工程应用指引现场总线PROFIBUS在工厂自动化系统中的位置一个

1、工程应用指南现场总线PROFIBUS在工厂自动化系统中的地点一个典型的工厂自动化系统应当是三级网络构造。基层，即现场级与车间级。现场总线PROFIBUS鉴于现场总线PROFIBUS-DP/PA控制系统位于工厂自动化系统中的是面向现场级与车间级的数字化通讯网络。以以下列图3-1所示：图3-1：PROFIBUS是面向现场级与车间级的数字化通讯网络(1)现场设施层：主要功能是连结现场设施，如分别式I/O、传感器、驱动器、履行机构、开关设施等，达成现场设施控制及设施间连锁控制；如一台加工设施控制、一条装置输送线或一条生产线上现场设施之间的连锁控制。主站（PLC、PC机或其余控制器）负责总线通讯管理及所

2、有从站的通讯。总线上所有设施生产工艺控制程序储蓄在主站中，并由主站履行。车间监控层：车间级监控用来达成车间主生产设施之间的连结，如一个车间三条生产线主控制器之间的连结,达成车间级设施监控。车间级监控包含生产设施状态在线监控、设施故障报警及保护等。平常还拥有诸如生产统计、生产调动等车间级生产管理功能。车间级监控平常要建立车间监控室，有操作职工作站及打印设施。车间级监控网络可采纳PROFIBUS-FMS，它是一个多主网，这一级数据传输速度不是最重要的，而是要可以传达大容量信息。工厂管理层：车间操作职工作站可经过集线器与车间办公管理网连结，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子

3、网。子网同过互换机、网桥或路由等连结到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。以以下列图3-2所示。3-2车间管理层采纳平常所说的以太网，即IEC802.3、TCP/IP的通讯协议标准。厂区骨干网可依据工厂实质状况，采纳如FDDI或ATM等网络。现场总线PROFIBUS控制系统构成一类主站一类主站指PLC、PC或可做一类主站的控制器。一类主站达成总线通讯控制与管理。2.2.二类主站二类主站指操作职工作站（如PC机加图形监控软件）、编程器、操作员接口等。达成各站点的数据读写、系统配置、故障诊疗等。2.3从站PLC（智能型I/O）：PLC可做PROFIBUS上的一个从站。PLC自己有程序储蓄，PL

4、C的CPU部分履行程序并按程序指令驱动I/O。做为PROFIBUS主站的一个从站，在PLC储蓄器中有一段特定地区作为与主站通信的共享数据区。主站可经过通讯间接控制从站PLC的I/O。(2)分别式I/O（非智能型I/O）：平常由电源部分、通讯适配器部分、接线端子部分构成。分别式I/O不拥有程序储蓄和程序履行，通讯适配器部分接收主站指令，按主站指令驱动I/O，并将I/O输入及故障诊疗等信息返回给主站。平常分别型I/O是由主站一致编址，这样在主站编程时使用分别式I/O与使用主站的I/O没有什么差别。(3)驱动器、传感器、履行机构等现场设施：即带PROFIBUS接口的现场设施，可由主站在线达成系统配置

5、、参数改正、数据互换等功能。至于那些参数可进行通讯及参数格式由PROFIBUS行规决定。现场总线PROFIBUS控制系统配置的几种形式3.1(1)依据现场设施能否具备PROFIBUS接口可分为三种形式总线接口型:现场设施不具备PROFIBUS接口，采纳分别式I/O作为总线接口与现场设施连结。这类形式在应用现场总线技术早期简单推行。假如现场设施能分组，组内设施相对集中，这类模式会更好地发挥现场总线技术的长处。见图3-3：3-3：采纳分别式I/O作为总线接口与现场设施连结单调总线型:现场设施都具备PROFIBUS接口。这类一种理想状况。可使用现场总线技术，实现完满的散布式构造，可充分获取这一先进技

6、术所带来的利益。新建项目可能拥有这类条件，就当前来看，这类方案设施成本会较高。见图3-4：3-4：现场设施都具备PROFIBUS接口(3)混淆型：现场设施部分具备PROFIBUS接口。这将是一种相当广泛的状况。这时应采纳式I/O混淆使用的方法。不论是旧设施改造仍是新建项目，希望所有使器具备PROFIBUS分别式I/O可作为通用的现场总线接口，是一种灵巧的集成方案。见图3-4。PROFIBUS现场设施加分别接口现场设施的场合可能不多，图3-4：混淆型3.2依据实质应用需要的几种系统构造种类依据实质需要及经费状况，平常有以下几种构造种类：(1)构造种类1:以PLC或控制器做一类主站，不设监控站，但

7、调试阶段配置一台编程设施。这类构造种类，器达成总线通讯管理、从站数据读写、从站远程参数化工作。如图3-5所示。PLC或控制图3-5：构造种类1(2)构造种类2:以PLC或控制器做一类主站，监控站经过串口与PLC一对一的连结。这类构造种类，监控站不在PROFIBUS网上，不是二类主站，不可以直接读取从站数据和达成远程参数化工作。监控站所需的从站数据只好从PLC或控制器中读取。如图3-6所示。3-6:构造种类2构造种类3:以PLC或其余控制器做一类主站，监控站（二类主站）连结PROFIBUS总线上。这类构造种类，监控站在PROFIBUS网上作为二类主站，可达成远程编程、参数化及在线监控功能。如图3

8、-7所示。3-7：构造种类3构造种类4:使用PC机加PROFIBUS网卡做一类主站，监控站与一类主站一体化。这是一个低成本方案，但PC机应采纳拥有高靠谱性、能长时间连续运转的工业级PC机。关于这类构造种类，PC机故障将致使整个系统将瘫痪。其余，通讯模板厂商平常只供给一个模板的驱动程序，总线控制、从站控制程序、监控程序可能要由用户开发，所以应用开发工作量可能会比较大。如图3-8所示。3-8：构造种类4构造种类5:牢固式PC机（COMOPACTCOMPUTER）+PROFIBUS网卡+SOFTPLC的构造形式。假如上述方案中PC机换成一台牢固式PC机（COMOPACTCOMPUTER），系统靠谱性

9、将大大加强，足以使用户钦佩。但这是一台监控站与一类主站一体化控制器工作站，要求它的软件达成以下功能：支持编程，包含主站应用程序的开发、编写、调试。履行应用程序。经过PROFIBUS接口对从站的数据读写。从站远程参数化设置。主/从站故障报警及记录。主持设施图形监控画面设计、数据库建立等监控程序的开发、调试。设施装态在线图形监控、数据储蓄及统计、报表等功能。近来出现一种称为SOFTPLC的软件产品，是将通用型PC机改造成一台由软件（软逻辑）实现的PLC。这类软件将PLC的编程（IEC1131）及应用程序运转功能，和操作员监控站的图形监控开发、在线监控功能集成到一台牢固式PC机上，形成一个PLC与监

10、控站一体的控制器工作站。笔者以为这类产品联合现场总线技术将有很好的发展远景。如图3-9所示。图3-9：构造种类5构造种类6:使用两级网络构造，这类方案充分考虑了将来扩展需要，比方要增添几条生产线即扩展出几条DP网络，车间监控要增添几个监控站等，都可以方便进行扩展。如图3-10所示，采纳了两级网络构造形式，充分考虑了暗影部分的扩展余地。3-10：构造种类6应用PROFIBUS技术构成自动化控制系统时应试虑的几个问题当我们面对一个实质应用问题，希望应用现场总线技术构成一个系统时，可依据以下步骤，逐个思虑以下几个问题并给出答案或作出选择，最后即可获取一个应用现场总线技术的实诘问题的解决方案。4.1项

11、目能否适于使用现场总线技术世上没有包治百病的灵丹灵药，任何一种先进技术，高出其合用范围也不会获取好的见效。所以可重视考虑以下几个问题：现场被控设施能否分别？这是决定使用现场总线技术的重点。现场总线技术合适于分其余、拥有通讯接口的现场受控设施的系统。现场总线的技术优势是节俭了大批现场布线成本，使系统故障易于诊疗与保护。关于拥有集中I/O的单机控制系统，现场总线技术没有显然优势。自然，有些单机控制，在设施上很难留出空间部署大批的I/O走线，也可考虑使用总线技术。(2)系统对基层设施有信息集成要求？CIMS系统。现场总线技术合适对数据集成有较高要求的系统。如需要建立车间监控系统、如建立全厂的在基层使

12、用现场总线技术可将大批丰富的设施及生产数据集成到管理层，为实现全厂的信息系统供给重要的基层数据。系统对基层设施有较高的远程诊疗、故障报警及参数化要求？现场总线技术合适要求有远程操作及监控的系统。4.2系统及时性要求？所谓系统的及时性是指现场设施之间，在最坏状况下达成一次数据互换，系统所能保证的最小时间。简单地说就是现场设施的通讯数据更新速度。以下实质应用可能对系统的及时性提出要求：迅速互锁连锁控制、故障保护：现场设施之间需要迅速互锁连锁控制，达成设施故障保护功能。或系统及时性影响到产品加工精度。系统及时性不高，可能会致使设施破坏，或产品加工质量。闭环控制:现场设施之间构成闭环控制系统，系统的及

13、时性影响到产质量量，如产品薄厚不均、大小不一、成份不相同样。影响系统及时性要素以下：现场总线数据传输速率高拥有更好的及时性。数据传输量小系统拥有更好的及时性从站数量少系统拥有更好的及时性主站数据办理速度快使系统拥有更好的及时性。(5)单机控制I/O方式，比现场总线方式要有更好的及时性。如图3-11所示：1与2之间的配合比3与4之间的配合拥有更好的及时性。(6)在一条总线上的设施比经过网桥或路由的设施拥有更好的及时性。如图3-11所示：3与4在同一段PROFIBUS-DP上，而3与5位于两段不相同的PROFIBUS-DP上，所以，3与4之间的配合比3与5之间的配合拥有更好的及时性。同理，3或4与

14、5之间的及时性是最差的。有时主站应用程序的大小、计算复杂程度也影响系统响应时间，这与主站设计原理相关。3-11假如实质应用问题对系统响应有必定的及时要求。可依据详细状况分析能否采纳总线技术。数据仅供参照。当总线拥有32个从站，数据传输速率为12M时，总线循环时间为1毫秒。见图对PROFIBUS-DP3-12。，以下3-124.3有无应用先例？有无应用先例也是决定能否采纳PROFIBUS技术的一个重点。由于，关于一个实质应用项目，技术问题复杂，很难用精准的数学分析、仿真方法给出技术可行性论证。对重要项目的决议，应用先例或应用业绩是简单而又颇具说服力的证明。一般来说，如在相同行业有近似应用，可以说

15、明一些重点技术上已经有所保证。就笔者所知，PROFIBUS技术已在制造业、流程行业、楼宇、电力、交通等很多行业已有应用业绩。4.4采纳什么样的系统构造配置用户决定采纳现场总线PROFIBUS技术后，下一个问题就是采纳什么样的系统构造配置。(1)系统构造形式：分层？现场层？车间层？能否需要车间层监控？构造（从站）？有多少从站？散布怎样？从站设施怎样连结？现场设施能否具备PROFIBUS接口？能否采纳分别式I/O连结从站？哪些设施需采纳智能型I/O控制。依据现场设施地理散布进行分组并确立从站个数及从站功能的区分。构造（主站）？有多少从站？散布怎样？怎样连结？系统构造种类？见依据实质应用需要的几种系

16、统构造种类。选型DP？PA？FMS？依据系统是失散量控制仍是流程控制，现场级采纳PROFIBUS-DP或PA？能否需要本征安全？现场总线数据传输速率?依据系统对及时性要求，决定现场总线数据传输速率。车间级监控及监控站？能否需要车间级监控？采纳FMS、监控站及连结形式。主站形式？依据系统靠谱性要求及工程经费，决定主站形式及产品。4.5怎样与车间自动化系统或全厂自动化系统的连结。能否需要车间及监控？假如需要作车间级监控或需要为车间级监控留出接口，主站应配置FMS接口。控站应接到FMS网上，所以监控站也要考虑配置FMS网卡。设施层数据怎样进入车间管理层数据库？设施层数据如PROFIBUS-DP数据进入车间管理层数据库，第一要进入监控层FMS的监控站，监控站的监控软件包拥有一个在线监控数据库，这个数据库的数据分两