西門子SM331數(shù)字量控制模塊

西門子SM331數(shù)字量控制模塊于1989年正式成為現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)。在多種自動(dòng)化的領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位，*的設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)已經(jīng)超過2000萬。它由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS－PA（Process Automation ）．PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。其中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之間的通訊，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。；PROFIBUS－PA適用于過程自動(dòng)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－FMS用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，它是令牌結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)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(dòng)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

基本特性

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，與其他現(xiàn)場總線相比，Profibus的重要優(yōu)點(diǎn)是具有穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性，它包括了加工制造、過程和數(shù)字自動(dòng)化等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，并可同時(shí)實(shí)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(shí)，沒有外界請求也可以主動(dòng)發(fā)送信息。在Profibus協(xié)議中主站也稱為主動(dòng)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(dòng)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(shí)向它發(fā)送信息。從站也稱為被動(dòng)站。由于從站只需總線協(xié)議的一小部分，所以實(shí)施起來特別經(jīng)濟(jì)。

性能西門子SM331數(shù)字量控制模塊

與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS的zui大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)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(dòng)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(shí)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有著名自動(dòng)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)。

結(jié)構(gòu)

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Open System Interconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層?！。?）PROFIBUS－DP：定義了*．二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(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－FMS：定義了*．二．七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低層接口(Lower Layer Interface － LLI)。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問接口。?。?） PROFIBUS－PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS－DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158－2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)?！∽ⅲ?層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，第三層為網(wǎng)絡(luò)層，第四層為傳輸層，第五層為會(huì)話層，第六層為表達(dá)層，第七層為應(yīng)用層。需要注意的是，第三~六層在Profibus中沒有具體應(yīng)用，但是這些層要求的任何重要功能都已經(jīng)集成在低層接口（LLI）中。

特點(diǎn)

Profibus作為業(yè)界應(yīng)用zui廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)，除具有一般總線的優(yōu)點(diǎn)外還有自身的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)如下：

（1）zui大傳輸信息長度為255B，zui大數(shù)據(jù)長度為244B，典型長度為120B。

（2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€型、樹型或總線型，兩端帶有有源的總線終端電阻。

（3）傳輸速率取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜涂偩€長度，從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

（4）站點(diǎn)數(shù)取決于信號特性，如對屏蔽雙絞線，每段為32個(gè)站點(diǎn)（無轉(zhuǎn)發(fā)器），zui多127個(gè)站點(diǎn)帶轉(zhuǎn)發(fā)器。

（5）傳輸介質(zhì)為屏蔽/非屏蔽雙絞線或光纖。

（6）當(dāng)用雙絞線時(shí)，傳輸距離zui長可達(dá)9.6km，用光纖時(shí)，zui大傳輸長度為90km。

（7）傳輸技術(shù)為DP和FMS的RS-485傳輸、PA的IEC1158-2傳輸和光纖傳輸。

（8）采用單一的總線方位協(xié)議，包括主站之間的令牌傳遞與從站之間的主從方式。

（9）數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)包括循環(huán)和非循環(huán)兩類。

應(yīng)用

典型的工廠自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該是三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于現(xiàn)場總線Profibus-DP/PA控制系統(tǒng)位于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的低層，即現(xiàn)場級和車間級。現(xiàn)場總線Profibus是面向現(xiàn)場級和車間級的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。

1.現(xiàn)場設(shè)備層

主要功能是連接現(xiàn)場設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、開關(guān)、 燈設(shè)備，完成現(xiàn)場設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。主站負(fù)責(zé)總線通信管理及所有從站的通信。總線上所有設(shè)備生產(chǎn)工藝控制程序均儲(chǔ)存 在主站中，并由主站執(zhí)行。

2.車間監(jiān)控層

車間級監(jiān)控用來完成車間中生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，如一個(gè)車間三條生產(chǎn)線主控制器之間的連接，完成車間級設(shè)備監(jiān)控。車間級監(jiān)控包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)控、設(shè)備故障報(bào)警及維護(hù)等。通常還具有諸如生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度等車間級生產(chǎn)管理功能。車間級監(jiān)控通常要設(shè)立車間監(jiān)控室，在操作員工作站及打印設(shè)備上。車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可采用Profibus-FMS，它是一個(gè)多主網(wǎng)絡(luò)，在這一級，數(shù)據(jù)傳輸速度不是zui重要的，而是要能夠傳送大容量信息。

3.工廠管理層

車間操作員工作站可通過集線器與車間辦公管理網(wǎng)連接，將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車間管理層。車間管理網(wǎng)作為主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)，通過交換機(jī)、網(wǎng)橋或路由器等連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)上，將車間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。

車間管理層通常所說的以太網(wǎng)，即IEEE 802.3 和IETF TCP/IP的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。工廠骨干網(wǎng)可根據(jù)工廠實(shí)際情況，采用如FDDI或ATM等網(wǎng)絡(luò)。

Profibus作為業(yè)界應(yīng)用zui廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)，除具有一般總線的優(yōu)點(diǎn)外還有自身的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)如下：

（1）zui大傳輸信息長度為255B，zui大數(shù)據(jù)長度為244B，典型長度為120B。

（2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€型、樹型或總線型，兩端帶有有源的總線終端電阻。

（3）傳輸速率取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜涂偩€長度，從9.6Kb/s到12Mb/s不等。

（4）站點(diǎn)數(shù)取決于信號特性，如對屏蔽雙絞線，每段為32個(gè)站點(diǎn)（無轉(zhuǎn)發(fā)器），zui多127個(gè)站點(diǎn)帶轉(zhuǎn)發(fā)器。

（5）傳輸介質(zhì)為屏蔽/非屏蔽雙絞線或光纖。

（6）當(dāng)用雙絞線時(shí)，傳輸距離zui長可達(dá)9.6km，用光纖時(shí)，zu西門子SM331數(shù)字量控制模塊i大傳輸長度為90km。

（7）傳輸技術(shù)為DP和FMS的RS-485傳輸、PA的IEC1158-2傳輸和光纖傳輸。

（8）采用單一的總線方位協(xié)議，包括主站之間的令牌傳遞與從站之間的主從方式。

（9）數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)包括循環(huán)和非循環(huán)兩類