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一、引言
PROFIBUS是由德国西门子公司于1987年推出，主要应用于PLC。1996年3月15日成为欧洲标准。PROFIBUS产品在世界市场上已被普遍接受。而目前支持PROFIBUS标准的产品超过1500多种，分别来自国际上250多个生产厂家。在全球已安装运行的PROFIBUS产品已超过数百万台。目前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织，企业会员近千家。而泓格公司也已于2004年成为其中的会员之一，为PROFIBUS产品用户贡献一份心力。本文主要简述PROFIBUS类别领域与泓格公司出的PROFIBUS远程I/O单元详尽的剖析，让广大的用户能了解PROFIBUS架构与远程I/O单元其中的奥秘。
PROFIBUS领域中主要有三类：分别为PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA(Process Automation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。1. PROFIBUS-DP：是一种具高速低成本通信，用于设备级控制系统与分布式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。 2. PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构连在一个总线上，并有安全规范。3. PROFIBUS-FMS：提供大量的通讯服务，用于车间级监控网络，是一个令牌(token)结构、实时多主网络。
二、PROFIBUS DP架构
PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线周期时间必须要比主站（PLC）程序周期时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。由于PROFIBUS-DP在自动化较具深入影响力，而泓格公司在这方面着墨较深，并推出PROFIBUS 远程I/O单元提供给使用者应用于PROFIBUS-DP系统。下文则PROFIBUS-DP系统做一详尽的说明：
●基本功能
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(1) |
传输技术：波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。可使用RS-485双绞线、双线电缆或光缆。 |
(2) |
总线存取：各主站间以令牌传递，主站与从站间为主—从传送机制。支持单主或多主站系统。总线上最多站点（主&从设备）个数为126。 |
(3) |
通信：循环(主—从)用户数据传送和非循环(主&主)数据传送。点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。 |
(4) |
运行模式：运行(operation mode)、清除(clear mode)、停止(stop mode)。 |
(5) |
同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步。 |
(6) |
功能：DP主站和DP从站间的循环用户数据传送。各DP从站的动态启动。DP从站组态的检查。 |
(7) |
强大的诊断功能，三级诊断信息。输入或输出的同步。通过总线给DP从站赋予地址。通过总线对DP主站（DPM1）进行配置。每DP从站的输入和输出数据最大为246字节。 |
(8) |
可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离进行。DP从站有看门狗定时器（Watchdog Timer）。对DP从站的输入/输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。 |
(9) |
设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程 (programmable)、组态、诊断的设备。第一类DP主站（DPM1）是中央可编程控器，如PLC、PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。 |
● 基本特性
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(1) |
速率(bard rate)：在一个有32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传送512 bit输入和512 bit输出，在12M bit/s时只需1毫秒。 |
(2) |
诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站撷取。诊断信息分三级：
．本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高、压力过低。
．模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。
．通道诊断操作：一个单独输入/输出位的故障。 |
● PROFIBUS-DP系统配置和设备类型
PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/ 输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：
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(1) |
一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。 |
(2) |
二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。 |
(3) |
DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。 |
三、PROFI-8x55系列产品
泓格公司近几年在PROFIBUS的产品上不断努力耕耘，已经推出PROFIBUS远程I/O单元及转换网关器；而所推出的PROFIBUS远程I/O单元为遵循PROFIBUS DP Slave的规范，为设计给PROFIBUS DP协议的从站设备。并考虑到不同的应用场所，提供不同I/O插槽的单元，共有PROFI-8155、PROFI-8255、PROFI-8455、PROFI-8855四款产品(以下通称为PROFI-8X55)供用户选择，分别支持1,2,4,8 I/O扩充槽，并且适用于ICPDAS的i-8K、i-87K Low Profile以及i-87K High Profile的I/O模块。也提供多达百种I/O模块的选择，让用户可以在不同的PROFIBUS应用系统搭配不同的PROFIBUS远程I/O单元。
其产品型号命名规则如下：
由于泓格公司在I/O模块方面已经有十多年的经验，加上对PROFIBUS产品已经耕耘多年，对于用户使用的环境与问题已经了如指掌。因此，在开发PROFIBUS远程I/O单元系列产品时，已特别针对恶劣的工业环境、静电干扰、讯号隔离、接地和使用上的轻便性做了详尽的考虑。以下，针对PROFIBUS远程I/O单元的设计做更详细的讨论。
● 坚固的硬件设计
PROFI-8X55特别针对设备在现场端使用时可能遭遇到恶劣环境及突发状况，于硬件设计上加入了各种的防护措施：在电源部分，使用了隔离型直流电源转换供应器，有效地将外界所输入之电源含有的噪声隔离在外，并转换提供纯净之5VDC电源给PROFI-8X55内部来使用。在PROFIBUS通讯接口部分，除了采用先进的iCoupler高速磁耦合隔离型收发器外，还使用了高分子正温度系数热敏电阻，除了确保PROFIBUS在高速传输时之通讯质量，并提供了避免突波造成设备损坏之有效保护。
除此之外，对于一般设备在工厂环境下使用时会遭遇到被静电打坏之问题，当然PORFI-8X55在静电防护对策处理上也替使用者设想到了，不只在硬件电路中加入了ESD防护，并通过±4KV之ESD测试，更在PROFI-8X55外壳底部加上Frame Ground钢板及在电源输入端子设计一Frame Ground接头，以方便使用者将其接地加强保护。
● 可在线维修的热插拔功能
Hot-Swap，是一个在系统Online时能够任意拔除或插入模块组件的一种技术，常见于SCSI接口与电源供应系统。PROFI-8X55针对i-87K High-Profile的模块都有提供该项功能，”热插拔”在模块遭受意外原因而损坏的时候，可于不关机(Shut-Down)的情况下直接拔除(损坏的模块)并重新安装(正常的模块)。
PROFI-8X55在PROFIBUS协议上提供了”离线诊断”的功能来告知系统端模块的异常状况；并且在置换新的模块的时候会自动重新规划模块的操作形式。
●满足不同需求的多样化I/O模块
PROFI-8X55为了因应各种自动化的需求，特别整合了ICP DAS所有模拟、数字、计数的i-8K与i-87K模块到PROFI-8X55上。在模拟模块方面，除了提供标准的电压、标准电流的I/O之外，还特别针对各种不同的温度传感器设计相对应的模块。数字I/O模块也针对TTL电平、直流24V电位、交流市电电位提供各种数字I/O的解决方案，让使用者在不同的应用上能够选择最适合的模块。
●安全性高的Safe Value功能
Safe-Value是为了预防PROFIBUS线路上的电磁干扰而导致通讯异常所设计的一个保护机制。为了达到这个目的，PROFI-8X55开启了看门狗定时器来监控每个DP-Master所送来的讯息，若超过预先设定的时间没有收到任何一个有效电报，PROFI-8X55将进入Safe-Mode，并且输出Safe-Value。PROFI-8X55提供三种安全值的选择，分别是Clear-Output、Retain Last Value以及Switch to Substitute Value。
●产品的使用性-使用流程
使用PROFI-8X55的流程如下(首先必须备妥DP-Master(S7-300 or others)以及PROFI-8X55的GSD档):
| 1、 |
透过DP-Master的规划软件将PROFI-8x55的GSD档案(IPDS0Bxx.GSD)引入到设备数据库； |
| 2、 |
接着可透过”设备列表”将PROFI-8X55与DP-Master建立沟通关系； |
| 3、 |
选定模块并设定参数化数据； |
| 4、 |
转换DP-Master模式从Offline到Operate； |
| 5、 |
安装模块、安装PROFIBUS电缆、设定地址、送电； |
| 6、 |
观察面板上LED灯号变化，若ERR灯号不停闪烁请参考手册将问题排除。若正常的状态，红灯约闪烁1s后熄灭，并且RUN灯号会亮起； |
| 7、 |
RUN灯号亮起后即进入数据交换模式。 |
●PROFI-8X55特征
支持PROFIBUS DP-V0 协议
高传输速率(12Mbps)
支持自动网络波特率侦测
支持热插拔功能(for i-87K High Profile Module)
支持错误诊断回报
最大输出/输入数据长度各为128 bytes
提供最多39个诊断讯息信道
支持主站端及模块端双看门狗机制
支持i-8K/i-87K模块
支持1,2,4,8 slot I/O扩充接口
具备状态显示LED(RUN,PWR,ERR)
2500Vrms PROFIBUS网络高速磁偶合隔离保护
3000VDC 电源隔离保护
±4KV 静电保护 (对面板上的所有连接端子)
●成功应用实例
在IC封装后要包装成1 Tray的时候，需要在包装前侦测IC是否有在指定位置内，因此就需要一个光传感器或相机来识别组件。每当IC经过传感器下方时，传感器会辨识是否有IC组件在包装条上，辨识后假如未发现IC于包装条下即发出诊断讯息，否则则继续侦测下一个包装点。然而当连续经过96pcs而无错误时，即切断包装，最后出货。
此成功案例中，客户透过PROFI-8455配合i-87063与i-87082完成。其中i-87082计数器模块连结光传感器，每当一个IC经过时，就会计数一次，累积至1 Tray的时候再透过i-87063的Relay输出连接至切割器，将包装条切割。假使i-87082在某段时间内对光传感器并无响应的情况下，就会使用诊断讯息通报监控人员到现场检查机台，并进行故障排除。
总结 :
泓格公司多年来一直是一个非常专注的技术开发型公司，尤其是在现场总线产品的发展更是不遗余力，不仅仅为客户提供整合不同应用的解决方案，也考虑不同应用场所需要不同的特色产品。而PROFIBUS远程I/O单元-PROFI-8455是其中有特色的产品线之一，更由于PROFI-8X55有着优异突出的特性，适合用于不同的工业应用场所。除此之外，后续泓格公司除不断根据客户需求发展出不同的PROFIBUS解决方案的产品外；在客户服务上，也秉持”客户的问题就是我们的问题”原则下，提供各种PROFIBUS技术支持服务。
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