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第一章：現(xiàn)場總線技術及profibus
　　1.1 現(xiàn)場總線技術的由來
　　1.1.1 cims體系結構及產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)結構的層次劃分
　　根據(jù)工廠治理、生產(chǎn)過程及功能要求，cims體系結構可分為5層，即工廠級、車間級、單元級、

工作站級和現(xiàn)場級。簡化的cims則分為3層，即工廠級、車間級和現(xiàn)場級。在一個現(xiàn)代化工廠環(huán)境中

，在大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程控制中，產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)結構同樣分為這三個層次，與簡化的網(wǎng)絡層次相對應。

如圖1-1所示。
西門子dp軟線拖纜1.1.2 現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成是工廠自動化及cims不可缺少的重要

部分。
　　現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設備單機控制、連機控制、通訊連網(wǎng)、

在線設備狀態(tài)監(jiān)測及現(xiàn)場設備運行、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、統(tǒng)計等功能，保證現(xiàn)場設備高質(zhì)量完成

生產(chǎn)任務，并將現(xiàn)場設備生產(chǎn)及運行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠治理層，向工廠級mis系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)

。同時也可接受工廠治理層下達的生產(chǎn)治理及調(diào)度命令并執(zhí)行之。因此，現(xiàn)場級與車間級監(jiān)控及信息

集成系統(tǒng)是實現(xiàn)工廠自動化及cims系統(tǒng)的基礎。
　　1.1.3 傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)
　　傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)（包括：基于pc、plc、dcs產(chǎn)品的分布式控制

系統(tǒng)），其主要特點之一是，現(xiàn)場層設備與控制器之間的連接是一對一（一個i/o點對設備的一個測

控點）所謂i/o接線方式，信號傳遞4-20ma（傳送模擬量信息）或24vdc（傳送開關量信息）信號。如

圖1-2所示：
 西門子dp軟線拖纜
　　1.1.4 系統(tǒng)主要缺點
（1）信息集成能力不強： 控制器與現(xiàn)場設備之間靠i/o連線連接，傳送4-20ma模擬量信號或24vdc等

開關量信號，并以此監(jiān)控現(xiàn)場設備。這樣，控制器獲取信息量有限，大量的數(shù)據(jù)如設備參數(shù)、故障及

故障紀錄等數(shù)據(jù)很難得到。底層數(shù)據(jù)不全、信息集成能力不強，不能完全滿足cims系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)的

要求。
（2）系統(tǒng)不開放、可集成性差、專業(yè)性不強：除現(xiàn)場設備均靠標準4-20ma/24vdc連接，系統(tǒng)其它軟

、硬件通常只能使用一家產(chǎn)品。不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操縱性、互換性，因此可集成性差。這種系

統(tǒng)很少留出接口，答應其它廠商將自己專長的控制技術，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用

系統(tǒng)中往，因此，面向行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)很少。
（3）可靠性不易保證：對于大范圍的分布式系統(tǒng)，大量的i/o電纜及敷設施工，不僅增加本錢，也增

加了系統(tǒng)的不可靠性。
（4）可維護性不高：由于現(xiàn)場級設備信息不全，現(xiàn)場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能不強

。另一方面也很難完成現(xiàn)場設備的遠程參數(shù)設定、修改等參數(shù)化功能，影響了系統(tǒng)的可維護性。
　　1.1.5 現(xiàn)場設備的串行通訊接口是現(xiàn)場總線技術的原形
　　由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，很多傳感器、執(zhí)行機構、驅(qū)動裝置等現(xiàn)場設備智能化，即內(nèi)置cpu

控制器，完成諸如線性化、量程轉換、數(shù)字濾波甚至回路調(diào)節(jié)等功能。因此，對于這些智能現(xiàn)場設備

增加一個串行數(shù)據(jù)接口（如rs-232/485）是非常方便的。有了這樣的接口，控制器就可以按其規(guī)定協(xié)

議，通過串行通訊方式（而不是i/o方式）完成對現(xiàn)場設備的監(jiān)控。假如設想全部或大部分現(xiàn)場設備

都具有串行通訊接口并具有同一的通訊協(xié)議，控制器只需一根通訊電纜就可將分散的現(xiàn)場設備連接，

完成對所有現(xiàn)場設備的監(jiān)控，這就是現(xiàn)場總線技術的初始想法。
　　1.2.4 現(xiàn)場總線技術的產(chǎn)生
　　基于以上初始想法，使用一根通訊電纜，將所有具有同一的通訊協(xié)議通訊接口的現(xiàn)場設備連接，

這樣，在設備層傳遞的不再是i/o（4-20ma/24vdc）信號，而是基于現(xiàn)場總線的數(shù)字化通訊，由數(shù)字

化通訊網(wǎng)絡構成現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)。
　　1.2 現(xiàn)場總線技術概念
　　1.2.1 現(xiàn)場總線技術
　　目前，公認的現(xiàn)場總線技術概念描述如下：現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設備/儀表與

控制室內(nèi)的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點通訊的數(shù)據(jù)總線。其中，“生產(chǎn)過程

”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類。
或者，現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的丈量和控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，用總線相連接，

實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。
　　1.2.2 現(xiàn)場總線技術產(chǎn)生的意義
（1）現(xiàn)場總線（fieldbus）技術是實現(xiàn)現(xiàn)場級控制設備數(shù)字化通訊的一種產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場層網(wǎng)絡通訊技術

；是一次產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場級設備通訊的數(shù)字化革命?，F(xiàn)場總線技術可使用一條通訊電纜將現(xiàn)場設備（智能化

、帶有通訊接口）連接，用數(shù)字化通訊代替4-20ma/24vdc信號，完成現(xiàn)場設備控制、監(jiān)測、遠程參數(shù)

化等功能。
（2）傳統(tǒng)的現(xiàn)場級自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用一對一連線的、4-20ma/24vdc信號，信息量有限，難以實現(xiàn)

設備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自控系統(tǒng)成為工廠中的“信息孤島”，嚴重制約了企業(yè)信

息集成及企業(yè)綜合自動化的實現(xiàn)。
（3）基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機數(shù)字化通訊技術，使自控系統(tǒng)與設備加進工廠信息

網(wǎng)絡， 構成企業(yè)信息網(wǎng)絡底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場。在cims系統(tǒng)中，

現(xiàn)場總線是工廠計算機網(wǎng)絡到現(xiàn)場級設備的延伸，是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術基礎。
　　1.2.3 基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)
　　基于現(xiàn)場總線技術的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)如圖1-3所示：
西門子dp軟線拖纜基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)
　　1.2.4 基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要優(yōu)點

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電氣數(shù)據(jù)  
單位長度阻尼量  
9.6 kHz 時 / 最大值
 0.0025 dB/m
38.4 kHz 時 / 最大值
 0.0040 dB/m
4 MHz 時 / 最大值
 0.022 dB/m
16 MHz 時 / 最大值
 0.042 dB/m
波阻  
額定值
 150 Ω
9.6 kHz 時
 270 Ω
38.4 kHz 時

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電氣數(shù)據(jù)  
單位長度阻尼量  
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4 MHz 時 / 最大值
 0.025 dB/m
16 MHz 時 / 最大值
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波阻  
額定值
 150 Ω
9.6 kHz 時
 270 Ω
38.4 kHz 時
 185 Ω
3 MHz ... 20 MHz 時
 150 Ω
相對對稱公差  
9.6 kHz 時的波阻
 10 %
38.4 kHz 時的波阻
 10 %
3 MHz ... 20 MHz 時的波阻
 10 %
單位長度的回路電阻 / 最大值 133 Ω/km
單位長度的屏蔽電阻 / 最大值 14 Ω/km
每一長度的容量 / 在1 kHz時 28 pF/m
工作電壓  
有效值
 100 V
機械數(shù)據(jù)  
電線數(shù)量 2
屏蔽層規(guī)格 重疊的鋁膠合箔，包裹鍍錫銅線制成的屏蔽編織層
FastConnect 是
外徑  
內(nèi)導體
 0.67 mm
芯線絕緣
 2.56 mm
電纜內(nèi)部護套
 5.4 mm
電纜護套
 8 mm
外徑的對稱公差 / 電纜護套 0.4 mm
材料  
芯線絕緣
 PE
電纜內(nèi)部護套
 PVC
電纜外皮的
 PUR
顏色  
數(shù)據(jù)線的芯線絕緣
 紅色 / 綠色
彎曲半徑  
一次性彎曲時 / 許可最小值
 40 mm
多次彎曲時 / 許可最小值
 120 mm
彎曲循環(huán)次數(shù) 3000000
備注
 彎曲半徑 120 mm (15x D) 和加速度 4 m/s2 時牽引鏈彎曲循環(huán)為 300 萬次
拉力負荷 / 最大值 100 N
單位長度重量 77 kg/km
許可的環(huán)境條件  
安裝時  
運行期間
 -40…+60 °C
在儲存期間
 -40…+60 °C
在運輸期間
 -40…+60 °C
最小值
 -40…+60 °C
備注
 20 Cel 時測量電氣屬性，根據(jù) DIN 47250 第 4 部分或 DIN VDE 0472 進行檢查
環(huán)境條件 / 適用于運行 受限的分段長度（參見 PROFIBUS 網(wǎng)絡手冊）
產(chǎn)品特點、功能、組件 / 概述  
產(chǎn)品特點/不含硅  
無鹵素
 否

 是
標準、規(guī)范、許可  
資格證明  
CE標識
 是
與 RoHS 一致
 是
船級社  
American Bureau of Shipping Europe Ltd. (ABS)
 否
Bureau Veritas (BV)
 否
Det Norske Veritas (DNV)
 否
Germanischer Lloyd (GL)
 否
Lloyds Register of Shipping (LRS)
 否

 否
Polski Rejestr Statkow (PRS)
 否