會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。