一、工廠自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
工廠自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要包括現(xiàn)場設(shè)備層、車間監(jiān)控層和工廠管理層3個層次的內(nèi)容。
圖1工廠自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
1、現(xiàn)場設(shè)備層
主要功能是連接現(xiàn)場設(shè)備，例如分布式i/o、傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和開關(guān)設(shè)備等，完成現(xiàn)場設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。在這里可以采用as-i和profibus通訊總線來進(jìn)行控制。
2、車間監(jiān)控層
車間監(jiān)控層又稱為單元層，用來完成車間主生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)控、設(shè)備故障報警及維護(hù)等。還有生產(chǎn)統(tǒng)計、生產(chǎn)調(diào)度等功能。傳輸速度不是最重要的，但是應(yīng)能傳送大容量的信息。在這里主要采用profinet通訊總線來進(jìn)行控制。
3、工廠管理層
車間操作員工作站通過以太網(wǎng)集線器與車間辦公管理網(wǎng)連接，將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車間管理層。車間管理網(wǎng)作為工廠主網(wǎng)的一個子網(wǎng)，連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)，將車間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。
二、profibus通訊概述
1、概述
profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動化。profibus 已被納入現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)iec 61158 和歐洲標(biāo)準(zhǔn)en 50170，并于2001 年被定為我國的國家標(biāo)準(zhǔn)jb/t10308.3-2001。
profibus由三個兼容部分組成，即profibus-dp（ decentralized periphery）、profibus-pa（process automation ）和profibus-fms (fieldbus message specification )。其中profibus-dp是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式i／o的通信，使用profibus－dp可取代辦24vdc或4－20ma信號傳輸。而profibus-pa是專為過程自動化設(shè)計，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。profibus-fms則用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時多主網(wǎng)絡(luò)。
profibus是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。
與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，profibus的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)en50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗證具有普遍性。目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造．過程控制和自動化等。profibus開放性和不依賴于廠商的通信的設(shè)想，已在10多萬成功應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。市場調(diào)查確認(rèn)，在德國和歐洲市場中profibus占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場超過40％。profibus有國際著名自動化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。
2、可以連接到profibus dp的設(shè)備
如圖2所示，大多數(shù)設(shè)備可以作為 dp 主站或 dp 從站連接至 profibus dp，唯一的限制是它們的行為必須符合標(biāo)準(zhǔn) iec 61784-1：2002 ed1 cp 3/1。對于其它設(shè)備，可以使用以下產(chǎn)品系列的設(shè)備：
• simatic s7/m7/c7
• simatic s5
• simatic pd/pc
• simatic hmi (操作面板(op)、操作員站(os)以及文本顯示(td)操作員控制和監(jiān)視設(shè)備)
• 其它廠商的設(shè)備
圖2 可以連接到profibus dp的設(shè)備
3、profibus 協(xié)議結(jié)構(gòu)
圖3所示為profibus的協(xié)議結(jié)構(gòu)，profibus 采用主站（master）之間的令牌（token）傳遞方式和主站與從站（slave）之間的主-從方式。當(dāng)某主站得到令牌報文后可以與所有主站和從站通信。
圖3 profibus 協(xié)議結(jié)構(gòu)
在總線初始化和起動階段建立令牌環(huán)。在總線運(yùn)行期間，從令牌環(huán)中去掉有故障的主動節(jié)點(diǎn)，將新上電的主動節(jié)點(diǎn)加入到令牌環(huán)中。監(jiān)視傳輸介質(zhì)和收發(fā)器是否有故障，檢查站點(diǎn)地址是否出錯，以及令牌是否丟失或有多個令牌。
dp 主站與dp 從站間的通信基于主-從原理，dp 主站按輪詢表依次訪問dp 從站。報文循環(huán)由dp 主站發(fā)出的請求幀（輪詢報文）和由dp 從站返回的響應(yīng)幀組成。
三、profibus硬件
1、profibus 的物理層
可以使用多種通信介質(zhì)(電、光、紅外、導(dǎo)軌以及混合方式)。傳輸速率9.6k～12m bit/s，假設(shè)dp 有32 個站點(diǎn)，所有站點(diǎn)傳送512 bit/s輸入和512bit/s 輸出，在12ｍbit/s 時只需１ms。每個dp 從站的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)最大為244 字節(jié)。使用屏蔽雙絞線電纜時最長通信距離為9.6km，使用光纜時最長90km，最多可以接127 個從站?？梢允褂渺`活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持線型、樹型、環(huán)型結(jié)構(gòu)以及冗余的通信模型。
dp 和fms 使用相同的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線存取協(xié)議，可以在同一根電纜上同時運(yùn)行。dp/fms 符合eia rs-485 標(biāo)準(zhǔn)（也稱為h2），采用屏蔽或非屏蔽雙絞線電纜，9.6 kbit/s 到12m bit/s。一個總線段最多32 個站，帶中繼器最多127 個站。
2、d 型連接器
profibus 標(biāo)準(zhǔn)推薦總線站與總線的相互連接使用9 針d 型連接器（如圖4所示）。a，b 線上的波形相反。信號為1 時b 線為高電平，a 線為低電平。
圖4 針d 型連接器
使用該連接器時，注意a1和b1為入線電纜接口端、a2、b2為出線電纜接入端；在接線時將電纜內(nèi)的綠色芯纜接入a、紅色芯纜接b，并將profibus電纜的紫色外皮剝?nèi)ミm宜長度，并保留部分屏蔽層。