PROFIBUS现场总线 与 PROFINET 工业以太网

2018-04-01

PROFIBUS标准

PROFIBUS (Process Field Bus) 是一种现场总线标准，广泛适用于制造业自动化．流程工业自动化和楼宇．交通电力等其他领域自动化。通俗地讲，可以理解成RS-485标准的改良版。它是 IEC 61158 的一部分。

PROFIBUS由三个兼容部分组成，

• PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．
  一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代办24VDC或4－20mA信号传输。
• PROFIBUS－PA（Process Automation ）．
  专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。
• PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。
  一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层。

1. PROFIBUS－DP：定义了第一．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS－DP设备的设备行为。
2. PROFIBUS－FMS：定义了第一．二．七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低层接口(Lower Layer Interface － LLⅠ)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLⅠ协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。
3. PROFIBUS－PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS－DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158－2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。

第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三－六层末使用，第七层为应用层。

Profibus 是一种多主站系统，可以实现多个控制、配置或可视化系统在一条总线上相互操作。拥有访问权 ( 令牌 ) 的主站无需外部请求就可以发送数据。而从站是一种被动设备，不享有总线访问权。从站只能对接收到的消息进行确认，或者在主站请求时进行发送。波特率支持 9.6k 至 12M 。总线上最多可连接 126 个设备。 Profibus 也支持广播和多点通讯。

在协议层，Profubus DP( 分布式外围设备 ) 以及它的不同版本 DPV0 至 DPV2 ，为不同设备之间进行最佳的通讯提供了广泛的选择。从历史上讲， FMS 是第一个 Profibus 通讯协议， DP 是被设计用于现场级快速数据交换。分布式设备之间的数据交换以循环为主。这就是 DP 的基本功能 ( 版本 DPV0) 。随着不同领域应用的特殊需要，基本的 DP 功能已得到逐步的扩展。目前已有三个版本： DPV0 ， DPV1 和 DPV2 ，每一个版本都有其特有的功能。

• 版本 DP-V0 提供基本的 DP 功能，包括周期数据交换、站、模块和诊断功能；以及四种中断类型，分别用于诊断和过程中断，以及站点的插和拔。

• Version DP-V1 包括面向过程自动化的增强功能，特别是非周期数据通讯用于智能设备的参数分配、操作、可视化和中断控制，允许使用工程工具进行在线访问。另外， DPV1 还有附加的三种中断类型：状态中断、更新中断和制造商特定中断。

• Version DP-V2 包括更高级的功能主要面向驱动器技术的需求。由于附加的功能，例如等时同步从站模式和从站横向通讯 (DXB) 等等。 DP-V2 可以实现驱动器总线用于驱动轴的快速运动控制。 |

寻址方式

• DIP 拨码开关

PROFINET 工业以太网

PROFINET (Process Field Net) 是一种在工业以太网上的数据通信技术标准。
它应用在工业系统中的数据采集、或设备控制，特别是针对实时应用（<1ms）做了明确的定义。

它包括以下三种协议：

• TCP/IP ，对于非实时数据应用和工厂调试模式，实时反馈在 100ms 左右。
• RT (Real-Time) ，针对 PROFINET IO 应用，周期在 10 ms 左右。
• IRT (Isochronous Real-Time， 同步等时) 针对 PROFINET IO 应用在一些驱动系统中，周期 < 1 ms。

寻址方式

• IP
• MAC

A PROFINET IO system consists of the following devices:

• The IO Controller, which controls the automation task.
• The IO Device, which is a field device, monitored and controlled by an IO Controller. An IO Device may consist of several modules and sub-modules.
• The IO Supervisor is software typically based on a PC for setting parameters and diagnosing individual IO Devices.^[4]