6ES7223-1BL22-0XA8产品规格
Profibus是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产厂商的现场总线标准。它广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其它领域自动化。PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS－PA（ProcessAutomation）、PROFIBUS－FMS（FieldbusMessagespecification），适用于工厂内车间级和现场级的设备间数字化的数据交换和通信，以实现工厂现场底层到车间级分散式数字控制和现场通信网络化，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（图1）。
到目前为止，符合Profibus标准的产品已超过1，500多种，它们分别来自250多家不同生产厂商。在世界范围内，已安装运行的PROFIBUS设备超过2，000，000个。由于符合PROFIBUS标准的设备具有互操作性和互换性，终用户不仅可以按各自的设计要求不再依赖个别生产厂商而从广泛的产品系列中选择佳和经济的产品构成自己的现场总线应用系统，还可以节省硬件、工程和安装等成本约40％。
2 Profibus协议结构
Profibus协议以ISO7498开放系统互联网络OSI（OpenSystemIntercomection）参考模型为基础，采用了该模型七层中的层（物理层）、第二层（数据链路层）和第七层（应用层），增加了用户接口层。PROFIBUS－DP／－PA／－FMS均使用了层、第二层和用户接口层，FMS还使用了第七层，而DP／PA未使用第七层（图2）。
2．1 层：定义物理的传输技术
现场总线系统的应用在较大程度上取决于选择哪种传输技术，既要考虑简便和经济的因素，在流程自动化的应用场合，数据和电源还必须在同一根电缆上传送，以达到本质安全的要求等。单一的传输技术不可能满足所有要求。为此，Profibus提供可选的三种传输技术：
RS－485：用于DP／FMS，波特率从9．6kbit／s到12Mbit／s。传输距离与波特率有关，每段多可接32个站（主站／从站）。通过中继器（repeater）可以增加段数，距离也相应可延长至10km，总线上的站数多可达127个。
光纤电缆（FO）：用于DP／FMS，可选，用于电磁兼容性（EMC）要求高和长距离要求的场合。
IEC1158－2：用于PA，波特率31．25kbit／s，具有本质安全特性，由总线对设备供电。
电缆均采用屏蔽／不屏蔽双绞线。由于DP和FMS使用同样的传输技术，这二个系统可在同一根电缆上操作。通过DP／PA段藕合器或DP／PA段连接器，PA系统能很方便地集成到DP网络中。
2．2 第二层：定义总线存取协议
Profibus－DP／－PA／－FMS均使用一致的总线存取协议。该协议是通过OSI参考模型的第二层来实现的，它还包括数据的可靠性、传输协议和报文处理等。在PROFIBUS中，第二层称之为现场总线数据链路层FDL（FieldbusDatabbbb）。
（1）为了满足工业自动化应用领域对通信方式的各种需求（如集中式、分散式和集中与分散混合式），Profibus总线存取协议提供两种方式：从站之间的令牌（Token）传递存取方式和主站与从站之间的轮询（Polling）存取方式（图3）。
由于这种总线存取方式，可以实现三种系统配置：主－主系统，主－从系统和混合系统，从而能满足工业自动化各应用领域的需求。
（2）数据传输程序的控制由介质存取控制MAC（MediumAccessCOMEO1）来实现，在总线系统建立初期，MAC的任务是检查总线上的站点地址并建立逻辑令牌环。令牌环是所有主站的组织链，按主站地址升序构成，在总线运行期间，断电或损坏的主站必须从环中排除，新接入的主站必须加入令牌环。MAC确保在任一时刻只有一个主站具有令牌（总线存取权），令牌在所有主站间循环一周的时间和各主站持有令牌的时间，根据应用系统的要求，经计算后在系统组态时设定。MAC还有监测、检查传输介质及收发器故障、站地址错和令牌错误等功能。
（3）数据传输的完整性和可靠性，依靠所有报文的海明距离HD＝4（HammingDistance），符合IEC870－5－1制定的要求。
（4）Profibus第二层按非连接的模式操作，提供三种通信方式：
·点对点通信；
·广播通信，即主站向所有其他站（包括主和从）发送信息，不要求回答；
·有选择的广播通信，即主站向一组站（主和从）发送信息，不要求回答。
（5）在Profibus－DP／－PA／－FMS中，分别使用了第二层服务的不同子集。这些服务通过第二层的服务存取点SAP（Serviceaccesspoint）由上一层调用。在FMS中，这些服务存取点是用来建立逻辑通信系统表，而在DP／PA中，对每个服务存取点都赋予一个不同的、定义明确的功能。
2．3 第七层和用户接口层
（1）Profibus－DP未使用第七层，这种结构确保了数据传输的快速和有效。在DP的用户接口层中，直接数据链路映象DDLM（DirectData bbbbMap－per）为用户接口进入第二层提供了简捷的途径。用户接口中还规定了用户、系统及不同设备可调用的应用功能。DP行规（Profile）详细说明了各种不同DP设备的设备行为等。
（2）Profibus－PA也未使用第七层，在PA的用户接口层，它以DP基本功能为基础，采用扩展的DP功能。还用PA行规描述了现场设备的各种参数和设备行为的各种要求。
（3）Profibus－FMS使用了第七层（应用层），应用层由现场信息规范FMS（FieldbusMessagespeci－fication）和低层接口LLI（LowerLayerInterface）组成。
FMS包括应用协议层并向用户提供可广泛选用的强有力的通信服务。
LLI协调各种通信关系，并为FMS提供不依赖设备的访问第二层。在用户接口规定FMS设备
行规。
3 Profibus－DP／－PA／－FMS的主要特性
除上述已经说明的Profibus特性外，再分别对DP－PA－FMS的主要特性作概要叙述。
3．1 Profibus－DP
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）通过高度分散的现场设备（I／O、驱动器等）之间的通信任务。使用PROFIBUS－DP可取代现场的24V或0～20mA的并行信号传输技术。
自动控制系统与分散的现场设备间的数据交换多数是周期性的，而对智能化现场设备还需要有非周期性的数据交换（如组态、诊断、报警处理等）。周期性的通信由DP基本功能完成，非周期性的通信由DP功能完成。
Profibus提供了冗余技术，系统冗余和介质冗余。
·Profibus－DP行规
Profibus－DP协议规定了用户数据怎样在总线各站之间进行传递。DP行规具体说明用户数据的含义，并具体规定了PROFIBUS－DP如何在应用领域使用。利用行规，设备操作和终用户可以互换不同生产厂商生产的设备，甚至还允许互换不同厂商生产的部件，这降低了用户的工程和维护成本。
3．2 Profibus－PA
Profibus－PA主要用于流程工业自动化领域。它将自动化系统或过程控制系统与设备（如压力、温度和液位变送器等）通过总线连接起来，并解决它们之间的通信任务。PA采用IEC1158－2传输技术，现场设备由总线供电，具有本质安全特性。可用于有爆炸危险的区域。使用PROFIBUS－PA可取代现行的4～20mA的模拟技术。
（1）PA行规保证了不同生产厂商生产的现场设备具有互换性和互操作性，是Profibus－PA的一个组成部分。PA行规的主要任务是选用各类现场设备必须的通信功能，并提供这些设备功能和行为的一切必要的规格、参数等。
（2）RS485／FO（光纤）和IEC1158－2传输技术之间可以通过DP／PA藕合器（coupler）或PA链接器（bbbb）相连接，从而使Profibus网络很容易地延伸到有爆炸危险的应用区域。
·藕合器／链接器的主要任务是：
将异步数据格式转换为同步数据格式，并将传输速率转换为31．25kbit／s向现场设备供电，限制馈电流（适用于防爆）。
·藕合器与链接器的区别
藕合器与“一根导线”的作用相同，不是系统组态的对象，从总线的角度看，它是不可识别的；链接器应用于对循环时间要求很高和现场设备（仪表）数量很大的场合。每个链接者可连三个藕合器。链接器对上位主站而言它是从站，对它下面连接的现场设备而言它又是主站（图4）。
Profibus－PA与AS－I（传感器／执行器接口）、HART和传统仪表可以混合使用。这为终用户改造传统的应用系统提供了很大的方便和灵活性，也为设备仪表的生产厂提供了广泛的选择余地。
3．3 Profibus－FMS
Profibus－FMS主要用于车间（或单元）级的通信，它的通信是面向对象的。由于这一级处在工厂自动化系统的中间层，起承上启下的作用，在这一级高性能的功能要求远比系统的快速反应更为重要。FMS除解决智能现场设备（如PLC、PC、MMI等）之间的通信任务外，还提供了大量的、强有力的管理和服务功能，以适应各种应用需要。它也用于大范围和复杂的通信系统。
（1）Profibus－FMS应用层包括两部分：现场总线信息、规范（FMS）和低层接口（LLI）。
（2）通信模型
Profibus－FMS利用通信关系将分散的应用过程统一到一个共用的过程中，在应用过程中，可用来通信的那部分现场设备称虚拟现场设备VFD（VirtualFieldDevice）。VFD中部分变量能通过两个通信关系来读写。
（3）通信对象和对象字典（OD）
·FMS面向对象通信，它确认5种静态通信对象：简单变量、数组、记录域和事件，还确认2种动态通信对象：程序调用和变量表。
·每个FMS设备的所有通信对象都填入对象字典（OD）。对简单设备OD可以定义，对复杂设备OD可以本地或远程通过组态加到设备中去。静态通信对象进入静态对象字典，动态通信对象进入动态通信字典。每个对象均有一个唯一的索引，为避免非授权存取，每个通信对象可选用存取保护。
（4）Profibus－FMS服务
FMS服务项目是ISO9506制造信息规范MMS（ManufacturingMessageSpecification）服务项目的子集。这些服务项目在现场总线应用中已被优化，还加上了通过对象功能的管理和网络管理。Profibus－FMS提供了大量的管理和服务，满足了不同设备对通信提出的广泛需求，服务项目的选用取决于特定的应用，具体的应用领域在FMS行规中规定，FMS服务分以下几组：
·上、下关系管理；区域管理；OD管理；变量存取服务；事件管理；VFD支持服务；程序调用管理
（5）低层接口（LLI）
第七层到第二层服务的映射由LLI来解决，其主要任务包括数据流控制和联接监视。用户通过称之为通信关系的逻辑通道与其他应用过程进行通信。LLI提供了各种类型的通信关系。FMS设备的全部通信关系都列入信息关系表CRL（Communica－tionRelationshipList）。每个通信关系通过通信索引（CREF）来查找，CRL中包含了CREF和第二层及LLI地址的关系。
（6）网络管理FMS还提供网络管理功能由FMA7（FieldbusManagementLayer7）现场总线管理层7完成。其主要功能有：上、下关系管理、配置管理、故障管理等。
（7）Profibus－FMS行规FMS提供了范围广泛的功能来保证它的普遍应用。在不同的应用中，具体需要的功能范围必须与具体应用要求相适应。设备的功能必须结合应用来定义，这些适应性定义称之行规。行规提供了设备的可互换性，保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能。
4 Profibus实现的可能性
一方面，目前Profibus协议芯片已形成系列产品，使用这些协议芯片使PROFIBUS协议的具体实现简单、方便、省时间省费用，还可达到快速提供产品的目的。另一方面，从原理上，PROFIBUS协议在任何微处理器上都可以实现，在微处理器的内部或外部需要安装异步串行接口（HART）。但当协议的传输速率超过500kbit／s或需要连接IEC1158－2传输技术时，还是应该使用协议专用芯片。采取何种方法来实现PROFIBUS协议主要取决于现场设备的复杂程度、它所需要的性能和功能，各种方法所需要的各类硬件和软件均可从市场上多家厂商买到。这些产品已列入PROFIBUS产品指南。
为保证Profibus产品的质量和设备的可互操作性和可互换性，PROFIBUS用户组织已据EN45000标准编制了一套产品测试认证程序。在德国和美国已建立了相应的测试实验室，经过测试合格的产品，由PROFIBUS用户组织发给认证证书，给一个识别号。目前正在中国CPO建立PROFIBUS产品演示和测试实验室，该实验室设在北京机械工业自动化研究所内。这为中国的用户和PROFIBUS产品的生产企业将提供极大的方便。
5 Profibus的应用及前景
Profibus产品以每年20～30％的惊人速度发展，截止1998年6月，全世界PROFIBUS设备安装总数已达200万台，100多家企业生产的PROFIBUS产品已达1600种以上，应用多达20万个，总投资达45亿美元。
Profibus－PA现场仪表自1997年以来已售出2万多台，且在世界各地运行。据人士预测：今后12个月内，PROFIBUS－PA仪表销售量可达5万台；今后5年内，市场销售额可达6．5亿美元。
目前，ProfibusInternational（PI）国际组织的成员有800个，分布在21个国家。前不久，一些在过程自动化领域占有重要地位的企业，如FOXBORO和横河（YOKOGAWA）也加入了PROFIBUS－PA的行列。PROFIBUS实际上已经超越了欧洲标准的范畴，成为国际上的标准化现场总线。
在中国，相应的组织机构是CPO－ChinaProfibusOrganization，成立于1997年7月3日。目
前，国内至少有50家企业运用Profibus－DP成功地实现了从食品、机械、楼宇、烟草、钢铁、电站直至环保工程的自动化，并取得了明显的经济效益。
在新世纪，现场总线已经在自动化领域中引发了一场变革，将同融合PLC、DCS和现场总线于一体的全集成自动化系统、信息网络技术一道，形成自动化技术发展的主流。
积压等现象将不可避免地存在。
本文将引入一种基于现场总线的多电机交流控制系统，它结合了目前主流的现场总线技术，并考虑了实际应用的便利性，从总线引入、硬件组构、软件原理三方面出发详细阐述了该多电机交流控制系统的主要特点。
2 现场总线Profibus的引入
现场总线Profibus，即Process fieldbus ，它自1984年开始研制现场总线产品，经过十多年的开发、生产和应用，Profibus已成为欧洲的开放式现场总线系统。目前PNO（Profibus用户组织）已拥有600多个成员，生产近千种产品。Profibus产品在欧洲市场占有率大于40％，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。
Profibus以ISO7498为基础，以开放式系统互联网络（OSI，Open system interconnection）作为参考模型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应用功能。Profibus-DP,Profibus-PA和Profibus-FMS构成了Profibus家族。其中Profibus-DP（Decentralized Periphery）是一种高速和便宜的通信连接，它专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用。使用Profibus-DP模块可取代24伏或4～20毫安的串联式信号传输。直接数据链路映像（DDLM）提供的用户接口，使得对数据链路层的存取变得简单方便，传输可使用RS－485传输技术或光纤媒体。本文介绍的就是DP部分。
标准现场总线Profibus DP的硬件由主设备、从设备、网络网路等三部分组成。其中主设备用以控制总线上的数据传输，且在没有提供外部请求时发送信息和被授权可访问总线；从设备是相对于主设备而言较为简单的外部设备，且未被授权访问总线；网络网路如传输介质和网络链接器，前者如屏蔽双绞电缆构成电气网络、用塑料或玻璃纤维光缆构成的光纤网络、或是基于两种媒介之间由OLM转换的混合网络，后者如RS485总线连接器、RS485总线终端、RS485中继器、光链路模块OLM等。
在多电机交流控制系统中，存在着电机控制点、各交流变频器分布线长分散的特点，采用现场总线技术可以在控制室内和现场操作台各装设分布式I/O模块，联成总线网络，以数字方式来进行控制数据的串行传输，这样一来，控制系统将具有更佳的抗干扰能力，所提供给变频器的参考值亦比较jingque。
3 多电机交流控制系统的硬件组构
图一（左）是多电机交流控制系统的硬件联络图。由图中可知，现场总线Profibus的主设备采用了西门子可编程控制器PLC S5，通过IM308接口模块再与Profibus总线联络。做为主设备，PLC S5负责读取悬挂在总线上的所有分布式I/O模块的变频器状态字（包括数字量和模拟量），进行变频器控制字（包括数字量和模拟量）的传送。从设备为分布式输入输出模块ET200， 每一个ET200从站可以挂接大至32个的数字量或模拟量输入输出卡（如DI、DO、AI、AO等）， 并通过对于ET200从站接口卡IM318进行地址DIP设置后即可确认该挂接的I/O卡的地址值。
由于ET200从站的远程分布特性，在变频器较为集中的地方进行设置相应的从站，并对相关联的变频器进行点对点的连接，具体接线方式如图一（右）所示。所有的变频器都有I/O接口，包括数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出。其中数字量输入有正向启动、反向启动、外部故障（如电机温升等）、点动、使能、设定频率启动等，数字量输出包括变频器运行信号、故障信号、运行频率区间信号、报警信号等；模拟量输入输出必须先进行U/I方式的设定，以确认4～20mA信号抑或0～10V信号，其中模拟量输入主要为设定速度或频率的参考值，模拟量输出为电流实际值、速度实际值、频率实际值、DC回路电压值等。
多电机交流控制系统的硬件组构相对简单，以可编程控制器为中心，通过Profibus总线依次连接了相关联的ET200从站组，并通过各从站组连接相应的变频器组。其中总线采用电气双绞线路，布线明了；从ET200从站到关联变频器组采用较短的控制线路连接即可。此传输数据方式以串行的数字方式为主、只有在到达变频器时才又采用部分模拟信号，丝毫不影响传输数据的可靠性和抗扰性。
4 多电机交流控制系统的软件设计
4.1 多电机交流控制系统的软件流程
基于现场总线的多电机交流控制系统的软件设计包括以下几点，如图二（左）所示：
1) PLC IM308接口模块的初始化：在现场总线启动前，必须先配置Profibus总线，并分配各个总线站的参数（总线上的传输速率、总线的标准（一般为DP-Standard）、设定故障模式（包括诊断设置和诊断地址等）。
2) 读取1＃变频器的状态字和实际值：通过连接在变频器端的ET200从站的I/O端子，通过对远程I/O的操作，读取变频器的状态字（数字量）和实际值（模拟量）。
3) 判断变频器是否处于故障，如故障则报警存档，否则根据系统的要求输出模拟量值到连接1＃变频器端ET200从站的I/O端子，包括控制字和设定值。
4) 重复2、3步骤，依次对2＃、3＃、4＃……N＃变频器进行读写操作。
4.2 多电机交流控制系统的逻辑控制原理
逻辑控制是指变频器与其它外部控制信号间实现对特定设备的开启和运行进行逻辑互锁。比如在纸厂对供料泵进行变频控制时，改供料泵开启的必要条件有：（1）阀门打开到位；（2）料罐液位正常；（3）供料泵密封水正常。如果此3条件缺少任何一个，将不能开启该设备。而该供料泵持续运行的条件，除以上3个条件，尚需增加管路liuliang、压力正常这一条件，否则将自动停止供料泵的运行。
逻辑控制的目的是为了保护人身安全、保证设备正常和稳定生产质量，在多电机交流控制中对其进行逻辑互锁的保护是必不可少的一步。
4.3 变频器的闭环控制原理
通常情况下，变频器以开环方式运行，但对于较高的生产要求时，尤其在多电机交流传动控制中，变频器必须在闭环控制下才能达成生产所需的目标。比如胶片机、冷轧机、造纸机等连续性生产线，闭环控制尤其重要。
在图二（右）图中，变频器是以闭环控制进行工作。其中电流内环转矩控制直接由变频器内部完成，未在本图中注明。图中描述的是速度控制闭环，从模拟输入信号（按照各变频器的说明书来决定是电流或电压信号，并且需设置好相应的DIP开关和参数），通过高和低频率的限定，即与从速度传感器反馈回来经过滤的信号相比后，进入PID控制（PID的参数可在变频器参数中整定），再通过斜率发生器（包括RAMP ON TIME / RAMP DOWN TIME）后，直接进入电流环控制电机的输出。如此就构成了变频器的闭环控制。
5 结束语
通过对本系统的建构，能广泛应用于小型浆纸厂、粉末加工厂、楼宇风泵控制等领域。由于它通过一种开放式、具有IEC标准的现场总线Profibus系统进行组构，具有（1）低柔性的修改和扩展功能；（2）实现分布式控制，tigao系统的响应速度，tigao控制精度；（3）降低系统的不可靠性，增强可维护的功能。
PLC常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：是继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出，其图所示。
继电器输出的PLC是利用了继电器的触点和线圈将PLC的内部电路与外部负载电路进行电气隔离。
晶体管输出型PLC是通过光电耦合器使晶体管截止或导通以控制外部负载电路，并PLC内部电路和晶体管输出电路进行电气隔离。
继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低，但负载能力强；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于交流负载。
对于电阻负载而言，继电器输出的PLC每点电流为为2A，个别型号的PLC每点负载电流高达8~10A，晶闸管和晶体管输出型PLC负载电流一般在0.3~0.5A
PLC继电器、晶体管、晶闸管输出类型的区别：
1.负载电压、电流类型不同
负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。
电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。
电压：晶体管可接直流24V（一般大在直流30V左右，继电器可以接直流24V或交流220V。
2.负载能力不同
晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。
3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额更多。
4.晶体管响应速度快于继电器
继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。
晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频率高的输出：如温度PID控制，主要用在步进电机控制，也有伺服控制，还有电磁阀控制（阀动作频率高）。
5.在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制继电器是机械元件有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。
6. 晶体管输出的价格稍贵一点.