现场总线控制系统（FCS）系列：Siemens ProfiBus_（2）.ProfiBus的历史与发展.docx

PAGE1

PAGE1

ProfiBus的历史与发展

ProfiBus的起源

ProfiBus（ProcessFieldBus）是一种现场总线标准，主要用于工业自动化领域中的设备通信。它由德国西门子公司（Siemens）于1980年代末期开发，旨在解决当时的工业自动化系统中设备间通信的问题。在那个时候，工业自动化设备之间的通信大多依赖于传统的点对点接线方式，这种方式不仅布线复杂、成本高昂，而且维护困难。ProfiBus的出现，极大地简化了设备间的通信，降低了系统成本，提高了系统的可靠性和灵活性。

1.工业自动化的需求

在1980年代，随着制造业的快速发展，工业自动化的需求也日益增加。传统的控制方式已经无法满足现代工厂对高效、可靠和灵活的需求。具体来说，传统控制系统存在以下几个主要问题：

布线复杂：每个设备都需要单独的信号线，导致布线工作量巨大。

成本高昂：大量的电缆和接线端子增加了系统的成本。

维护困难：系统故障时，需要逐一排查每个连接点，维护工作耗时耗力。

扩展性差：增加新的设备时，需要重新布线，影响生产效率。

2.ProfiBus的开发背景

为了解决上述问题，西门子公司开始研发一种新的通信协议，即ProfiBus。ProfiBus的开发背景包括：

标准化需求：不同厂商的设备需要一种统一的通信标准，以实现互操作性。

技术进步：随着微电子技术和计算机网络技术的发展，现场总线技术成为可能。

市场需求：工业界对高效、可靠的通信解决方案的需求日益增长。

3.ProfiBus的标准化过程

ProfiBus的标准化过程经历了多个阶段：

初步研究：1989年，西门子公司开始初步研究现场总线技术。

标准草案：1991年，ProfiBus标准草案发布，开始征求行业意见。

正式标准：1994年，ProfiBus正式成为国际标准（IEC61158），标志着其在工业自动化领域的广泛认可。

ProfiBus的发展历程

1.早期应用

ProfiBus最早应用于过程控制系统（PCS）中，主要用于连接传感器、执行器和控制器。其早期应用包括：

过程控制：在化工、石化等行业的过程控制中，ProfiBus连接各种模拟量和开关量设备，实现数据的高效传输。

离散制造：在汽车制造、机械加工等离散制造行业中，ProfiBus连接各种数字量设备，如PLC、变频器等，提高生产效率。

2.技术演进

随着技术的不断进步，ProfiBus也经历了多次演进：

ProfiBusDP：1994年，ProfiBusDP（DecentralizedPeriphery）标准发布，主要应用于离散制造行业，连接PLC和数字量设备。

ProfiBusPA：1996年，ProfiBusPA（ProcessAutomation）标准发布，主要应用于过程控制行业，连接模拟量和开关量设备。

ProfiBusFMS：1998年，ProfiBusFMS（FieldbusMessageSpecification）标准发布，用于实现更复杂的通信需求，如设备诊断和故障处理。

3.市场接受度

ProfiBus在市场上迅速获得了广泛接受，主要原因包括：

互操作性：ProfiBus标准确保了不同厂商设备之间的互操作性，大大降低了系统的集成难度。

可靠性：ProfiBus采用差分信号传输，具有较强的抗干扰能力，保证了通信的可靠性。

灵活性：ProfiBus支持多种通信速率和拓扑结构，可以根据实际需求灵活配置。

成本效益：ProfiBus减少了布线和接线端子的需求，降低了系统的总体成本。

ProfiBus的技术特点

1.通信协议

ProfiBus采用了一种基于主从结构的通信协议，主设备通常是PLC或PC，从设备可以是传感器、执行器或其他现场设备。通信协议的主要特点包括：

主从结构：主设备发起通信请求，从设备响应。这种结构确保了通信的有序性和高效性。

数据帧格式：ProfiBus的数据帧格式包括帧头、数据域和帧尾，具体格式如下：

帧头：包含帧类型、源地址和目标地址等信息。

数据域：包含实际传输的数据。

帧尾：包含校验和等信息，用于确保数据的完整性。

2.通信速率

ProfiBus支持多种通信速率，具体如下：

ProfiBusDP：通信速率为9.6kbps至12Mbps。

ProfiBusPA：通信速率为31.25kbps。

ProfiBusFMS：通信速率为9.6kbps至12Mbps。

3.拓扑结构

ProfiBus支持多种拓扑结构，包括：

线型拓扑：设备通过总线依次连接，适用于长距离传输。

树型拓扑：主设备连接多个从设备，每个从设备可以进一步连接其他设备，适用于复杂的网络结构。

环型拓扑：设备通过环形总线连接，提高了系统的可靠性。

ProfiBus