通用且易于使用
高效且多产
前瞻性
创新
PROFIBUS是世界上最成功的现场总线。截至2014年底,已经在工业领域超过900万节点中安装了近5090万个PROFIBUS设备。PROFIBUS是基于统一的、标准的、独立于应用的通信协议,它是支持工厂自动化、过程自动化、运动控制及安全相关领域的现场总线解决方案。
一致性及应用方向
PROFIBUS是PROFIBUS & PROFINET国际(PI)提出基于现场总线的自动化标准。通过一根总线电缆,PROFIBUS可将控制器或控制系统与现场级的分布式现场设备(传感器和执行器)连接,并且允许与更高级别的通信系统进行一致性数据交换。PROFIBUS的一致性是基于统一的、标准的、独立于应用的通信协议(所谓的PROFIBUS DP),它是支持工厂自动化、过程自动化、运动控制及安全相关领域的现场总线解决方案。
PROFIBUS选用基于通信协议为核心的模块化结构,如图1所示。它将传输技术、应用行规以及工程组态等特定应用模块结合起来,为特定市场(工业领域)提供PROFIBUS完整解决方案,如图2所示。为确保自动化解决方案中众多设备间的正确连接,基本功能和服务必须匹配通信、功能及工业标准。而通过“应用行规”——满足设备家族或特定工业领域需求,可以实现统一,比如过程自动化(PA设备),运动控制(PROFIdrive)或HART设备的集成(HART集成到PROFIBUS中)。
PROFIBUS的混合因素
PROFIBUS在工厂及过程自动化中使用统一的一致性通信协议,所以常常能够看到其可混合使用在制药、食品、酿酒工业、水、污水处理等应用中,因此持续性过程工业工艺(比如混合或干燥)可与离散应用(比如辨识、输送或包装等)结合使用。通用的PROFIBUS DP通信协议结合特定应用行规可提供众多优势:过程和工厂自动化网络能够连接在一根电缆上。而其他专注于过程或者离散应用的总线,总是额外使用一条现场总线,这也意味着需要花费额外的布线、安装、培训、维护和后续服务成本。PROFIBUS可以仅通过一根电缆解决这两个领域的问题。
未实现的一致性
在图4中,PROFIBUS DP位于控制器和现场设备的中间位置,传输通信数据,尤其适用于工厂自动化(FA)。往下PROFIBUS PA设备通过耦合器或连接装置与典型过程自动化应用(PA)连接(比如危险环境)。往上控制器可与PROFINET连接作为系统总线,并为“MES和ERP级”提供接口。PA部分也可以直接通过“代理技术”与PROFINET直接连接。
PROFIBUS现场总线的价值
从多方面考虑PROFIBUS的性价比相当高,可在整个工厂的生命周期中降低成本,提升效率。
支持高级资产管理策略,可以更好的管理和维护工厂及设备
传输接口的实现
对于无需总线供电的现场设备,使用基于标准铜缆的RS485接口即可。这为现场设备的使用提供了高度灵活性,无需耦合器或连接器即可接入PROFIBUS DP。数据波特率支持范围9.6KBit/s~12MBit/s。众多制造商均支持RS485模块,包括本质安全版本RS485-IS。
在很多应用场合中,现场设备需要总线供电。PROFIBUS技术支持典型10-15mA总线电流MBP(曼彻斯特编码总线供电)传输技术。这种技术必须提供整套设备,包括总线连接器和电子测量。实现该需求要求专用的调制解调器芯片。调制解调器从供电的MBP总线中抽取所需电压,为其他的设备电气组件提供相应电压,并将连接在总线中的协议芯片的数字信号,转换为模块化供电的总线MBP连接信号。
实现通信协议
实现PROFIBUS协议,大量基础技术组件、研发工具(PROFIBUS ASICs, PROFIBUS 开发包, 总线监控装置, 测试工具和试运行工具)及服务是可选的。此外,PI资格中心和许多供应商提供PROFIBUS协议相关技术支持。从PI产品目录中能找到相应的概述。实现PROFIBUS接口,设备运转状态必须由PROFIBUS协议和实现的应用程序决定。因此,这将使得一个PROFIBUS设备的完整测试认证和测试过程得以结合,过程更加简化。
对于使用量少或中等数量的情况,选用大量市场可用的PROFIBUS接口模块是非常合适的。
这些(PROFIBUS接口模块)能够作为附属模块增加在设备主PCB板上,可实现全面的总线协议,并且针对每个应用可提供易于使用的用户接口。
对于使用量大的设备,可使用集成或非集成附加微型控制器的协议芯片是最佳的解决途径,提供如下可选方案:
应用行规的实现
现场设备的数据描述可由使用者处理。用户行规代表着现场设备中的PROFIBUS协议和实际应用间的连接。行规描述中所定义的数据格式、数据访问方式、参数化及周期和非周期通信诊断等均在软件中实现,通常由设备供应商或技术供应商处理。
PROFIBUS已经成为国际IEC 61158标准——这为互操作及兼容性奠定了基础。此外,PROFIBUS PA行规确保了过程设备在总线中的协同运行。最新的PROFIBUS PA V3.02版本提供众多功能,使得现场设备更易于操作,比如设备替换。当一个现场设备需要采用新设备自动地替换先前设备时,无需中断运行系统即可轻易地实现设备替换。不同代设备之间可实现自适应。这意味着标准化提供了更高的灵活性,从而不受限于供应商。实际上与此同时,大量可用设备能够以任何方式实现连接,从而可不再专注于某一个供应商。甚至之后的设备替换也是非常容易的,新的PROFIBUS总是向后兼容的。