现场总线控制系统（FCS）系列：Siemens ProfiBus for Gas Processing_（1）.ProfiBus现场总线控制系统概述.docx

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ProfiBus现场总线控制系统概述

1.ProfiBus简介

ProfiBus（ProcessFieldbus）是一种广泛应用于工业自动化领域的现场总线标准。它由PROFIBUS用户组织（PNO）开发，旨在实现设备之间的高效通信。ProfiBus主要有两种类型：ProfiBus-DP（DecentralizedPeriphery）和ProfiBus-PA（ProcessAutomation）。在燃气处理行业中，ProfiBus-PA尤其重要，因为它专门设计用于爆炸危险区域，支持本安型设备的通信。

1.1ProfiBus的历史和发展

ProfiBus最初于1989年发布，是欧洲标准化委员会（CENELEC）和国际电工委员会（IEC）认可的标准。其发展经历了多个版本的迭代，必威体育精装版的版本为PROFIBUSDPV1.2和PROFIBUSPAV1.2。ProfiBus在工业自动化领域的广泛应用，得益于其高可靠性、实时性和易于集成的特点。

1.2ProfiBus的主要特点

实时性：ProfiBus支持快速数据传输，适用于实时控制应用。

高可靠性：采用RS-485物理层，具备抗干扰能力强的特点。

兼容性：支持多种设备和协议的集成，易于扩展。

成本效益：减少布线成本，提高系统可靠性。

安全性：ProfiBus-PA支持本安型设备，适用于危险区域。

2.ProfiBus在燃气处理工业控制系统中的应用

2.1燃气处理控制系统的需求

燃气处理控制系统需要实现对各种设备的实时监控和控制，包括压力传感器、温度传感器、流量计、阀门、泵等。这些设备通常分布在广阔的区域，传统的点对点布线方式不仅成本高昂，而且维护复杂。ProfiBus通过网络化的方式，将这些设备连接起来，实现高效的数据传输和设备管理。

2.2ProfiBus在燃气处理控制系统中的优势

减少布线：通过现场总线连接多个设备，大幅减少布线需求。

简化维护：网络化管理使得故障诊断和维护更加便捷。

提高安全性：ProfiBus-PA支持本安型设备，确保在危险区域的安全运行。

实时监控：支持高速数据传输，实现对设备状态的实时监控。

灵活扩展：易于添加新设备，支持系统灵活扩展。

3.ProfiBus的通信协议

3.1ProfiBus-DP

ProfiBus-DP主要用于离散自动化领域，如PLC（可编程逻辑控制器）与远程I/O模块、驱动器等设备之间的通信。其通信速率为9.6kbps到12Mbps，适用于主从通信模式。

3.1.1通信模型

ProfiBus-DP的通信模型基于OSI模型的第1层（物理层）、第2层（数据链路层）和第7层（应用层）。

物理层：采用RS-485协议，支持双绞线传输。

数据链路层：实现数据的传输和错误检测。

应用层：定义了设备之间的通信协议和数据格式。

3.1.2通信帧结构

ProfiBus-DP的通信帧结构包括帧头、数据字段和帧尾。

帧头：包含源地址、目标地址和控制信息。

数据字段：包含实际传输的数据。

帧尾：包含校验信息，用于确保数据的完整性。

3.2ProfiBus-PA

ProfiBus-PA专为过程自动化领域设计，适用于爆炸危险区域。其通信速率为31.25kbps，支持本安型设备的通信。

3.2.1通信模型

ProfiBus-PA的通信模型同样基于OSI模型的第1层、第2层和第7层，但其物理层和数据链路层经过特殊设计，以适应爆炸危险区域的要求。

物理层：采用IEC1158-2标准，支持本安型传输。

数据链路层：实现数据的传输和错误检测。

应用层：定义了设备之间的通信协议和数据格式。

3.2.2通信帧结构

ProfiBus-PA的通信帧结构与ProfiBus-DP类似，但增加了安全相关的字段。

帧头：包含源地址、目标地址和控制信息。

数据字段：包含实际传输的数据。

安全字段：包含安全相关的校验信息。

帧尾：包含校验信息，用于确保数据的完整性。

4.ProfiBus设备

4.1主设备

主设备是ProfiBus网络中的主控设备，负责网络的初始化和数据的调度。常见的主设备包括PLC、DCS（分布式控制系统）和PC等。

4.1.1主设备的功能

网络初始化：设置网络参数，如波特率、地址等。

数据调度：控制数据的发送和接收。

故障诊断：监测网络状态，诊断故障。

4.2从设备

从设备是ProfiBus网络中的被控设备，接收主设备的命令并反馈数据。常见的从设备包括传感器、执行器、变频器等。

4.2.1从设备的功能

数据采集：采集现场设备的数据。

命令执行：执行主设备的控制命令。

状态反馈：反馈设备的状态信息。

4.3中继器和网关

中继器用于延长ProfiBus网络的传输距离，网关用于实现不同网络