西门子6ES7223-1PL22-0XA8厂家供应
是指安装在现场设备与控制室内的控制设备之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层网络。
现场总线的出现使自动化控制系统步入了信息化、网络化的时代，为自动化应用开拓了更为广阔的领域：一对双绞线上可挂接多个控制设备，不仅节省了安装费用、节省维护开销，还提高了系统的可靠性。但网络通信中数据包的传输延迟、通信系统的瞬时错误和数据包丢失、发送与到达次序的不一致等故障则会破坏传统控制系统原本具有的确定性，使得控制系统的分析与综合变得更复杂，从而影响到控制系统的性能。现场总线应用的基础是通讯稳定。
一、现场总线的概念
1. profibus现场总线的介绍
profibus是符合德国标准（din19245）和欧洲标准（en50170）的现场总线标准。分为profibus-dp、profibus-fms（现已经不再应用）、profibus-pa三种行规。其中dp为分布式外设间高速数据传输，主要应用于制造业自动化领域；pa应用于过程自动化行业，符合iec1158-2标准。
profibus本质为rs485通信，支持多个设备间的数据交换，例如典型的主-从系统以及多主多从混合系统等数据交换。profibus总线的传输速率为9.6kbit/s至12mbit/s，大传输距离在9.6kbit/s下为1200m，在1.5mbit/s为200m，12mbit/s时为100m，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，多可挂接127个站点。
2. profinet现场总线的介绍
profinet是由profibus国际组织（profibusinternational，pi）推出的新一代基于技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，profinet为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，覆盖了实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等自动化领域的新兴领域。并且，作为开放的标准，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如profibus）技术，即利用了现有的以太网新的it技术，又大限度的兼容了现有的系统和设备。
二、现场总线的接地规范
1. 接地和等势连接
有效的接地和等势连接对于提高profibus/profinet网络的抗干扰性是非常重要的。接地及等势连接是profibus/profinet正确完成功能的基础。通讯电缆的屏蔽层的正确接地将有效的降低静电的干扰。等势连接则保证了整个网络都处在一个“地”电位上，从而防止整个网络中的地电流流过profibus电缆的屏蔽层。
2. 保护地
保护地是保护人员不受电击伤害的基础。也保护了设备或机器不受漏电的损害。
保护接地为故障电流提供了一个回路，将故障电流导向大地，并引起熔断器熔断或跳闸，从而实现设备断电。保护接地的图标为：
图1 保护地
3. 功能地
功能地为设备的屏蔽层提供了一个稳定的零电势参考点。设备的外壳以及外部的屏蔽应该被连接到功能地，从而将屏蔽层上的干扰信号导入地，避免了干扰进入设备。
（1） 有些profibus / profinet设备专门有一个功能地的端子，须将该端子连接到系统的地。该端子标识为：
图2 功能地
注意，保护地的端子与该功能地的端子是相互独立的。保护地须连接至系统的保护地。
（2） 有些设备的接地是通过din- 导轨实现的，此时应将din- 导轨接地。
（3） 应使用具有横截面积（>; 2.5 mm2）的铜线将profibus /profinet站点接地。好采用带有黄绿标识的接地电缆。
4. 等势连接
等势连接系统用于将工厂中不同地点的不同的地电势进行等势处理，从而避免由于地电势的不同产生的电流通过profibus /profinet的屏蔽层。
可使用铜线或镀锌的接地条做等势体。
等势连接应保证与接地端子大面积的接触。
图3 屏蔽层的连接方式
将所有的profibus / profinet设备的屏蔽层以及地（如果可能的话）都连接到该等势系统上。
图4 系统的等电位连接
将设备安装的表面（例如柜内的安装面板或者安装导轨）与等电位连接系统相连接。
将profibus / profinet的等势连接于工厂建筑的等势连接系统尽量多的进行连接。
图5 系统与建筑的等电位连接
如果遇到喷漆的地方，须去除漆面再进行导体的连接。
对于连接点以及等电位系统，应进行防腐处理：例如镀锌或涂漆。
使用安全螺钉或端子对接地和等电位系统进行连接。使用可锁定的垫圈，避免由于移动或振动导致的连接松动。
等势线的终端应用套管或线耳进行连接，不得锡焊。
尽可能的将等势线与profibus / profinet电缆靠近。
将电缆槽进行连接，并将电缆槽与等电位系统尽可能多的进行连接。
图6 电缆槽连接至等电位系统
如果两个厂房之间或距离较远的地点之间连接的profibus / profinet电缆，须同profibus /profinet电缆一起放置一根等势线。等势线的小截面积须符合iec60364-5-54标准：
o 铜 (copper)为6 mm2 ；
o 铝 (aluminum)为16 mm2 ；
o 钢 (steel)为50 mm2。
图7 等势线与网线放置
是将自动化底层的现场控制器和现场智能设备等互连的实时控制通信网络，它遵循iso的osi开放系统互连参考模型的全部或部分通信协议。现场总线控制系统(fieldbuscontrolsystem，fcs)则是用开放的现场总线控制通信网络，将自动化底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时网络控制系统。
一般而言，现场总线与局域网的区别有以下两点。
1)按功能比较，现场总线连接自动化底层的现场控制器和现场智能仪表设备，网线上传输的是小批量数据信息，如检测信息、状态信息、控制信息等，传输速率低，但实时性高。现场总线是一种实时控制网络。局域网用于连接局部区域的各台计算机，网线上传输的是大批量的数字信息，如文本、声音、图像等，传输速率高，但不要求实时性。从这个意义而言，局域网是一种高速信息网络。
2)按实现方式比较，现场总线可采用各种通信介质，如双绞线、线、光纤、无线、红外线等，实现成本低。局域网需要专用电缆，如同轴电缆、光纤等，实现成本高。
根据国际委员会(international electrotechnical commlssion，iec)标准和现场总线基金会(fieldbusfoundation，ff)的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
现场总线主要是面向过程控制，除传输数字与模拟信号的直接信息外，还可传输控制信息，网络交换的数据单元是帧(frame)。与(distributedcontrolsystem，)相比，现场总线控制系统具有可靠性高、更好的安全性、互换性和互操作性、开放性及分散性等优点。
现场总线是将自动化底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络，它遵循iso/osi开放系统互联参考模型的全部或部分通信协议。
profibus是由siemens公司提出并极力倡导，已先后成为德国国家标准din19245和欧洲标准en50170，是一种开放而独立的总线标准，在、工业过程控制、智能建筑中充当通信网络。profibus由profibus-pa、profibus-dp和profibus-fms3个系列组成。profibus-pa(processautomation)用于过程自动化的低速数据传输，其基本特性同ff的hl总线，可以提供总线供电和本质安全，并得到了专用(asic)和软件的支持。profibus-dp与profibus-pa兼容，基本特性同ff的h2总线，可实现高速传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输，用于连接profibus-pa和加工自动化。profibus-fms适用于一般自动化的中速数据传输，主要用于、执行器、传动、、纺织和楼宇自动化等。后两个系列采用rs485通信标准，传输速率从9.6kb/s～12mb/s，传输距离从100～1200m（与传输速率有关）。介质存取控制的基本方式为主站之间的令牌方式和主站与从站之间的主从方式，以及综合这两种方式的混合方式。profibus是一种比较成熟的总线，在工程上的应用十分广泛。
多年来，profibus，成功地应用于制造业、楼宇、过程控制和电站自动化，profibus产品在世界市场上被普遍接受，市场占有率超过40%，年增长率20%～30%，目前支持profibus标准的产品超过1500多种，分别来自国际上250多个生产厂家。在世界范围内已安装运行的profibus设备已超过200万台。profibus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的标准，总线存取协议是通过osi参考模型第二层（数据链路层）来实现的，它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。由profibus-fms、profibus-dp和profibus-pa组成了profibus系列。
profibus-fms主要用于工厂、楼宇自动化的单元级，实现对变量的访问、程序调用、运行控制及事件管理等；profibus-dp主要用于现场级的高速数据传输、解决自动控制系统（如plc、pc等）通过高速串行总线与分散的现场设备（i/o、驱动器、阀门等）之间的通信任务。profibus-pa是profibus-dp在保持其通信协议的条件下，增加了对现场仪表而言优选的传输技术，是profibus-dp向现场的延伸。
根据国际委员会iec1158定义(后改为iec61158)，现场总线是“安装在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置、系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。或者说，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。
自现场总线概念提出以来，全球各大自控和仪表公司开发了数十种现场总线，目前在全球范围内被广泛认可的现场总线系统包括：profibus、ff、controlnet、profinet、pnet等总线系统。
profibus现场总线系统介绍
(1)profibus是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、等其他领域自动化。
(2) profibus由三个兼容部分组成，即profibus-dp（decentralizedperiphery）、profibus-pa(process automation)、profibus-fms(fieldbusmessage specification)。
(3)profibus-dp：是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24vdc或4-20ma信号传输。主站和从站之间采用轮询的通讯方式，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信。
(4)profibus-pa：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。和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。
(5)profibus-fms：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。
(6)profibus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层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
profibus协议结构是根据iso7498国际准，以开放式系统互联网络（open systeminterconnection-sio）作为参考模型的。osi模型是现场总线技术的基础。对于工业控制底层网络来说，单个节点面向控制的信息量不大，信息传输的任务相对比较简单，但实时性、快速性的要求较高。现场总线采用的通信模型大都在osi模型的基础上进行了不同程度的简化。
(1)profibus-dp：定义了第1、2层和用户接口。第3到7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1、2、7层，应用层包括现场总线信息规范（fieldbus messagespecification-fms）和低层接口（lower layerinterface-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。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，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。
profibus的传输技术
profibus提供了三种数据传输类型：
·用于dp和fms的rs485传输
采用的电缆——屏蔽双绞线；
拓扑结构——总线型；
通信速率——9.6kbps/1200m，12mbps/100m；
每段多节点数——32；
不支持总线供电；
·用于pa的iec1158-2传输
采用的电缆——屏蔽双绞线；
拓扑结构——总线型、树形；
通信速率——31.25kbps/1900m；
每段多节点数——32；
支持总线供电；
·用于dp和fms的光纤传输
用于电磁兼容要求高和长距离要求的场合；
profibus的通信介质访问控制方式
profibus的通信介质访问方式为分布式令牌方式，是一种时间触发的网络协议。主节点之间为令牌环传递方式，主节点和从节点之间为主从轮询方式。当主节点得到令牌后，允许它在一定的时间内与从节点和（或）其他主节点通信。令牌在所有主节点中循环一周期的长时间（设定周期ttr）是事先预定的，决定了各主节点的令牌具体保持时间的长短。主节点之间传输数据必须保证在事先定义的时间间隔内主节点有充足的时间完成通讯任务，主节点与从节点之间的数据交换要尽可能快且简单地完成数据传输。
为此，profibus的介质访问控制mac协议设置了两类时钟计时器：一类是令牌运行周期计时器，用于令牌的实际运行周期trr计时；另一类是持牌计时器，用于主节点令牌保持时间tth计时，当令牌到达某个主节点时，此节点的周期计时器开始计时。
当令牌又一次到达主节点时，mac将周期计时器的trr值与设定周期值ttr的差值赋给持牌计时器，即tth=ttr-trr，持牌器根据该值控制信息的传送。
在持牌计时器控制信息发送时，如果令牌到达超时，即tth<0，则此节点只可以发送一个高优先级信息；如果令牌及时到达，则此节点可以连续发送多个等待发送的高优先级信息后，直到高优先级信息全部发送完毕，或者超过持牌时间。如果发完所有待发送的高优先级信息，仍有持牌时间，则可以用同样的方式发送低优先级信息。无论发送高优先级还是低优先级信息，都只在发送前检测持牌时间是否超时，而不是预先检测发送完此信息是否超时，此种检测方法意味着信息发送不可避免地造成持牌时间超时，影响了周期性实时通信的实现。