第7章 PLC通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

S7-1500PLC技術(shù)及應(yīng)用高等職業(yè)系列教材第七章

教學(xué)導(dǎo)航通信基礎(chǔ)知識現(xiàn)場總線概述PROFIBUS通信及其應(yīng)用PROFINET網(wǎng)絡(luò)通信及其應(yīng)用7.17.27.37.4PLC通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

PLC的通信包括PLC之間的通信、PLC與上位計算機(jī)之間的通信以及和其他智能設(shè)之間的通信。PLC之間通信的實質(zhì)就是計算機(jī)的通信，使得眾多的獨立的控制任務(wù)構(gòu)成一控制工程整體，形成模塊控制體系。PLC與計算機(jī)連接組成網(wǎng)絡(luò)，將PLC用于控制工業(yè)現(xiàn)場計算機(jī)用于編程、顯示和管理等任務(wù)，構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)（DCS）。串行通信和并行通信是兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。

并行通信就是將一個8位數(shù)據(jù)（或16位、32位）的每一個二進(jìn)制位采用單獨的導(dǎo)線進(jìn)行傳輸，并將傳送方和接收方進(jìn)行并行連接，一個數(shù)據(jù)的各二進(jìn)制位可以在同一時間內(nèi)一次傳送。例如，老式打印機(jī)的打印口和計算機(jī)的通信就是并行通信。并行通信的特點是一個周期里可以一次傳輸多位數(shù)據(jù)，其連線的電纜多，因此長距離傳送時成本高。

串行通信就是通過一對導(dǎo)線將發(fā)送方與接收方進(jìn)行連接，傳輸數(shù)據(jù)的每個二進(jìn)制位，按照規(guī)定順序在同一導(dǎo)線上依次發(fā)送與接收。例如，常用的優(yōu)盤的USB接口就是串行通信。串行通信的特點是通信控制復(fù)雜，通信電纜少，因此與并行通信相比，成本低。串行通信是一種趨勢，隨著串行通信速率的提高，以往使用并行通信的場合，現(xiàn)在完全或部分被串行通信取代，如打印機(jī)的通信，現(xiàn)在基本被串行通信取代，再如個人計算機(jī)硬盤的數(shù)據(jù)通信，現(xiàn)在已經(jīng)被串行通信取代。1.并行通信與串行通信2.異步通信與同步通信異步通信與同步通信也稱為異步傳送與同步傳送，這是串行通信的兩種基本信息傳送方式。從用戶的角度上說，兩者最主要的區(qū)別在于通信方式的“幀”不同。異步通信方式又稱起止方式。它在發(fā)送字符時，要先發(fā)送起始位，然后是字符本身，最后是停止位，字符之后還可以加入奇偶校驗位。異步通信方式具有硬件簡單、成本低的特點，主要用于傳輸速率低于19.2kbit/s以下的數(shù)據(jù)通信。同步通信方式在傳遞數(shù)據(jù)的同時，也傳輸時鐘同步信號，并始終按照給定的時刻采集數(shù)據(jù)。其傳輸數(shù)據(jù)的效率高，硬件復(fù)雜，成本高，一般用于傳輸速率高于20kbit/s以上的數(shù)據(jù)通信。3.單工、雙工與半雙工（1）單工（Simplex）指數(shù)據(jù)只能實現(xiàn)單向傳送的通信方式，一般用于數(shù)據(jù)的輸出，不可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。（2）全雙工（FullSimplex）也稱雙工，指數(shù)據(jù)可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送，同一時刻既送數(shù)據(jù)，又能接收數(shù)據(jù)。通常需要兩對雙絞線連接，通信線路成本高。例如，RS-422就是“全雙工”通信方式。（3）半雙工（HalfSimplex）指數(shù)據(jù)可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送，同一時刻，只能發(fā)送數(shù)據(jù)或者者接收數(shù)據(jù)。通常需要一對雙絞線連接，與“全雙工”相比通信線路成本低。例如，RS-485只用一對雙絞線時就是“半雙工”通信方式。單工、雙工與半雙工是通信中描述數(shù)據(jù)傳送方向的專用術(shù)語。

（1）站（Station）：在PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，將可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、連接外部輸入/輸出的物理設(shè)備稱為“站”。例如，由PLC組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每臺PLC可以是一個“站”。

（2）主站（MasterStation）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接的系統(tǒng)控制站，主站上設(shè)置了控制整個網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，每個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只有一個主站，主站號的固定為“0”，站號實際就是PLC在網(wǎng)絡(luò)中的地址。

（3）從站（SlaveStation）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，除主站外，其他的站稱為“從站”。

（4）遠(yuǎn)程設(shè)備站（RemoteDeviceStation）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，能同時處理二進(jìn)制位、字的從站。

（5）本地站（LocalStation）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，帶有CPU模塊并可以與主站以及其他本地站進(jìn)行循環(huán)傳輸?shù)恼尽?/p>

（6）站數(shù)（NumberofStation）：PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，所有物理設(shè)備（站）所占用的“內(nèi)存站數(shù)”的綜合。

（7）網(wǎng)關(guān)（Gateway）：又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)在傳輸層上以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，僅用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)和路由器類似，不同的是互聯(lián)層。網(wǎng)關(guān)既可以用于廣域網(wǎng)互聯(lián)，也可以用于局域網(wǎng)互聯(lián)。網(wǎng)關(guān)是一種充當(dāng)轉(zhuǎn)換重任的計算機(jī)系統(tǒng)或設(shè)備。在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關(guān)是一個翻譯器。

（8）中繼器（Repeater）：用于網(wǎng)絡(luò)信號放大、調(diào)整的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，能有效延長網(wǎng)絡(luò)的連接長度。例如，以太網(wǎng)的正常傳送距離是500m，經(jīng)過中繼器放大后，可傳輸2500m。由于存在損耗，在線路上傳輸?shù)男盘柟β蕰饾u衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導(dǎo)致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設(shè)計的。它完成物理線路的連接，對衰減的信號進(jìn)行放大，保持與原數(shù)據(jù)相同。一般情況下，中繼器的兩端連接的是相同的媒體，但有的中繼器也可以完成不同媒體的轉(zhuǎn)接工作。

（9）網(wǎng)橋（Bridge）：網(wǎng)橋?qū)蓚€相似的網(wǎng)絡(luò)連接起來，并對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流通進(jìn)行管理。網(wǎng)橋的功能在延長網(wǎng)絡(luò)跨度上類似于中繼器，然而它能提供智能化連接服務(wù)，即根據(jù)幀的終點地址處于哪一網(wǎng)段來進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和濾除。

（10）路由器（Router，轉(zhuǎn)發(fā)者）：所謂路由就是指通過相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點移動到目標(biāo)地點的活動。一般來說，在路由過程中，信息至少會經(jīng)過一個或多個中間節(jié)點。路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點設(shè)備。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選（Routing），這也是路由器名稱的由來。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于TCP/IP的國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)Internet的主體脈絡(luò)，也可以說，路由器構(gòu)成了Internet的骨架。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的質(zhì)量因此，在園區(qū)網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)乃至整個Internet研究領(lǐng)域中，路由器技術(shù)始終處于核心地位，其發(fā)展歷程和方向，成為整個Internet研究的一個縮影。

（11）交換機(jī)（Switch）：交換機(jī)是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址。交換機(jī)通過直通式、存儲轉(zhuǎn)發(fā)和碎片隔離三種方式進(jìn)行交換交換機(jī)的傳輸模式有全雙工、半雙工和全雙工/半雙工自適應(yīng)。

RS-232C是1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ElectronicIndustrialAssociation，EIA）公布的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)?！癛S”是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”一詞的縮寫，“232”是標(biāo)志號，“C”表示此標(biāo)準(zhǔn)修改的次數(shù)。RS-232C既是一種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，又是一種電氣標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了終端和通信設(shè)備之間信息交換的方式和功能。PLC與計算機(jī)間的通信就是通過RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口來實現(xiàn)的，它采用按位串行通信的方式，傳遞速率即波特率規(guī)定為19200Bd、9600Bd、4800Bd2400Bd、1200Bd、600Bd、300Bd等。PC及其兼容機(jī)通常均配有RS-232C接口。在通信距離較短、波特率要求不高的場合可以直接采用，既簡單又方便。但是，由于RS-232C接口采用單端發(fā)送、單端接收，因此，在使用中有數(shù)據(jù)通信速率低、通信距離短、抗共模干擾能力差等缺點。1.RS232串行接口標(biāo)準(zhǔn)

目前，RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通信中的單端標(biāo)準(zhǔn)，以非平衡數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕缑娣绞焦ぷ?。這種方式以一根信號線相對于接地信號線的電壓來表示一個邏輯狀態(tài)（Mark或Space），圖7-1所示為一個典型的連接方式。RS-232是全雙工傳輸模式，可以獨立發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）及接收數(shù)據(jù)（RXD）。圖7-1RS-232典型的連接方式

RS-232連接線的長度不可超過50ft（1524m）或電容值不可超過2500pF。如果以電容值為標(biāo)準(zhǔn)，一般連接線典型電容值為17pF/ft（5577pF/m），則容許的連接線長約44m。

如果是有屏蔽的連接線，則它的容許長度會更長。在有干擾的環(huán)境下，連接線的容許長度會減少。RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)的不足之處如下:RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)的不足之處如下:1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片。2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20kbit/s。3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾能力差，隨波特率增高其抗干擾的能力會成倍下降。4）傳輸距離有限。

RS-422A采用平衡驅(qū)動、差分接收電路如圖7-2所示，從根本上取消了信號地線。平衡驅(qū)動器相當(dāng)于兩個單端驅(qū)動器其輸入信號相同，兩個輸出信號互為反相，圖中的小圓圈表示反相。因為接收器是差分輸入，所以共模信號可以互相抵消，而外部輸入的干擾信號是以共模方式出現(xiàn)的，兩根傳輸線上的共模干擾信號相同，因此只要接收器有足夠的抗共模干擾能力，就能從干擾信號中識別出驅(qū)動器輸出的有用信號，從而克服外部干擾的影響。RS-422A在最大傳輸速率（10Mbit/s）時，允許的最大通信距離為12m。傳輸速率為100kbit/s時，最大通信距離為1200m。一臺驅(qū)動器可以連接10臺接收器。2.RS-422A串行接口標(biāo)準(zhǔn)圖7-2平衡驅(qū)動、差分接收電路

由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿，如都采用平衡傳輸方式，都需要在傳輸線上接終端電阻。RS-485可以采用二線四線方式。二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信，其中的使能信號控制數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。如圖7-3所示。3.RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)圖7-3RS-485多點雙向通信接線圖

RS-485的電氣特性是，邏輯“1”表示兩線間的電壓差為2~6V，邏輯“0”表示兩線間的電壓差為-2~-6V:RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbit/s:RS-485接口采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好;它的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000ft（12192m），實際上可達(dá)3000m。另外，RS-232接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，只具有單站能力，而RS-485接口在總線上允許連接最多128個收發(fā)器，即具有多站能力用戶可以利用單一的RS-485接口建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性、長傳輸距離和多站能力等優(yōu)點而成為首選的串行接口。因為RS-485接口組成的半雙丁網(wǎng)絡(luò)。一般只需兩根連線，所以RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。3.RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)

RS-485接口滿足RS-422的全部技術(shù)規(guī)范，可用于S-422通信RS-485接口通常采用9針連接器。RS-485接口的引腳功能如表7-1所示。PLC側(cè)引腳信號代號信號功能1SG或GND機(jī)殼接地2+24V返回邏輯地3RXD+或TXD+RS-485的B，數(shù)據(jù)發(fā)送/接收+端4+5V返回邏輯地5+5V+5V6+24V+24V7RXD-或TXD-RS-485的A，數(shù)據(jù)發(fā)送/接收一端8不適用10位協(xié)議選擇（輸入）表7-1RS-485接口的引腳功能

西門子PLC的PPI通信、MPI通信和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通信的物理層都是RS-485通信，而且都是采用相同的通信線纜和專用網(wǎng)絡(luò)接頭。西門子提供兩種網(wǎng)絡(luò)接頭，即標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接頭和包括編程端口接頭，可方便地將多臺設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，編程端口允許用戶將編程站或HMI設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，而不會干擾任何現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連接。

通信網(wǎng)絡(luò)的核心是OSI（OSI-OpenSystemInterconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型為了理解網(wǎng)絡(luò)的操作方法，為創(chuàng)建和實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)劃提供了一個框架。1984年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO），提出了開放式系統(tǒng)互聯(lián)的七層模型，即OSI模型。該模型自下而上分為物理層、數(shù)據(jù)鏈接層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。理解OSI參考模型比較難，但了解它，對掌握后續(xù)的以太網(wǎng)通信和PROFIBUS通信是很有幫助的。

OSI的上三層通常稱為應(yīng)用層，用來處理用戶接口、數(shù)據(jù)格式和應(yīng)用程序的訪問。下四層負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的物理傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。OSI參考模型定義了大多數(shù)協(xié)議棧共有的基本框架，如圖7-4所示。圖7-4信息在OSI模型中的流動形式

（1）物理層（PhysicalLayer）：定義了傳輸介質(zhì)、連接器和信發(fā)生器的類型，規(guī)定了物理連接的電氣、機(jī)械功能特性，如電壓、傳輸速率、傳輸距離等特性。典型的物理層設(shè)備有集線器（HUB）和中繼器等。

（2）數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）：確定傳輸站點物理地址以及將消息傳送到協(xié)議棧，提供順序控制和數(shù)據(jù)流向控制。該層可以繼續(xù)分為兩個子層:介質(zhì)訪問控制層（MAC，MediunAccessControl）和邏輯鏈路層（LLC，LogicalLinkControlLayer），即層2a和2b。其中IEEE802.3（Ethernet，CSMA/CD）就是MAC層常用的通信標(biāo)準(zhǔn)。典型的數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備有交換機(jī)和網(wǎng)橋等。

（3）網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）：定義了設(shè)備間通過邏輯地址（IP-InternetProtocol因特網(wǎng)協(xié)議地址）傳輸數(shù)據(jù)，連接位于不同廣播域的設(shè)備，常用來組織路由。典型的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備是路由器。

（4）傳輸層（TransportLayer）：建立會話連接，分配服務(wù)訪問點（SAP-ServiceAccessPoint），允許數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠（TCP，TransmissionControlProtocol，傳輸控制協(xié)議）或者不可靠（UDP，UserDatagramProtocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）的傳輸。可以提供通信質(zhì)量檢測服務(wù)（QOS）。網(wǎng)關(guān)是互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中最復(fù)雜的，它是傳輸層及以上層的設(shè)備。

（5）會話層（SessionLayer）：負(fù)責(zé)建立、管理和終止表示層實體間通信會話，處理不同設(shè)備應(yīng)用程序間的服務(wù)請求和響應(yīng)。

（6）表示層（PresentationLayer）：提供多種編碼用于應(yīng)用層的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化服務(wù)。

（7）應(yīng)用層（ApplicationLayer）：定義用戶及用戶應(yīng)用程序接口與協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)訪問的切入點。目前各種應(yīng)用版本較多，很難建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在工控領(lǐng)域常用的標(biāo)準(zhǔn)是MMS（MultimediaMessagingService多媒體信息服務(wù)），用來描述制造業(yè)應(yīng)用的服務(wù)和協(xié)議。

數(shù)據(jù)經(jīng)過封裝后通過物理介質(zhì)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，接收設(shè)備除去附加信息后，將數(shù)據(jù)上傳到上層堆棧層。

各層的數(shù)據(jù)單位一般有各自特定的稱呼。物理層的單位是比特（bit）;數(shù)據(jù)鏈路層的單位是幀（frame）;網(wǎng)絡(luò)層的單位是分組（packet，有時也稱包）;傳輸層的單位是數(shù)據(jù)報（datagram）或者段（segment）;會話層、表示層和應(yīng)用層的單位是消息（message）。

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的層控制網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線等為總線，把多個測量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機(jī)化測量控制設(shè)備之間及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。簡單說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸。

現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的。隨著微處理器與計算機(jī)功能的不斷增強(qiáng)和價格的降低，計算機(jī)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)場總線可實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，實施綜合自動化，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。1.現(xiàn)場總線的概念

不同的機(jī)構(gòu)和不同的人可能對現(xiàn)場總線有著不同的定義，不過通常情況下，大家公認(rèn)在以下六個方面：通信線供電:通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上攝取能量，這種方式提供用于本質(zhì)安全環(huán)境的低功耗現(xiàn)場儀表，與其配套的還有安全柵。現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò):用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)?；ゲ僮餍?用戶可以根據(jù)自身的需求選擇不同廠家或不同型號的產(chǎn)品構(gòu)成所需的控制回路，從而可以自由地集成FCS。開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò):現(xiàn)場總線為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享?，F(xiàn)場設(shè)備互聯(lián):依據(jù)實際需要使用不同的傳輸介質(zhì)把不同的現(xiàn)場設(shè)備或者現(xiàn)場儀表相互關(guān)聯(lián)。分散功能塊:FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站，徹底地實現(xiàn)了分散控制。010203040506

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)三個部分組成，而通信部分的硬、軟件是它最有特色的部分。2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件與軟件現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線的測量系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)總線系統(tǒng)計算機(jī)服務(wù)模式數(shù)據(jù)庫030405060102（1）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

它的軟件是系統(tǒng)的重要組成部分，控制系統(tǒng)的軟件有組態(tài)軟件、維護(hù)軟件、仿真軟件、設(shè)備軟件和監(jiān)控軟件等。首先選擇開發(fā)組態(tài)軟件、控制操作人機(jī)接口軟件MMI。通過組態(tài)軟件，完成功能塊之間的連接，選定功能塊參數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中對系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計算。優(yōu)化控制及邏輯控制報警、監(jiān)視、顯示、報表等。（2）現(xiàn)場總線的測量系統(tǒng)

其特點為多變量高性能的測量，使測量儀表具有計算能力等更多功能，由于采用數(shù)字信號，具有高分辨率，準(zhǔn)確性高、抗干擾、抗畸變能力強(qiáng)，同時還具有儀表設(shè)備的狀態(tài)信息，可以對處理過程進(jìn)行調(diào)整。

可以提供設(shè)備自身及過程的診斷信息、管理信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息（包括智能儀表）、廠商提供的設(shè)備制造信息。例如Fisher—Rosemoune公司，推出AMS管理系統(tǒng)，它安裝在主計算機(jī)內(nèi)，由它完成管理功能，可以構(gòu)成一個現(xiàn)場設(shè)備的綜合管理系統(tǒng)信息庫，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)設(shè)備的可靠性分析以及預(yù)測性維護(hù)。將被動的管理模式改變?yōu)榭深A(yù)測性的管理維護(hù)模式AMS軟件是以現(xiàn)場服務(wù)器為平臺的T型結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場服務(wù)器上支撐模塊化，功能豐富的應(yīng)用軟件為用戶提供一個圖形化界面。（3）設(shè)備管理系統(tǒng)（4）總線系統(tǒng)計算機(jī)服務(wù)模式

以客戶機(jī)/服務(wù)器模式是目前較為流行的網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)服務(wù)模式。服務(wù)器表示數(shù)據(jù)源（提供者），應(yīng)用客戶機(jī)則表示數(shù)據(jù)使用者，它從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步進(jìn)行處理。客房機(jī)運(yùn)行在PC機(jī)或工作站上。服務(wù)器運(yùn)行在小型機(jī)或大型機(jī)上，它使用雙方的智能、資源、數(shù)據(jù)來完成任務(wù)。（5）數(shù)據(jù)庫

它能有組織的、動態(tài)的存儲大量有關(guān)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪問，具有高度獨立性。工業(yè)設(shè)備在運(yùn)行過程中參數(shù)連續(xù)變化，數(shù)據(jù)量大，操作與控制的實時性要求很高。因此就形成了一個可以互訪操作的分布關(guān)系及實時性的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，市面上成熟的供選用的如關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的Orad，sybas，Informix，SQLServer；實時數(shù)據(jù)庫中的Infoplus，PI，ONSPEC等。（6）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件與軟件

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件有：系統(tǒng)管理主機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、協(xié)議變換器、集線器，用戶計算機(jī)等及底層智能化儀表。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件有網(wǎng)絡(luò)操作軟件如：NetWarc，LANMangger，Vines，服務(wù)器操作軟件如Lenix，os/2，WindowNT。應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)庫、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議等。（1）基金會現(xiàn)場總線（FoundationFieldbus簡稱FF）

這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首的聯(lián)合歐洲等地150余家公司制定的WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并的。該總線在過程自動化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景?；饡F(xiàn)場總線采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（12.7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，的簡化模型（1、2、7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，應(yīng)用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率。FF分低速H1通信速率下，傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。FF高速H2通信速率下，傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼。3.主流現(xiàn)場總線的簡介（2）CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）

最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，具有自動關(guān)閉功能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級來避免沖突，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通信速率最高可達(dá)40M/1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)實際可達(dá)110個。目前已有多家公司開發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。（3）Lonworks

它由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)。它采用ISO/OSI模型的全部7層通信協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜，光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通信速率從300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距離可達(dá)2700m（78Kbit/s），被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。Lonworks技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實現(xiàn)。采用Lonworks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)，辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。（4）DeviceNet

DeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，有著開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級陣地功能。DebiceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s每個網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點為64個，其通信模式為：生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer），采用多信道廣播信息發(fā)送方式。位于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以自由連接或斷開，不影響網(wǎng)上的其他設(shè)備，而且其設(shè)備的安裝布線成本也較低。DeviceNet總線的組織結(jié)構(gòu)是OpenDeviceNetVendorAssociation（開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會，簡稱"ODVA"）。（5）PROFIBUS

PROFIBUS是德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170）的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA系列組成。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。PA用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。PROFIBUS的傳輸速率為9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大傳輸距離在9.6Kbit/s下為1200m，在12Mbit/s下為200m，可采用中繼器延長至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個站點。（6）HART

HART是HighwayAddressableRemoteTransducer的縮寫，最早由ROSEMOUNT公司開發(fā)。其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過渡產(chǎn)品。其通信模型采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層，支持點對點主從應(yīng)答方式和多點廣播方式。由于它采用模擬和數(shù)字信號混合，難以開發(fā)通用的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆的要求，并可用于由手持編程器與管理系統(tǒng)主機(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。（7）CC-Link

CC-Link是Control&CommunicationLink（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的縮寫，在1996年11月，由三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司推出，其增長勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同是以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡單，應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場配線復(fù)雜的問題，同時具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時也可要蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月CC-Link被中國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)為中國國家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性技術(shù)文件。（8）WorldFiP

WorldFIP的北美部分與ISP合并為FF以后，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨立，總部設(shè)在法國。其在歐洲市場占有重要地位，特別是在法國占有率大約為60%。WorldFIP的特點是具有單一的總線結(jié)構(gòu)來適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，而且沒有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，用軟件的辦法來解決高速和低速的銜接。WorldFIP與FFHSE可以實現(xiàn)“透明連接”，并對FF的H1進(jìn)行了技術(shù)拓展，如速率等。在與IEC61158第一類型的連接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。

此外較有影響的現(xiàn)場總線還有丹麥公司Process-DataA/S提出的P-Net，該總線主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利食品等行業(yè)；SWIFTNet現(xiàn)場總線主要使用在航空航天等領(lǐng)域，還有一些其他的現(xiàn)場總線這里就不再贅述了。3.主流現(xiàn)場總線的簡介現(xiàn)場控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)。通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設(shè)備間具有互可操作性。功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性?？刂乒δ芟路诺浆F(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。3214現(xiàn)場總線的特點如下：現(xiàn)場總線的優(yōu)點體現(xiàn)在以下五個方面：節(jié)省維護(hù)開銷；3提高了系統(tǒng)的可靠性；4為用戶提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動權(quán)。5現(xiàn)場總線使自控設(shè)備與系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)絡(luò)的行列，為其應(yīng)用開拓了更為廣闊的領(lǐng)域；1一對雙絞線上可掛接多個控制設(shè)備，便于節(jié)省安裝費(fèi)用；2

網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包的傳輸延遲，通信系統(tǒng)的瞬時錯誤和數(shù)據(jù)包丟失，發(fā)送與到達(dá)次序的不一致等都會破壞傳統(tǒng)控制系統(tǒng)原本具有的確定性，使得控制系統(tǒng)的分析與綜合變得更復(fù)雜，是控制系統(tǒng)的性能受到負(fù)面影響。

現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)。依據(jù)實際需要使用不同的傳輸介質(zhì)把不同的現(xiàn)場設(shè)備或者現(xiàn)場儀表相互關(guān)聯(lián)。用戶可以根據(jù)自身的需求選擇不同廠家或不同型號的產(chǎn)品構(gòu)成所需的控制回路，互操作性好，從而可以自由地集成FCS。FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站，徹底地實現(xiàn)了分散控制。

通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上攝取能量，這種方式提供用于本質(zhì)安全環(huán)境的低功耗現(xiàn)場儀表，與其配套的還有安全柵?，F(xiàn)場總線為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享?，F(xiàn)場總線的缺點是：

從以上內(nèi)容我們可以看到，現(xiàn)場總線體現(xiàn)了分布、開放、互聯(lián)、高可靠性的特點，而這些正是DCS系統(tǒng)的缺點。DCS通常是一對一單獨傳送信號，其所采用的模擬信號精度低，易受干擾，位于操作室的操作員對模擬儀表往往難以調(diào)整參數(shù)和預(yù)測故障，處于“失控”狀態(tài)，很多的儀表廠商自定標(biāo)準(zhǔn)，互換性差，儀表的功能也較單一，難以滿足現(xiàn)代的要求，而且?guī)缀跛械目刂乒δ芏嘉挥诳刂普局?。FCS則采取一對多雙向傳輸信號，采用的數(shù)字信號精度高、可靠性強(qiáng)，設(shè)備也始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)控和可控狀態(tài)，用戶可以自由按需選擇不同品牌種類的設(shè)備互聯(lián)，智能儀表具有通信、控制和運(yùn)算等豐富的功能，而且控制功能分散到各個智能儀表中去。由此我們可以看到FCS相對于DCS的巨大進(jìn)步。

也正是由于FCS的以上特點使得其在設(shè)計、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)都具有很大的優(yōu)越性：首先由于分散在前端的智能設(shè)備能執(zhí)行較為復(fù)雜的任務(wù)，不再需要單獨的控制器、計算單元等，節(jié)省了硬件投資和使用面積；FCS的接線較為簡單，而且一條傳輸線可以掛接多了設(shè)備，大大節(jié)約了安裝費(fèi)用；由于現(xiàn)場控制設(shè)備往往具有自診斷功能，并能將故障信息發(fā)送至控制室，減輕了維護(hù)工作；同時，由于用戶擁有高度的系統(tǒng)集成自主權(quán)，可以通過比較靈活選擇合適的廠家產(chǎn)品；整體系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性也大為提高。這一切都幫助用戶實現(xiàn)了減低安裝、使用、維護(hù)的成本，最終達(dá)到增加利潤的目的。

由于各個國家各個公司的利益之爭，雖然早在1984年國際電工技術(shù)委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（IEC/ISA）就著手開始制定現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)，至今統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)仍未完成。很多公司也推出其各自的現(xiàn)場總線技術(shù)，但彼此的開放性和互操作性還難以統(tǒng)一。目前現(xiàn)場總線市場有著以下的特點。

目前世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場總線，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PHOENIXCONTACT公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，ROSEMOUNT公司的HART，CarloGavazzi公司的Dupline，丹麥ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，國際標(biāo)準(zhǔn)組織-基金會現(xiàn)場總線FF：FOUNDATIONFieldbus，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。這些現(xiàn)場總線大都用于過程自動化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運(yùn)輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域，大概不到十種的總線占有80%左右的市場。1.總線并存485網(wǎng)絡(luò)：RS485/MODBUS是現(xiàn)在流行的一種工業(yè)組網(wǎng)方式，其特點是實施簡單方便，而且現(xiàn)在支持RS485的儀表又特別多?，F(xiàn)在的儀表商也紛紛轉(zhuǎn)而支持RS485/MODBUS，原因很簡單，RS485的轉(zhuǎn)換接口不僅便宜得而且種類繁多。至少在低端市場上，RS485/MODBUS仍將是最主要的工業(yè)組網(wǎng)方式。HART網(wǎng)絡(luò)：HART是由艾默生提出的一個過渡性總線標(biāo)準(zhǔn)，主要特征是在4-20毫安電流信號上面疊加數(shù)字信號，但該協(xié)議并未真正開放，要加入他的基金會才能拿到協(xié)議，而加入基金會要一定的費(fèi)用。HART技術(shù)主要被國外幾家大公司壟斷，近些年國內(nèi)也有公司在做，但還沒有達(dá)到國外公司的水平?，F(xiàn)在有很多智能儀表帶有[HART圓卡]，支持HART通信功能。但從國內(nèi)情況來看，還沒有真正用到這部分功能來進(jìn)行設(shè)備聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，最多只是利用手操器對其進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。從長遠(yuǎn)來看，由于HART通信速率低、組網(wǎng)困難等原因，HART儀表的應(yīng)用將呈下滑趨勢。2.目前的工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)可歸為三類FieldBus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域的熱點技術(shù)之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)標(biāo)志著自動化控制技術(shù)又一個新時代的開始?，F(xiàn)場總線是連接控制現(xiàn)場的儀表與控制室內(nèi)的控制裝置的數(shù)字化、串行、多站通信的網(wǎng)絡(luò)。其關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字化通信。現(xiàn)場總線技術(shù)近年來成為國際上自動化和儀器儀表發(fā)展的熱點，它的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了革命性的變化，使自控系統(tǒng)朝著“智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化”的方向進(jìn)一步邁進(jìn)，形成新型的網(wǎng)絡(luò)通信的全分布式控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）。然而，到目前為止，現(xiàn)場總線還沒有形成真正統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，ProfiBus、CANbus、CC-Link等多種標(biāo)準(zhǔn)并行存在，并且都有自己的生存空間。何時統(tǒng)一，遙遙無期。目前，支持現(xiàn)場總線的儀表種類還比較少，可供選擇的余地小，價格又偏高，用量也較小。

每種總線大都有其應(yīng)用的領(lǐng)域，比如FF、PROFIBUS-PA適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制領(lǐng)域；LonWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet適用于樓宇、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域；DeviceNet、PROFIBUS-DP適用于加工制造業(yè)，而這些劃分也不是絕對的，每種現(xiàn)場總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，彼此滲透。

大多數(shù)的現(xiàn)場總線都有一個或幾個大型跨國公司為背景并成立相應(yīng)的國際組織，力圖擴(kuò)大自己的影響、得到更多的市場份額。比如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，并成立了PROFIBUS國際用戶組織WorldFIP以Alstom公司為主要后臺，成立了WorldFIP國際用戶組織。為了加強(qiáng)自己的競爭能力，很多總線都爭取成為國家或者地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，比如PROFIBUS已成為德國標(biāo)準(zhǔn)，WorldFIP已成為法國標(biāo)準(zhǔn)等。為了擴(kuò)大自己產(chǎn)品的使用范圍，很多設(shè)備制造商往往參與不止一個甚至多個總線組織。3.應(yīng)用領(lǐng)域

由于競爭激烈，而且還沒有哪一種或幾種總線能一統(tǒng)市場，很多重要企業(yè)都力圖開發(fā)接口技術(shù)，使自己的總線能和其他總線相連，在國際標(biāo)準(zhǔn)中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。

工業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，要求也千變?nèi)f化，使用一種現(xiàn)場總線技術(shù)也很難滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求；現(xiàn)場總線不同于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人們將會面對一個多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實世界。技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場規(guī)律、商業(yè)利益的制約；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不僅是一個技術(shù)規(guī)范，也是一個商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。而現(xiàn)場總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是彼此的互操作性，實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。

從現(xiàn)場總線技術(shù)本身來分析，它有兩個明顯的發(fā)展趨勢：

一是尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，

二是IndustrialEthernet走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。

統(tǒng)一開放的TCP/IPEthernet是20多年來發(fā)展最成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，過去一直認(rèn)為，Ethernet是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)的，它與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實時性、環(huán)境適應(yīng)性、總線饋電等許多方面的要求存在差距，在工業(yè)自動化領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用。事實上，這些問題正在迅速得到解決，國內(nèi)對EPA技術(shù)（EthernetforProcessAutomation）也取得了很大的進(jìn)展。

隨著FFHSE的成功開發(fā)以及PROFINET的推廣應(yīng)用，可以預(yù)見Ethernet技術(shù)將會十分迅速地進(jìn)入工業(yè)控制系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡(luò)。（DecentralizedPeriphery）PA（ProcessAutomation）FMS（FieldbusMessageSpecification）PROFIBUS-FMSPROFIBUS-PAPROFIBUS-DP

PROFIBUS是過程現(xiàn)場總線（ProcessFieldBus）的縮寫，是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，PROFIBUS總線87年由Siemens公司等13家企業(yè)和5家研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)，1999年P(guān)ROFIBUS成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分，2001年批準(zhǔn)成為中國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10308.3-2001。在多種自動化的領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位，全世界的設(shè)備節(jié)點數(shù)已經(jīng)超過2000萬。

它由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖7-5所示。

PROFIBUS-DP應(yīng)用于現(xiàn)場級，它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之間的通信，總線周期一般小于10ms，使用協(xié)議第1、2層和用戶接口，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行нM(jìn)行。圖7-5PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

PROFIBUS-DP是一種高速低成本數(shù)據(jù)傳輸，用于自動化系統(tǒng)中單元級控制設(shè)備與分布式I/O（例如ET200）的通信。主站之間的通信為令牌方式，主站與從站之間為主從輪詢方式，以及這兩種方式的混合。一個網(wǎng)絡(luò)中有若干個被動節(jié)點（從站），而它的邏輯令牌只含有一個主動令牌（主站），這樣的網(wǎng)絡(luò)為純主-從系統(tǒng)。其總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7-6所示。圖7-6PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

PROFIBUS-PA適用于過程自動化，可使傳感器和執(zhí)行器接在一根共用的總線上，可應(yīng)用于本征安全領(lǐng)域。PROFIBUS-PA用于過程自動化的現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器的低速數(shù)據(jù)傳輸，使用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議。其總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7-7所示。圖7-7PROFIBUS-PA總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

PROFIBUS-FMS用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，它是令牌結(jié)構(gòu)的實時多主網(wǎng)絡(luò)，用來完成控制器和智能現(xiàn)場設(shè)備之間的通信以及控制器之間的信息交換。主要使用主-從方式，通常周期性地與傳動裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PROFIBUS-FMS可用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)MS提供大量的通信服務(wù)，用以完成中等級傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信服務(wù)。其總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7-8所示。圖7-8PROFIBUS-FMS總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Profibus可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間級網(wǎng)絡(luò)化，并可同時實現(xiàn)集中控制、分散控制和混合控制三種方式。該系統(tǒng)分為主站和從站:主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站得到總線控制權(quán)（令牌）時，沒有外界請求也可以主動發(fā)送信息。在Profibus協(xié)議中主站也稱為主動站。從站為外圍設(shè)備，典型的從站包括:輸入/輸出裝置、閥門、驅(qū)動器和測量發(fā)射器。它們沒有總線控制權(quán)，僅對接收到的信息給予確認(rèn)或當(dāng)主站發(fā)出請求時向它發(fā)送信息。從站也稱為被動站。由于從站只需總線協(xié)議的一小部分，所以實施起來特別經(jīng)濟(jì)。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。

單主系統(tǒng)可實現(xiàn)最短的總線循環(huán)時間。以PROFIBUS-DP系統(tǒng)為例，一個單主系統(tǒng)由一個DP-1類主站和1到最多125個DP-從站組成，典型系統(tǒng)如圖7-9所示。（1）純主-從系統(tǒng)（單主站）圖7-9純主-從系統(tǒng)（單主站）典型系統(tǒng)

若干個主站可以用讀功能訪問一個從站。以PROFIBUS-DP系統(tǒng)為例，多主系統(tǒng)由多個主設(shè)備（1類或2類）和1到最多124個DP-從設(shè)備組成。典型系統(tǒng)如圖7-10所示。（2）純主-主系統(tǒng)（多主站）圖7-10純主-主系統(tǒng)（多主站）典型系統(tǒng)兩種配置的組合系統(tǒng)（多主-多從）典型系統(tǒng)如圖7-11所示。（3）（多主-多從）典型系統(tǒng)圖7-11兩種配置的組合系統(tǒng)（多主-多從）典型系統(tǒng)

與其他現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實際應(yīng)用驗證具有普遍性。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)。

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（OpenSystemInterconnection-OSI）作為參考模型的。

PROFIBUS-DP是為了實現(xiàn)在傳感器-執(zhí)行器級快速數(shù)據(jù)交換而設(shè)計的。中央控制裝置（例如可編程控制器）在這里通過一種快速的串行接口與分布式輸入和輸出設(shè)備通信。與這些裝置的通信一般是循環(huán)發(fā)生的。

DP1類主站：這是一種在給定的信息循環(huán)中與分布式站點（DP從站）交換信息的中央控制器。典型的設(shè)備有:可編程控制器（PLC）微機(jī)數(shù)值控制（CNC）或計算機(jī)（PC）等。

DP2類主站：屬于這一類的裝置包括編程器組態(tài)裝置和診斷裝置例如上位機(jī)。這些設(shè)備在DP系統(tǒng)初始化時用來生成系統(tǒng)配置。

DP從站：一臺DP從站是一種對過程讀和寫信息的輸入、輸出裝置（傳感器/執(zhí)行器），例如分布式I/O、ET200變頻器等。

中央控制器（主站）是從從站讀取輸入信息并將輸出信息寫到從站。單主站或者多主站系統(tǒng)可以由PROFIBUS-DP來實現(xiàn)。這使得系統(tǒng)配置異常方便。一條總線最多可以連接126個設(shè)備（主站或從站）。設(shè)備類型有以下三類：

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)可對多個控制器、組件和作為電氣網(wǎng)絡(luò)或光纖網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)進(jìn)行無線連接，或使用鏈接器進(jìn)行連接。通過PROFIBUS-DP，可對傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行集中控制。圖7-12所示為PROFIBUSDP的連接方式。圖7-12PROFIBUS-DP的連接方式

PROFIBUSDP中使用的設(shè)備，如圖7-13所示，DP主站用于對連接的DP從站進(jìn)行尋址的設(shè)備，與現(xiàn)場設(shè)備交換輸入和輸出信號。DP主站通常是運(yùn)行自動化程序的控制器。PG/PC為PG/PC/HMI設(shè)備，用于調(diào)試和診斷2類DP主站。PROFIBUS為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，HMI用于操作和監(jiān)視功能的設(shè)備，DP從站是分配給DP主站的分布式現(xiàn)場設(shè)備，如閥門終端、變頻器等。智能從站是指的智能DP從站。顯示了PROFIBUSDP的最重要組件。圖7-13PROFIBUSDP中使用的設(shè)備

I/O通信指的是對分布式I/O的輸入/輸出進(jìn)行讀寫操作。圖7-14概覽了采用PROFIBUSDP的I/O通信。A——DP主站與DP主站間通信B——DP主站與智能從站間通信C——DP主站與DP從站間通信圖7-14采用PROFIBUSDP的I/O通信

異步電動機(jī)兩地控制電路，如圖7-15所示。使用S7-1500PLC與ET200SP的PROFIBUS-DP通信，實現(xiàn)異步電動機(jī)兩地控制。圖7-15異步電動機(jī)兩地控制電路

采用CPU1516F-3PN/DP作為主站，ET200SP分布式I/O模塊作為從站，通過PROFIBUS現(xiàn)場總線建立與ET200SP通信，實現(xiàn)PROFIBUS現(xiàn)場總線硬件配置圖如圖7-16所示。圖7-16PROFIBUS現(xiàn)場總線硬件配置圖硬件明細(xì)表如表7-2所示。模塊型號訂貨號CPU模塊CPU1516F-3PN/DP6ES7516-3FN01-0AB0數(shù)字量輸入模塊DI32x24VDCHF6ES7521-1BL00-0AB0ET200SP接口模塊IM155-6DPHF6ES7155-6BU00-0CN0遠(yuǎn)程數(shù)字量輸入模塊DI8×DC24VHF6ES7131-6BF00-0CA0遠(yuǎn)程數(shù)字量輸出模塊DQ8×DC24V/0.5AHF6ES7132-6BF00-0CA0輸入輸出輸入設(shè)備輸入編號輸出設(shè)備輸出編號主站啟動SB3I0.0KMQ0.0主站停止SB1I0.1從站啟動SB4I4.0從站停止SB2I4.1解：設(shè)定端口（I/O）分配表，如表7-3所示表7-2硬件設(shè)備明細(xì)表表7-3I/O分配表

（1）新建博途項目后，在TIA博途軟件項目視圖的項目樹中，雙擊“添加新設(shè)備”按鈕，先添加CPU模塊“CPU1516F-3PN/DP”，如圖7-17所示。1.主站硬件配置圖7-17添加新設(shè)備

（2）配置CPU后，雙擊右側(cè)硬件目錄中的DI模塊，將DI32x24VDC添加到CPU模塊右側(cè)的2號槽中，如圖7-18所示。圖7-18主站硬件配置（3）配置主站PROFIBUS-DP參數(shù)

先選中“設(shè)備視圖”選項卡，再選中紫色的DP接口，選中“屬性”選項卡，再選中“PROFIBUS地址”選項，再單擊“添加新子網(wǎng)”，彈出“PROFIBUS地址”參數(shù)，如圖7-19所示，保存主站的硬件和網(wǎng)絡(luò)配置。圖7-19配置主站PROFIBUS-DP參數(shù)（1）插入IM156-5DPHF模塊

在TIA博途軟件項目視圖的項目樹中，先選中“網(wǎng)絡(luò)視圖”選項卡，再選擇“硬件目錄”→“分布式IO”→“ET200SP”→“接口模塊”→“PROFIBUS”→“IM155-6DPHF”，雙擊“6ES7155-6BU00-0CN0”模塊將其加入工作區(qū)，如圖7-20所示。2.從站硬件配置圖7-20插入IM155-6DPHF模塊（2）插入數(shù)字量輸入與輸出模塊

先選中IM155-6DPHF模塊，再選中“設(shè)備視圖”選項卡，選擇“硬件目錄”→“DI8×DC24VHF”與“DQ8×DC24V/0.5AHF”，雙擊“6ES7131-6BF00-0CA0”與“6ES7132-6BF00-0CA0”模塊將它們插入到IM155-6DPHF模塊右側(cè)的1號與2號槽位中，并啟用新電位組，如圖7-21所示。圖7-21插入數(shù)字量輸入與輸出模塊

選中IM155-6DPHF模塊，單擊“未分配”選項，選中“PLC_1.DP接口_1”并再次單擊，如圖7-22所示。3.PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)配置圖7-22配置PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)最后完成PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)配置，如圖7-23所示。圖7-23PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)配置完成對主站進(jìn)行程序的編寫，梯形圖如圖7-24所示。4.編寫程序圖7-24異步電動機(jī)兩地控制電路梯形圖

PROFINET由PROFIBUS國際組織（PROFIBUSInternaTIonal，PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化總線標(biāo)準(zhǔn)。

PROFINET為自動化通信領(lǐng)域提供了一個完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運(yùn)動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動化領(lǐng)域的熱點話題，并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。

PROFINET是適用于不同需求的完整解決方案，其功能包括8個主要的模塊，依次為實時通信、分布式現(xiàn)場設(shè)備、運(yùn)動控制、分布式自動化、網(wǎng)絡(luò)安裝、IT標(biāo)準(zhǔn)和信息安全、故障安全和過程自動化。

工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3（Ethernet）的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)，提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)（Intranet），外部互聯(lián)網(wǎng)（Extranet），以及國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）提供的廣泛應(yīng)用不但已經(jīng)進(jìn)入今天的辦公室領(lǐng)域，而且還可以應(yīng)用于生產(chǎn)和過程自動化。繼10M波特率以太網(wǎng)成功運(yùn)行之后，具有交換功能，全雙工和自適應(yīng)的100M波特率快速以太網(wǎng)（FastEthernet，符合IEEE802.3u的標(biāo)準(zhǔn)）也已成功運(yùn)行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術(shù)。

工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)，在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但是實際產(chǎn)品和應(yīng)用卻又完全不同。這主要表現(xiàn)普通商用以太網(wǎng)的產(chǎn)品設(shè)計時，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質(zhì)安全性等方面不能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。故在工業(yè)現(xiàn)場控制應(yīng)用的是與商用以太網(wǎng)不同的工業(yè)以太網(wǎng)。PROFINET和工業(yè)以太網(wǎng)區(qū)別：

1）PROFINET（實時以太網(wǎng)）基于工業(yè)以太網(wǎng)，具有很好的實時性，可以直接連接現(xiàn)場設(shè)備（使用PROFINETIO），使用組件化的設(shè)計，PROFINET支持分布的自動化控制方式（PROFINETCBA，相當(dāng)于主站間的通信）。

2）以太網(wǎng)應(yīng)用到工業(yè)控制場合后，經(jīng)過改進(jìn)使用于工業(yè)現(xiàn)場的以太網(wǎng)，就成為工業(yè)以太網(wǎng)。西門子的網(wǎng)卡CP343-1或CP443-1通信的話，可能應(yīng)用過ISO或TCP連接等。這樣所使用的TCP和ISO就是應(yīng)用在工業(yè)以太網(wǎng)上的協(xié)議。

PROFINET同樣是西門子SIMATICNET中的一個協(xié)議，具體說是眾多協(xié)議的集合，其中包括PROFINETIORT，CBART，IOIRT等等的實時協(xié)議。

所以說PROFINET和工業(yè)以太網(wǎng)不能比，只能說PROFINET是工業(yè)以太網(wǎng)上運(yùn)行的實時協(xié)議而以。不過現(xiàn)在常常稱有些網(wǎng)絡(luò)是PROFINET網(wǎng)絡(luò)，那是因為這個網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用了PROFINET協(xié)議而已。

3）PROFINET是一種新的以太網(wǎng)通信系統(tǒng)，是由西門子公司和Profibus用戶協(xié)會開發(fā)。PROFINET具有多制造商產(chǎn)品之間的通信能力，自動化和工程模式，并針對分布式智能自動化系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。其應(yīng)用結(jié)果能夠大大節(jié)省配置和調(diào)試費(fèi)用。PROFINET系統(tǒng)集成了基于Profibus的系統(tǒng)，提供了對現(xiàn)有系統(tǒng)投資的保護(hù)。它也可以集成其他現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

簡單地說，PROFINET實時性好，安全性和可靠性能高，復(fù)雜用于工業(yè)設(shè)備之間通信。工業(yè)以太網(wǎng)簡單，成本低，但由于本身容易產(chǎn)生信號沖突造成性能下降，可靠性降低。但以太網(wǎng)成本低，實效性好，擴(kuò)展性能好，便于與Internet集成。PROFINET是一種新的以太網(wǎng)通信系統(tǒng)，是由西門子公司和PROFIBUS用戶協(xié)會開發(fā)。PROFINET具有多制造商產(chǎn)品之間的通信能力，自動化和工程模式，并針對分布式智能自動化系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。其應(yīng)用結(jié)果能夠大大節(jié)省配置和調(diào)試費(fèi)用。PROFINET系統(tǒng)集成了基于PROFIBUS的系統(tǒng)，提供了對現(xiàn)有系統(tǒng)投資的保護(hù)。它也可以集成其他現(xiàn)場總線系統(tǒng)。PROFINET技術(shù)定義了三種類型：PROFINET1.0基于組件的系統(tǒng)主要用于控制器與控制器通信；PROFINET-SRT軟實時系統(tǒng)用于控制器與I/O設(shè)備通信；PROFINET-IRT硬實時系統(tǒng)用于運(yùn)動控制。PROFINET將工廠自動化和企業(yè)信息管理層IT技術(shù)有機(jī)地融為一體，同時又完全保留PROFIBUS現(xiàn)有的開放性。

PROFINET現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)如圖7-25所示，從圖中看出，該方案支持開放的、面向?qū)ο蟮耐ㄐ?，這種通信建立在普遍使用的EthernetTCP/IP基礎(chǔ)上，優(yōu)化的通信機(jī)制還可以滿足實時通信的要求。圖7-25PROFINET現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)

基于對象應(yīng)用的DCOM通信協(xié)議是通過該協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)建立的。以對象的形式表示的PROFINET組件根據(jù)對象協(xié)議交換其自動化數(shù)據(jù)。自動化對象即COM對象作為PDU以DCOM協(xié)議定義的形式出現(xiàn)在通信總線上。連接對象活動控制（ACCO）確保已組態(tài)的互相連接的設(shè)備間通信關(guān)系的建立和數(shù)據(jù)交換。傳輸本身是由事件控制的，ACCO也負(fù)責(zé)故障后的恢復(fù)，包括質(zhì)量代碼和時間標(biāo)記的傳輸、連接的監(jiān)視、連接丟失后的再建立以及相互連接性的測試和診斷。

PROFIBUS可以通過代理服務(wù)器（Proxy）很容易地實現(xiàn)與其他現(xiàn)場總線系統(tǒng)的集成，在該方案中，通過代理服務(wù)器將通用的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接到工業(yè)以太網(wǎng)；通過以太網(wǎng)TCP/IP訪問PROFIBUS設(shè)備是由Proxy使用遠(yuǎn)方程序調(diào)用和MicrosoftDCOM進(jìn)行處理的。

PROFINET提供工程設(shè)計工具和制造商專用的編程和組態(tài)軟件，使用這種工具可以從控制器編程軟件開發(fā)的設(shè)備來創(chuàng)建基于COM的自動化對象，這種工具也將用于組態(tài)基于PROFINET的自動化系統(tǒng)，使用這種獨立于制造商的對象和連接編輯器可減少15%的開發(fā)時間。

PROFINET是一種支持分布式自動化的高級通信系統(tǒng)。除了通信功能外，PROFINET還包括了分布式自動化概念的規(guī)范，這是基于制造商無關(guān)的對象和連接編輯器和XML設(shè)備描述語言。以太網(wǎng)TCP/IP被用于智能設(shè)備之間時間要求不嚴(yán)格的通信。所有時間要求嚴(yán)格的實時數(shù)據(jù)都是通過標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUSDP技術(shù)傳輸，數(shù)據(jù)可以從PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)通過代理集成到PROFINET系統(tǒng)。

PROFINET是一種使用已有的IT標(biāo)準(zhǔn)，沒有定義其專用工業(yè)應(yīng)用協(xié)議的總線。

它的對象模式的是基于微軟公司組件對象模式（COM）技術(shù)。對于網(wǎng)絡(luò)上所有分布式對象之間的交互操作，均使用微軟公司的DCOM協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)TCP和UDP協(xié)議，PROFINET網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖7-26所示。圖7-26PROFINET現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

下面介紹使用CPU1516F-3PN/DP與ET200SP分布式I/O模塊通過PROFINET現(xiàn)場總線實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制水塔水位電路。

控制要求為在水塔上設(shè)有4個分布式液位傳感器，安裝位置如圖7-27所示從低到高依次分別為SQl、SQ2、SQ3、SQ4。凡液面高于傳感器安裝位置則傳感器接通(ON)，液面低于傳感器安裝位置時則傳感器斷開(OFF)。其中SQ2和SQ3作為水位控制信號，而SQ1和SQ4可在SQ2或SQ3失靈后發(fā)出報警信號，起到保護(hù)作用。圖7-27PLC遠(yuǎn)程控制水塔水位電路

使用水泵將水池里的水抽到水塔上。當(dāng)按下設(shè)在地面控制器上的啟動按鈕SB1后，水泵開始運(yùn)行，直到收到SQ3信號并保持3秒以上確認(rèn)水位到達(dá)高液位時停止運(yùn)行；當(dāng)水塔水位降到低水位即SQ2接通時則重新開啟水泵。

若傳感器SQ3失靈，在收到SQ4信號時點亮高液位報警指示燈并立即停止水泵電機(jī)，直到按下啟動按鈕SB1后報警指示燈復(fù)位。若SQ2傳感器失靈，在收到SQl信號時立即點亮低液位報警指示燈，當(dāng)水位超過SQ1時報警指示燈復(fù)位。當(dāng)按下地面的停止按鈕SB2后，則停止整個控制程序。PROFINET總線硬件配置圖如圖7-28所示。圖7-28PROFINET現(xiàn)場總線硬件配置圖硬件明細(xì)表如表7-4所示。模塊型號訂貨號CPU模塊CPU1516F-3PN/DP6ES7516-3FN01-0AB0數(shù)字量輸入模塊DI32x24VDCHF6ES7521-1BL00-0AB0ET200SP接口模塊IM155-6PNHF6ES7155-6AU00-0CN0遠(yuǎn)程數(shù)字量輸入模塊DI8×DC24VHF6ES7131-6BF00-0CA0遠(yuǎn)程數(shù)字量輸出模塊DQ8×DC24V/0.5AHF6ES7132-6BF00-0CA0輸入輸出輸入設(shè)備輸入編號輸出設(shè)備輸出編號地面啟動按鈕SB1I0.0水泵電機(jī)Q0.0地面停止按鈕SB2I0.0低液位報警指示燈Q0.1水塔低水位急停保護(hù)SQ1I4.0高液位報警指示燈Q0.2水塔低水位SQ2I4.1水塔高水位SQ3I4.2水塔高水位急停保護(hù)SQ4I4.3解：設(shè)定端口（I/O）分配表，如表7-5所示表7-4硬件設(shè)備明細(xì)表表7-5I/O分配表

新建博途項目后，在TIA博途軟件項目視圖的項目樹中，雙擊“添加新設(shè)備”按鈕，先添加CPU模塊“CPU1516F-3PN/DP”，如圖7-29所示。1.主站硬件配置圖7-29添加新設(shè)備

配置CPU后，雙擊右側(cè)硬件目錄中的DI模塊，將DI32x24VDC添加到CPU模塊右側(cè)的2號槽中，如圖7-30所示。圖7-30硬件配置

先選中1516F的“設(shè)備視圖”選項卡，再選中CPU1516F-3PN/DP模塊綠色的PN接口，選中“屬性”選項卡，再選中“以太網(wǎng)地址”選項，再設(shè)置IP地址，如圖7-31所示。2.IP地址設(shè)置圖7-31IP地址設(shè)置

在TIA博途軟件項目視圖的項目樹中，先選中“網(wǎng)絡(luò)視圖”選項卡，再選擇“硬件目錄”→“分布式IO”→“ET200SP”→“接口模塊”→“PROFINET”→“IM155-6PNHF”，雙擊“6ES7155-6AU00-0CN0”模塊將其加入工作區(qū)，如圖7-32所示。圖7-32插入IM155-6PNHF模塊3.插入IM155-6PNHF模塊

先選中IM155-6PNHF模塊，再選中“設(shè)備視圖”選項卡，選擇“硬件目錄”→“DI8×DC24VHF”與“DQ8×DC24V/0.5AHF”，雙擊“6ES7131-6BF00-0CA0”與“6ES7132-6BF00-0CA0”模塊將它們插入到IM155-6PNHF模塊右側(cè)的1號與2號槽位中，并啟用新電位組，如圖7-33所示。圖7-33插入數(shù)字量輸入與輸出模塊4.插入數(shù)字量輸入、輸出模塊

選中IM155-6PNHF模塊，單擊“未分配”選項，選中“1516F.PROFINET接口_1”并再次單擊，如圖7-34所示。最后完成PROFINET網(wǎng)絡(luò)連接，如圖7-35所示。5.建