PROFIBUS現(xiàn)場總線在潤滑油包裝線上的應(yīng)用

1 引言

現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行，數(shù)字式，多點通信的數(shù)據(jù)總線。它位于生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底層，亦稱為底層控制網(wǎng)絡(luò)。它與工廠現(xiàn)場設(shè)備直接連接，一方面將現(xiàn)場測量控制設(shè)備互聯(lián)為通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)不同網(wǎng)段，不同現(xiàn)場通信設(shè)備的信息共享;另一方面又將現(xiàn)場運行的各種信號傳到遠(yuǎn)離現(xiàn)場的控制室，并進(jìn)一步與操作終端，上層控制管理網(wǎng)絡(luò)連接和信息共享。即可以將一個現(xiàn)場設(shè)備的運行參數(shù)，狀態(tài)以及故障信息等送往控制室，又可將各種控制，維護(hù)，組態(tài)命令甚至現(xiàn)場設(shè)備的工作電源等送往各相關(guān)的現(xiàn)場設(shè)備。從而溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制設(shè)備之間及其更高控制管理層之間的聯(lián)系。現(xiàn)場總線在制造業(yè)、流程工業(yè)、冶金、電力、交通、樓宇等自動化系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。

2 PROFIBUS總線技術(shù)

PROFIBUS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)對通信功能加以擴充,DP的傳輸速率可達(dá)12Mbps,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)計旨在用與設(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I/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IEC1158-2（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)，用以完成以中等傳送速度進(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的信息交換（如改變設(shè)定參數(shù)等）。強有力的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)定向是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)（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PROFIBUS-DP的基本功能傳送測量值和狀態(tài)，并用擴展的PROFIBUS-DP功能制定現(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)IEC1158-2的標(biāo)準(zhǔn)，這種傳輸技術(shù)可確保其本質(zhì)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（Fieldbus Message Specification, FMS）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ISO9506 MMS（Manufacturing Message Specification，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。

3 PROFIBUS-DP在潤滑油包裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用

某廠于2002年從意大利引進(jìn)一條4立升潤滑油灌裝生產(chǎn)線。它是由灌裝機、稱重機、封箱機、碼垛機組成?？刂葡到y(tǒng)為西門子S7-300 PLC。用PROFIBUS-DP與四個PLC聯(lián)系。在設(shè)備調(diào)試中本系統(tǒng)起到很大作用。每班在正常開機時均可在上位機上完成重量設(shè)定等功能。提高了自動化程度。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)如附圖所示。