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【分类号】：TG595.4
摘要： PROFIBUS是ProcessField Bus的缩写，是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，根据应用特点分为PROFIBUS-DP、PROFI2BUS-FMS、PROFIBUS-PA三个兼容版本。PROFIBUS现场总线控制系统是一种全分布式开放的通信系统，采用了PROFIBUS总线方式，可以有效提高信号的传输稳定性，减少制造机床的工作量。
关键词：机床；PROFIBUS；现场总线
PROFIBUS是ProcessField Bus的缩写，是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，根据应用特点分为PROFIBUS-DP、PROFI2BUS-FMS、PROFIBUS-PA三个兼容版本。PROFIBUS是一个既简单又经济并且有较高传送速度（按照RS485标准）的设备。总线按令牌方法进行存取，即在一个逻辑循环中，主站取得了在一个确定时间窗口的发送资格，在这个时间窗口内，主站与其他主站或与下一级主—从过程中的从站进行通讯。PROFIBUS-DP的特点是最小化的响应时间和高抗干扰性。按照PROFI-BUS总线协议完成通讯功能，各站点之间只需一根RS-485双绞电缆连接，传输波特率为9·6～12 000 kbit/s，最远传送距离可达数100 m，最多连接126个用户。
一、现场总线简介
现场总线的国际标准化工作从技术和业务分工上是由国际电工委员会（简称IEC）下的第65技术委员会（简称TC65）来组织实施的，具体由TC65下面的分委员会SC65C负责。由于当前世界上现场总线种类很多，而相互之间又有自己的用户和特点，《精密制造与自动化》但尚未有一种能复盖所有的应用面，因此为了本身的利益，互不相让，所以至今有关的国际标准尚未全部完成。现场总线目前在世界上种类繁多，下面介绍几种常用的现场总线的基本情况：
1. ProfiBus总线（Process Field Bus）：
ProfiBus是种标准化的、开放式的通信网络，它遵守欧洲现场总线协议（符合DIN19245标准），因此主要用户分布在欧洲，如德国西门子公司（Siemens）。ProfiBus在机械制造、工业过程自动化、智能楼宇控制等方面充当了通讯系统的角色。目前有三种子协议（模式）：
1.1ProfiBus—PA（Process Automation）（H1）：是种低速总线，用于过程控制为主。
1.2·ProfiBus—DP（Decentral Periphery）（H2）：可实现高速传输，用于工厂自动化。
1.3·ProfiBus—FMS（Fieldbus Message Specification）：系用于一般性自动化中。
对于ProfiBus—DP主要用于工厂自动化，它作为主控器（如PLC等）与现场设备的数据交换的通讯网络，通常采用主从方式工作；使用基于RS—485标准的物理层；用屏蔽双绞电缆线传输的二线差分系统，具有极好的抗电磁干扰能力；通讯速率达12Mbit/s；一个系统可有126个节点，数千个模拟量和数字量。
2.CAN总线（Controller Area Network）：
CAN控制局域网是由德国Bosch公司提出的，最初的目的是为控制车间级的设备提供数据通路、后来由于Intel公司的加入，使得CAN在技术上更加成熟。CAN总线规范已成为国际标准ISO -DIS11519-1（用于低速通信）和ISO-DIS11898（用于高速通信），從而得到了Motorola， Intel， Philips，NEC，TI，NI等公司的广泛支持。CAN总线具有极高的可靠性，支持多处理器，链路简单，支持优先级处理等优点，因此特别适合工业过程控制监控设备的互连，受到了工业及仪器、仪表等领域重视。CAN总线的传输速率达1Mbps（40m）和5 Kbps（10Km），节点数达110个，传输介质为双绞线或光纤。它是在我国最早得到应用的现场总线之一。
3.DeviceNet总线：
DeviceNet总线是基于CAN总线协议基础上新开发的一种现场总线。它是一种低价位的总线系统，它可以连接工业自动化系统中多种设备，如限位开关、光电传感器、电磁阀、电机起动器、压力传感器、变频器等，节省了大量的硬接线。另外它还能完成传统硬性I/O接口所无法完成的设备诊断功能。DeviceNet总线与CAN总线一样，支持优先级处理，其最多能支持64个节点。总线使用主干—分支的拓扑结构。总线电源与通讯信号使用同一信号电缆，允许相互（peer to peer）进行数据交换方式和主/从方式。最大的传输速率可达500kbps。
4.World FIP总线：
该总线是在2000年World FIP技术交流与展示会（中国）上，由WordFIP组织总部、世界著名公司ALSTOM的技术部等单位引入的。目前该总线主要在欧洲，尤其是在法国有广泛的应用。该总线的市场占有率在法国约占60%之多，在欧洲约占25%，它们在能源、交通、冶金、石化、航空、船舶、楼宇等领域得到了应用。World FIP总线作为一种用于自动化系统的开放式现场总线，一开始就把满足各种环境下对生产控制的要求和不同用户的实际需要放在首位，并考虑了适应相关技术，如信息、通信技术的高速发展，设计出在单一协议的框架内，在有调度的访问控制下，既传输了实时数据，又传输了随机信息，二者互不影响，从而既是实时的、可予测性的，又是面向未来的、可与Internet连接的现场总线。
二、现场总线在机床上应用的几个实例
现场总线目前已在机床上开始了应用，尤其是在大型机床和自动线上的应用更显示出它的优越性。下面列举几个已在我厂机床中应用的例子。 1.MK8612/H型数控花键轴磨床—ProfiBus总线的应用
花键轴磨床是一种专用的磨床，它主要用来磨削各种截面形状的花键轴，花键拉刀的键侧平面和花键底径的表面等。根据其要求和计及性能价格比因素，我们采用了德国西门子公司（SIEMENS）生产的SINUMERK802D型经济型数控系统。它作为一个标准的数控产品，在高性能的数控系统（如810D，840D等）和经济型数控系统（如802S.802C等）之间架起了一道桥梁，从而构成了西门子数控系统全方位的介决方案。802D型数控系统数控、内藏PLC、驱动装置之间所有的通讯连接均通过一个ProfiBus接口来实现的，因此大大地简化了安装和接线，而且抗干扰能力也有了提高。
2.SK019/1型半自动玻璃球菱面磨床—CAN总线的应用
SK019/1型半自动玻璃球菱面磨床是一台为灯具行业用来加工灯饰用品的专用磨床。由于玻璃球菱面可能有很多种不同的形状，如球形、叶状形、橄榄形等，因此机床除了有360度范围内的不同分度外，还要求在仰角方向有不同的分度，为此机床要求用四个伺服电机来实现不同方位的转动。而为了降低成本，因此我们没有采用数控系统，而是用了可编程序计算机控制器加上伺服装置来完成的。
3.PLC的内部总线的应用
如上所述，当前世界上可编程逻辑控制器（PLC）的发展已使它在工业控制系统中得到了广泛《精密制造与自动化》的应用。但对于自动线、远距离的控制仍存在着不少的问题，如点对点的控制耗费了大量导线（有色金属），从而不但成本高，而且抗干扰能力差，为此在现场总线出现以前也作了努力，这就是各PLC制造商纷纷推出自己的远程端子，如欧姆龙公司（OMRON）生产的B7A等，进而出现了适合自己系统的闭环式总线结构，在此基础上，推出了自己的开放式的现场总线。
对于开放式现场总线和闭环式总线的区别在于：后者只能用于本公司自己生产系统中，没有通用性的标准产品，传输速率较低。其它使用，如一根电缆线传输全部信息，有一定的节点数等，与前述的现场总线无明显的区别，同样有方便施工、节约连线、降线成本、提高抗干抗能力等特点。下面介绍几例说明PLC内部闭环式总线在机床中的应用：
3.1欧姆龙公司（OMRON）生产的COMPOBUS总线在H247/H248型专用外圆磨床上的应用H247/H248型专用外圆磨床上是根据用户要求而专门设计的一台大型磨床。它采用了砂轮架移动而不是工作台移动，磨削长度为10米/7米，最大被磨工件直径为φ630mm，操纵盒吊在机床上，现场控制元件如限位開关、电磁阀等均分布在砂轮架、床身上，而主控制器PLC等均装在机床后面的独立电箱内。因此从独立电箱有大量的导线需经过落地分线盒、拖链送到机床上去。为了减少机床连线，简化系统结构，加强抗干扰能力，提高工作可靠性，为此采用了欧姆龙公司（OMRON）生产的CQM1系列的PLC和其内部总线COMPOBUS来作为本系统的主要构成。
3.2·三菱公司（MITSUBISHI）和西门子公司（SIEMENS）生产的内部闭环式总线的应用
废边卷取机由于主机分别由三菱和西门子公司负责，根据要求，对应的控制系统也分别采用三菱和西门子公司的，为此分别采用了三菱的QnA系列（中央处理器为Q2ACPU），西门子的S5-135U系列（中央处理器为6ES5-922-3UA11）。由于机旁操纵箱与主电室内的主电箱和变频电箱之间的距离很远，约有100米左右，而机旁操纵箱内控制器件较多。为此带来了大量的接线工作，这不但化工时，化材料、而且信号线长，易引入干扰，不利于系统的工作可靠性和稳定性，因此采用了内部闭环式总线来介决此缺点。实践证明：采用此方案是正确的。目前此四套系统均已投入正常、可靠的工作中。
参考文献：
[1]王登磊. PROFIBUS-DP智能从站研究及在数控系统中的应用[D].西北师范大学，2008.
[2]徐忠. 基于Profibus-DP的网络数控系统的研究与应用[D].浙江工业大学，2009.
[3]王兵. 现场总线技术在柔性制造中的应用研究[D].河北科技大学，2010.
摘要： PROFIBUS是ProcessField Bus的缩写，是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，根据应用特点分为PROFIBUS-DP、PROFI2BUS-FMS、PROFIBUS-PA三个兼容版本。PROFIBUS现场总线控制系统是一种全分布式开放的通信系统，采用了PROFIBUS总线方式，可以有效提高信号的传输稳定性，减少制造机床的工作量。
关键词：机床；PROFIBUS；现场总线
PROFIBUS是ProcessField Bus的缩写，是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，根据应用特点分为PROFIBUS-DP、PROFI2BUS-FMS、PROFIBUS-PA三个兼容版本。PROFIBUS是一个既简单又经济并且有较高传送速度（按照RS485标准）的设备。总线按令牌方法进行存取，即在一个逻辑循环中，主站取得了在一个确定时间窗口的发送资格，在这个时间窗口内，主站与其他主站或与下一级主—从过程中的从站进行通讯。PROFIBUS-DP的特点是最小化的响应时间和高抗干扰性。按照PROFI-BUS总线协议完成通讯功能，各站点之间只需一根RS-485双绞电缆连接，传输波特率为9·6～12 000 kbit/s，最远传送距离可达数100 m，最多连接126个用户。
一、现场总线简介
现场总线的国际标准化工作从技术和业务分工上是由国际电工委员会（简称IEC）下的第65技术委员会（简称TC65）来组织实施的，具体由TC65下面的分委员会SC65C负责。由于当前世界上现场总线种类很多，而相互之间又有自己的用户和特点，《精密制造与自动化》但尚未有一种能复盖所有的应用面，因此为了本身的利益，互不相让，所以至今有关的国际标准尚未全部完成。现场总线目前在世界上种类繁多，下面介绍几种常用的现场总线的基本情况：
1. ProfiBus总线（Process Field Bus）：
ProfiBus是种标准化的、开放式的通信网络，它遵守欧洲现场总线协议（符合DIN19245标准），因此主要用户分布在欧洲，如德国西门子公司（Siemens）。ProfiBus在机械制造、工业过程自动化、智能楼宇控制等方面充当了通讯系统的角色。目前有三种子协议（模式）：
1.1ProfiBus—PA（Process Automation）（H1）：是种低速总线，用于过程控制为主。
1.2·ProfiBus—DP（Decentral Periphery）（H2）：可实现高速传输，用于工厂自动化。
1.3·ProfiBus—FMS（Fieldbus Message Specification）：系用于一般性自动化中。
对于ProfiBus—DP主要用于工厂自动化，它作为主控器（如PLC等）与现场设备的数据交换的通讯网络，通常采用主从方式工作；使用基于RS—485标准的物理层；用屏蔽双绞电缆线传输的二线差分系统，具有极好的抗电磁干扰能力；通讯速率达12Mbit/s；一个系统可有126个节点，数千个模拟量和数字量。
2.CAN总线（Controller Area Network）：
CAN控制局域网是由德国Bosch公司提出的，最初的目的是为控制车间级的设备提供数据通路、后来由于Intel公司的加入，使得CAN在技术上更加成熟。CAN总线规范已成为国际标准ISO -DIS11519-1（用于低速通信）和ISO-DIS11898（用于高速通信），從而得到了Motorola， Intel， Philips，NEC，TI，NI等公司的广泛支持。CAN总线具有极高的可靠性，支持多处理器，链路简单，支持优先级处理等优点，因此特别适合工业过程控制监控设备的互连，受到了工业及仪器、仪表等领域重视。CAN总线的传输速率达1Mbps（40m）和5 Kbps（10Km），节点数达110个，传输介质为双绞线或光纤。它是在我国最早得到应用的现场总线之一。
3.DeviceNet总线：
DeviceNet总线是基于CAN总线协议基础上新开发的一种现场总线。它是一种低价位的总线系统，它可以连接工业自动化系统中多种设备，如限位开关、光电传感器、电磁阀、电机起动器、压力传感器、变频器等，节省了大量的硬接线。另外它还能完成传统硬性I/O接口所无法完成的设备诊断功能。DeviceNet总线与CAN总线一样，支持优先级处理，其最多能支持64个节点。总线使用主干—分支的拓扑结构。总线电源与通讯信号使用同一信号电缆，允许相互（peer to peer）进行数据交换方式和主/从方式。最大的传输速率可达500kbps。
4.World FIP总线：
该总线是在2000年World FIP技术交流与展示会（中国）上，由WordFIP组织总部、世界著名公司ALSTOM的技术部等单位引入的。目前该总线主要在欧洲，尤其是在法国有广泛的应用。该总线的市场占有率在法国约占60%之多，在欧洲约占25%，它们在能源、交通、冶金、石化、航空、船舶、楼宇等领域得到了应用。World FIP总线作为一种用于自动化系统的开放式现场总线，一开始就把满足各种环境下对生产控制的要求和不同用户的实际需要放在首位，并考虑了适应相关技术，如信息、通信技术的高速发展，设计出在单一协议的框架内，在有调度的访问控制下，既传输了实时数据，又传输了随机信息，二者互不影响，从而既是实时的、可予测性的，又是面向未来的、可与Internet连接的现场总线。
二、现场总线在机床上应用的几个实例
现场总线目前已在机床上开始了应用，尤其是在大型机床和自动线上的应用更显示出它的优越性。下面列举几个已在我厂机床中应用的例子。 1.MK8612/H型数控花键轴磨床—ProfiBus总线的应用
花键轴磨床是一种专用的磨床，它主要用来磨削各种截面形状的花键轴，花键拉刀的键侧平面和花键底径的表面等。根据其要求和计及性能价格比因素，我们采用了德国西门子公司（SIEMENS）生产的SINUMERK802D型经济型数控系统。它作为一个标准的数控产品，在高性能的数控系统（如810D，840D等）和经济型数控系统（如802S.802C等）之间架起了一道桥梁，从而构成了西门子数控系统全方位的介决方案。802D型数控系统数控、内藏PLC、驱动装置之间所有的通讯连接均通过一个ProfiBus接口来实现的，因此大大地简化了安装和接线，而且抗干扰能力也有了提高。
2.SK019/1型半自动玻璃球菱面磨床—CAN总线的应用
SK019/1型半自动玻璃球菱面磨床是一台为灯具行业用来加工灯饰用品的专用磨床。由于玻璃球菱面可能有很多种不同的形状，如球形、叶状形、橄榄形等，因此机床除了有360度范围内的不同分度外，还要求在仰角方向有不同的分度，为此机床要求用四个伺服电机来实现不同方位的转动。而为了降低成本，因此我们没有采用数控系统，而是用了可编程序计算机控制器加上伺服装置来完成的。
3.PLC的内部总线的应用
如上所述，当前世界上可编程逻辑控制器（PLC）的发展已使它在工业控制系统中得到了广泛《精密制造与自动化》的应用。但对于自动线、远距离的控制仍存在着不少的问题，如点对点的控制耗费了大量导线（有色金属），从而不但成本高，而且抗干扰能力差，为此在现场总线出现以前也作了努力，这就是各PLC制造商纷纷推出自己的远程端子，如欧姆龙公司（OMRON）生产的B7A等，进而出现了适合自己系统的闭环式总线结构，在此基础上，推出了自己的开放式的现场总线。
对于开放式现场总线和闭环式总线的区别在于：后者只能用于本公司自己生产系统中，没有通用性的标准产品，传输速率较低。其它使用，如一根电缆线传输全部信息，有一定的节点数等，与前述的现场总线无明显的区别，同样有方便施工、节约连线、降线成本、提高抗干抗能力等特点。下面介绍几例说明PLC内部闭环式总线在机床中的应用：
3.1欧姆龙公司（OMRON）生产的COMPOBUS总线在H247/H248型专用外圆磨床上的应用H247/H248型专用外圆磨床上是根据用户要求而专门设计的一台大型磨床。它采用了砂轮架移动而不是工作台移动，磨削长度为10米/7米，最大被磨工件直径为φ630mm，操纵盒吊在机床上，现场控制元件如限位開关、电磁阀等均分布在砂轮架、床身上，而主控制器PLC等均装在机床后面的独立电箱内。因此从独立电箱有大量的导线需经过落地分线盒、拖链送到机床上去。为了减少机床连线，简化系统结构，加强抗干扰能力，提高工作可靠性，为此采用了欧姆龙公司（OMRON）生产的CQM1系列的PLC和其内部总线COMPOBUS来作为本系统的主要构成。
3.2·三菱公司（MITSUBISHI）和西门子公司（SIEMENS）生产的内部闭环式总线的应用
废边卷取机由于主机分别由三菱和西门子公司负责，根据要求，对应的控制系统也分别采用三菱和西门子公司的，为此分别采用了三菱的QnA系列（中央处理器为Q2ACPU），西门子的S5-135U系列（中央处理器为6ES5-922-3UA11）。由于机旁操纵箱与主电室内的主电箱和变频电箱之间的距离很远，约有100米左右，而机旁操纵箱内控制器件较多。为此带来了大量的接线工作，这不但化工时，化材料、而且信号线长，易引入干扰，不利于系统的工作可靠性和稳定性，因此采用了内部闭环式总线来介决此缺点。实践证明：采用此方案是正确的。目前此四套系统均已投入正常、可靠的工作中。
参考文献：
[1]王登磊. PROFIBUS-DP智能从站研究及在数控系统中的应用[D].西北师范大学，2008.
[2]徐忠. 基于Profibus-DP的网络数控系统的研究与应用[D].浙江工业大学，2009.
[3]王兵. 现场总线技术在柔性制造中的应用研究[D].河北科技大学，2010.