全方位了解PROFIBUS网络，以及如何将PROFIBUS网络与工业物联网有效结合
简述
- 本文旨在提供有关PROFIBUS网络的必要信息。
- 我们将会探讨PROFIBUS的类型、PROFIBUS的工作原理、PROFIBUS与PROFINET之间的区别，以及如何在PROFIBUS解决方案中实施工业物联网。
- 读完文章后，您就能着手改进您的网络了。即使您的工厂尚未配备网络设施，您也将掌握网络实施规划的所有必要信息。
- 值得一提的是，PROFIBUS用户群体正日益壮大。负责该协议的倡议组织正在各个领域积极推广PROFIBUS，效果非常不错。
- 让我们仔细研究一下这个协议，并了解如何将其与工业物联网服务相结合，使现场设备和网络发挥最佳性能。
什么是PROFIBUS？
作为一种数字网络，PROFIBUS负责在现场传感器和控制系统或控制器之间提供通信。其最初的开发构想是将PROFIBUS解决方案应用于工厂自动化行业，随后再扩展至过程行业、制造业等领域。
起初，倡议组织制定了现场总线报文规范（PROFIBUS FMS）。这是一项复杂的协议，现在已不再使用。之后，他们还制定了PROFIBUS DP（分布式外围设备）协议，在1998年又发布了PROFIBUS PA（过程自动化）协议。
如今，我们常说的PROFIBUS指的就是PROFIBUS DP和PROFIBUS PA。此外，基于以太网通信的PROFINET技术也已完成开发，并在众多不同的领域和应用中广泛实施。
PROFIBUS的类型有哪些？
如上所述，市面上有PROFIBUS DP和PROFIBUS PA两种总线标准。现在，我们来了解下PROFIBUS DP和PROFIBUS PA的工作原理以及最常见的应用场景。
什么是Profibus DP？
PROFIBUS DP网络是基于RS485物理层和欧洲标准EN-50170开发的一种高速解决方案。其物理层并非只能使用铜缆，也可选择无线传输或光纤电缆。PROFIBUS DP代表分布式外围设备。这个名称指的是输入/输出连接，其通过完全分布式高速串行通信连接至中央控制器。
同样需要指出的是，PROFIBUS DP协议基于ISO 7498标准定义的开放系统互联（OSI）模型，在每个协议层均有特定的任务。PROFIBUS DP网络是一种多主站令牌网络，也就是说，当系统中有两个或以上的主站时，授予与现场设备通信权限的令牌会从一个主站传递到另一个主站，而每个主站都会获得一部分通信时间。
主站分为两类：01类主站传输循环信息，用于控制过程。02类主站传输非循环信息，用于诊断、报警和设备设置。从速度上来看，100米至1000米通信距离内的网络传输速率为9.6 kbp/s至12 Mbp/s。就拓扑结构而言，PROFIBUS DP为线形网络，可以使用网关、中继器和端接器。最后，DP网络支持ProfiSafe配置文件，并且适合SIL3功能安全应用。
什么是Profibus PA？
最初，PROFIBUS PA协议是作为HART通信协议的演进版本进行开发的。其专用于测量仪表和控制系统之间需要通信的现场应用。PROFIBUS PA采用屏蔽双绞线电缆进行供电和通信。其物理网络结构符合IEC-61158-2标准，网络数据传输速率为31.25kbit/s。实际上，它与FOUNDATION Fieldbus H1非常相似，两者都基于相同的标准。
在开发期间，31.25kbit/s的传输速率对于现场仪表发送和接收的信息类型而言绰绰有余（至今仍是如此）。PROFIBUS PA设备不直接连接至控制器。控制器位于速度更快的PROFIBUS DP网络中，并通过耦合器或链路进行访问。耦合器/链路充当网络接口，为总线供电。
PROFIBUS PA设备不直接连接至控制器。控制器位于速度更快的PROFIBUS DP网络中，并通过耦合器或链路进行访问。耦合器/链路充当网络接口，为总线供电。PA网络的优势在于可以采用本质安全设计，因此，连接PA网络的仪表允许在防爆危险区使用。
通常情况下，本安总线中的设备数量要少于传统网络，但这取决于多个因素，这些因素决定了每种网络的最优设备数量。例如，仪器功耗电流、总线长度、电缆类型等。
什么是PROFINET？
需要指出的是，本章不会深入探讨PROFINET，因为尽管同样由PROFIBUS倡议组织维护，但它却是另一种协议。
我们可以将PROFINET视作PROFIBUS协议的演进版本。在如今的工业领域，人们更愿意使用基于以太网（IEEE 802.3）和OSI模型的协议。PROFINET可应用于现场控制和通信，为公司的生产区域构建统一的垂直网络，并且具备IT技术的所有优势。
现在，许多制造商配备的现场仪表都在使用基于原生以太网的通信协议。实施此类协议的另一个优势在于，由于采用一种低基础设施成本的公认模型，其实施过程更加轻松。PROFINET不应被视为基于以太网的PROFIBUS！PROFINET是基于以太网的开放式标准，也是PROFIBUS协议的演进版本。
PROFINET的一项显著优势在于与TCP/IP的潜在共存性，这带来了可观价值。所有设备连接至同一网络，用于执行控制、诊断等操作。通常不需要使用网关。这项标准允许以多种不同方式构建网络，例如环形、线形、树形或星形等拓扑结构。PROFINET的传输速率高达1000 Mbps，连接电缆长度可达100米。得益于其高速特性，PROFINET的响应时间不到1 ms。
PROFIBUS和PROFINET之间的区别是什么？
我们常说的PROFIBUS指的是一种众所周知的传统数字通信协议，它已经运用于不同的行业和应用场景。这种协议基于串行通信，为工业领域带来了诸多益处。
PROFINET是基于工业以太网的协议。PROFINET支持更快的通信速率以及更大的带宽。也就是说，在PROFINET网络上交换的消息所能包含的信息量远超PROFIBUS网络上的消息。
PROFIBUS国际组织制作了以下表格，对两种类型的网络进行了比较：
归根结底，这是目前最理想的解决方案之一。然而，为了在工厂中实施最佳的通信协议，了解具体应用需求仍然至关重要。
什么是PROFIBUS和PROFINET国际组织？
PROFIBUS和PROFINET国际组织是一个遍布世界各地的大型自动化社区。其主要负责市面上两种最相关的通信协议：PROFIBUS和PROFINET。该组织正努力缩小不同行业在现场协议知识方面的差距。他们举办各类活动，讨论相关技术，并将知识传递给最终用户。
如何在PROFIBUS网络中使用工业物联网服务？
部分PROFIBUS用户采用类似于4...20 mA系统的方案实施网络。但我们可以利用网络数据洞悉当前状况，在问题发生前采取措施。
在某些情形下，传统状态监测可能非常复杂。如今，使用工业物联网服务可以轻松监测设备状态并快速查询数据库信息和文档资料，甚至支持远程操作。
想要从现场采集诊断和状态信息，我们需要使用所谓的现场网关。Fieldgate SFG500就是一款不错的产品。它可作为02类DP主站工作，收集现场设备的所有数据。随后，现场网关连接至边缘设备，例如FieldEdge SGC500。
所有设备信息均在安全环境中传输至云端。这里，您可以使用不同类型的工业物联网服务（例如Netilion Health）监测现场设备状况。
同时还可使用Netilion Library整理所有现场仪表文档资料，例如技术手册、标定报告等。
这样，您就能更好地掌控现场仪表。Netilion Analytics结合边缘设备使用，能够创建设备的数字孪生体，从而提供有关现场仪表的所有信息，例如设备类型、供应商、关键性、过时风险等。
