PROFIBUS现场总线技术.pdfVIP

知识要点知识要点 profibus根据应用特点的分类情况根据应用特点的分类情况，及每种及每种 类型的特点类型的特点？ 概述概述概述概述 profibus是是process fieldbus的缩写的缩写，是一种国是一种国 际性的际性的开放式开放式的现场总线标准的现场总线标准，即即en50170欧洲标准欧洲标准。 该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究研究 所共同推出的所共同推出的。 目前世界上许多自动化技术生产厂家都为它们生产目前世界上许多自动化技术生产厂家都为它们生产 的设备提供的设备提供profibus接口接口。profibus已经广泛应用已经广泛应用 于加工制造于加工制造、过程控制和楼宇自动化过程控制和楼宇自动化，是成熟技术是成熟技术。 profibusprofibus根据应用特点分为根据应用特点分为根据应用特点分为根据应用特点分为profibusprofibusdpdp， profibusprofibusfmsfms，profibusprofibuspapa三个兼容版本三个兼容版本，三个兼容版本三个兼容版本， 如图所示如图所示，特点如下特点如下：如图所示如图所示，特点如下特点如下： profibusprofibusdpdp：经过优化的高速经过优化的高速、廉价的通信连接廉价的通信连接，专专 为自动控制系统和设备级分散为自动控制系统和设备级分散io之间通信设计之间通信设计，使用使用 profibusdp模块可取代价格昂贵的模块可取代价格昂贵的24v或或020ma并行并行 信号线信号线。用于分布式控制系统的高速数据传输用于分布式控制系统的高速数据传输。 profibusprofibusfmsfms：解决车间级通用性通信任务解决车间级通用性通信任务，提供大提供大 量的通信服务量的通信服务，完成中等传输速度的循环和非循环通信任务完成中等传输速度的循环和非循环通信任务， 用于纺织工业用于纺织工业、楼字自动化楼字自动化、电气传动电气传动、传感器和执行器传感器和执行器、可可 编程序控制器编程序控制器、低压开关设备等一般自动化控制低压开关设备等一般自动化控制。 profibusprofibuspapa：专为过程自动化设计专为过程自动化设计，标准的本质安全标准的本质安全 的传输技术的传输技术，实现了实现了iec11582中规定的通信规程中规定的通信规程，用于对安用于对安 全性要求高的场合及由总线供电的站点全性要求高的场合及由总线供电的站点。 profibus的应用特点的应用特点 profibus 应用领域应用领域 profibus dp： profibus pa： profibus fms： 主要应用于制造业自动化系统中单 元级和现场级设备高速通信。 主要用于自动化系统中系统级和车 间级的过程数据交换。 电源和通信数据通过总线并行传 输，主要用于面向过程自动化系统 中单元级和现场级通讯。 profibusprofibus基本特性基本特性基本特性基本特性 profibusprofibus可使分散式数字化控制器从现场底层到可使分散式数字化控制器从现场底层到可使分散式数字化控制器从现场底层到可使分散式数字化控制器从现场底层到 车间级网络化车间级网络化，该系统分为该系统分为车间级网络化车间级网络化，该系统分为该系统分为主站和从站主站和从站主站和从站主站和从站。 主站主站主站主站决定总线的数据通信决定总线的数据通信，当主站得到总线控制当主站得到总线控制决定总线的数据通信决定总线的数据通信，当主站得到总线控制当主站得到总线控制 权权权权( (令牌令牌令牌令牌) )时时，没有外界请求也可以主动发送信息没有外界请求也可以主动发送信息。主站主站时时，没有外界请求也可以主动发送信息没有外界请求也可以主动发送信息。主站主站 从从从从profibusprofibus协议讲也称之为主动站协议讲也称之为主动站。协议讲也称之为主动站协议讲也称之为主动站。 从站从站从站从站为外围设备为外围设备，典型的从站包括典型的从站包括：输入输出装输入输出装为外围设备为外围设备，典型的从站包括典型的从站包括：输入输出装输入输出装 置置、阀门阀门、驱动器和测量发送器驱动器和测量发送器。它们没有总线控制它们没有总线控制置置、阀门阀门、驱动器和测量发送器驱动器和测量发送器。它们没有总线控制它们没有总线控制 权权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时权权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时 向它发送信息向它发送信息。从站也称为被动站从站也称为被动站。由于从站只需总由于从站只需总向它发送信息向它发送信息。从站也称为被动站从站也称为被动站。由于从站只需总由于从站只需总 线协议的一小部分线协议的一小部分，所以实施起来特别经济所以实施起来特别经济。线协议的一小部分线协议的一小部分，所以实施起来特别经济所以实施起来特别经济。 profibusprofibus应用领域应用领域应用领域应用领域 priofibuspriofibus的通信模型和协议类型的通信模型和协议类型 priofibuspriofibus的数据传输和拓扑结构的数据传输和拓扑结构 priofibuspriofibus的总线存取控制机制的总线存取控制机制 priofibuspriofibus- -dpdp技术简介技术简介 priofibuspriofibus- -papa技术简介技术简介 priofibuspriofibus- -fmsfms技术简介技术简介 1 2 通信模型通信模型 协议类型协议类型 通通 信信 模模 型型 和和 协协 议议 类类 型型 1 通信模型通信模型 profibus通信模型参照了通信模型参照了osi模型的第模型的第1层层 （物理层物理层）和第和第2层层（数据链路层数据链路层），），其中其中，fms还还 采用了第采用了第7层层（应用层应用层），），另外还增加用户层另外还增加用户层。 profibus-dp和和profibus-fms的第的第1层和层和 第第2层相同层相同， profibus-fms有第有第7层层。 profibus-fa有第有第1层和第层和第2层层，但与但与dp/fms有区有区 别别，无第无第7层层。 1 2 用于用于dp和和fms的的rs485传输技术传输技术 用于用于papa的传输技术的传输技术 数数 据据 传传 输输 和和 拓拓 扑扑 结结 构构 3 光纤传输技术光纤传输技术 现场总线系统的应用在很大程度上取决于选用的传现场总线系统的应用在很大程度上取决于选用的传 输技术输技术，既要考虑一些总的要求既要考虑一些总的要求 ( 传输可靠传输可靠，传输距离传输距离 和高速和高速 ) 又要考虑一些简便而又费用不大的机电因数又要考虑一些简便而又费用不大的机电因数。 当涉及过程自动化时当涉及过程自动化时，数据和电源的传送必须在同一根数据和电源的传送必须在同一根 电缆上电缆上。由于单一的传输技术不可能满足所有的要求由于单一的传输技术不可能满足所有的要求， 因此因此profibus提供以下三种类型提供以下三种类型： dp和和fms 的的rs485传输传输； pa 的的iec1158-2 传输传输； 光纤光纤(fo) priofibuspriofibus的数据传输和拓扑结构的数据传输和拓扑结构 1 用于用于dp和和fms的的rs485传输技术传输技术 dp和和fms的的rs-485传输传输 rs-485是是profibus最常用的一种最常用的一种，通常称为通常称为h2， 采用屏蔽双绞铜线电缆采用屏蔽双绞铜线电缆，共用一根导线对共用一根导线对。适用于需要适用于需要 高速传输和设施简单而又便宜的各个领域高速传输和设施简单而又便宜的各个领域，rs485传输传输 技术的基本特性如下技术的基本特性如下： 网络拓扑网络拓扑：线性总线线性总线，两端有有源的总线终端电阻两端有有源的总线终端电阻。 传输速率传输速率：9.6k bit/s12m bit/s 介质介质：屏蔽双绞电缆屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽也可取消屏蔽，取决于环境条件取决于环境条件（emc） 站点数站点数：每分段每分段32个站个站（不带中继不带中继），），可多到可多到127个站个站（带中继带中继） 插头连接插头连接：最好使用最好使用9针针d型插头型插头。 1 用于用于dp和和fms的的rs485传输技术传输技术 rs-485传输设备安装要点传输设备安装要点 (1) 全部设备均与总线连接全部设备均与总线连接。 (2) 每个分段上最多可接每个分段上最多可接32个站个站（主站或从站主站或从站）。）。 (3) 每段的头和尾各有一个总线终端电阻每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操确保操 作运行不发生误差作运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有两个总线终端电阻必须永远有 电源电源。 (4) 当分段站超过当分段站超过32个时个时，必须使用中继器用以连必须使用中继器用以连 接各总线段接各总线段。 2 用于用于papa的传输技术的传输技术 用于用于pa的的iec1158-2传输技术传输技术 iec1158-2传输技术传输技术能满足化工和石化工业的要求能满足化工和石化工业的要求，它它可可 保持其本质安全性并使现场设备通过总线供电保持其本质安全性并使现场设备通过总线供电，通常称之为通常称之为 h1，用于用于profibus-pa。 iec1158-2传输技术原理如下传输技术原理如下： 每段只有一个电源每段只有一个电源，供电装置供电装置； 站发送信息时不向总线供电站发送信息时不向总线供电； 每站现场设备所消耗的为常量稳态基本电流每站现场设备所消耗的为常量稳态基本电流； 现场设备的作用如无源的电流吸收装置现场设备的作用如无源的电流吸收装置； 主总线两端起无源终端线的作用主总线两端起无源终端线的作用； 允许使用线形允许使用线形、树型和星型网络树型和星型网络； 2 用于用于papa的传输技术的传输技术 iec1158-2传输技术特性传输技术特性: 数据传输数据传输：数字式数字式、位同步位同步、曼彻斯特编码曼彻斯特编码。 传输速率传输速率：31.25k bit/s，电压式电压式。 数据可靠性数据可靠性：前同步信号前同步信号，采用起始和终止限定符避免误差采用起始和终止限定符避免误差。 电缆电缆：双绞线双绞线，屏蔽式或非屏蔽式屏蔽式或非屏蔽式。 远程电源供电远程电源供电：可选附件可选附件，通过数据线通过数据线。 防爆型防爆型：能进行本征及非本征安全操作能进行本征及非本征安全操作。 拓扑拓扑：线型或树型线型或树型，或两者相结合或两者相结合。 站数站数：每段最多每段最多32个个，总数最多为总数最多为126个个。 中继器中继器：最多可扩展至最多可扩展至4台台。 3 光纤传输技术光纤传输技术 （1 1）profibusprofibus系统在系统在系统在系统在电磁干扰很大电磁干扰很大电磁干扰很大电磁干扰很大的环境下应用时的环境下应用时，可可的环境下应用时的环境下应用时，可可 使用光纤导体使用光纤导体使用光纤导体使用光纤导体, ,以增加高速传输的距离以增加高速传输的距离。以增加高速传输的距离以增加高速传输的距离。 （2 2）可可）可可使用两种光纤导使用两种光纤导使用两种光纤导使用两种光纤导体体，一是价格低廉的塑料纤维导一是价格低廉的塑料纤维导体体，一是价格低廉的塑料纤维导一是价格低廉的塑料纤维导 体体，供距离小于供距离小于体体，供距离小于供距离小于5050米情况下使用米情况下使用，另一种是玻璃纤维导另一种是玻璃纤维导米情况下使用米情况下使用，另一种是玻璃纤维导另一种是玻璃纤维导 体体，供距离小于供距离小于体体，供距离小于供距离小于1 1公里米情况下使用公里米情况下使用。公里米情况下使用公里米情况下使用。 （3 3）总线段可采用星形或环型结构总线段可采用星形或环型结构。允许冗余允许冗余）总线段可采用星形或环型结构总线段可采用星形或环型结构。允许冗余允许冗余 （4 4）许多厂商提供专用总线插头许多厂商提供专用总线插头）许多厂商提供专用总线插头许多厂商提供专用总线插头( (耦合器耦合器耦合器耦合器) )可将可将可将可将rsrs485485信信信信 号转换成导体信号或将光纤导体信号转成号转换成导体信号或将光纤导体信号转成号转换成导体信号或将光纤导体信号转成号转换成导体信号或将光纤导体信号转成rsrs- -485485信号信号信号信号 priofibuspriofibus的总线存取控制机制的总线存取控制机制 profibus的的dp，fms和和pa均使用均使用单一单一的总线的总线 存取协议存取协议，通过通过osi参考模型的参考模型的第第2层层实现实现，包括数据包括数据 的可靠性以及传输协议和报文的处理的可靠性以及传输协议和报文的处理。 在在profibus中中，第第2层称之为现场总线数据链路层称之为现场总线数据链路 (fdlfieldbus data link )。介质存取控制介质存取控制 ( mac， medium access control ) 具体控制数据传输的程序具体控制数据传输的程序， mac必须确保在任何时刻只能有一个站点发送数据必须确保在任何时刻只能有一个站点发送数据。 profibus协议的设计旨在满足介质存取控制的协议的设计旨在满足介质存取控制的 基本要求基本要求。 总线访问协议的特征总线访问协议的特征 混合总线访问协议混合总线访问协议: : 主站间的逻辑令牌环主站间的逻辑令牌环 主从站间的主从协议主从站间的主从协议 主站主站: : 主站在一个限定时间内主站在一个限定时间内（token hold time)token hold time) 对总线有控制权对总线有控制权 从站从站: : 从站只是响应一个主站的请求从站只是响应一个主站的请求，它们对总线它们对总线 没有控制权没有控制权 系系 统统 配配 置置 profibusprofibusfmsfms面向对象面向对象 变量变量、参数参数、程序均设计为对象程序均设计为对象 每个对象都有确定的特性每个对象都有确定的特性（读读，写写） 所有对象被列在对象字典所有对象被列在对象字典（odod）中中 对象字典根据每个设备单独构成对象字典根据每个设备单独构成 profibus特点综述 与其它现场总线系统相比与其它现场总线系统相比，profibusprofibus的最大的最大 优点在于具有稳定的国际标准优点在于具有稳定的国际标准en50170en50170作保证作保证， 并经实际应用验证具有普遍性并经实际应用验证具有普遍性。 目前已应用的领域包括加工制造目前已应用的领域包括加工制造、过程控制过程控制 和楼宇自动化等和楼宇自动化等。profibusprofibus开放性和不依赖于厂开放性和不依赖于厂 商的通信的设想商的通信的设想，已在已在1010多万成功应用中得以实多万成功应用中得以实 现现。市场调查确认市场调查确认，在德国和欧洲市场中在德国和欧洲市场中 profibusprofibus占开放性工业现场总线系统的市场份额占开放性工业现场总线系统的市场份额 超过超过40%40%。 profibusprofibus有国际著名自动化技术装备有国际著名自动化技术装备 的生产厂商支持的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并它们都具有各自的技术优势并 能提供广泛的优质新产品和技术服务能提供广泛的优质新产品和技术服务。 总结总结总结总结 priofibuspriofibus的总线存取控制机制的总线存取控制机制 1、 三种三种profibus(dp、fms、pa)均使用一致的总线存取协议均使用一致的总线存取协议。 该协议是通过该协议是通过osi参考模型第二层参考模型第二层（数据链路层数据链路层）来实现的来实现的。它包它包 括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。 2、在在profibus中中，第二层称之为现场总线数据链路层第二层称之为现场总线数据链路层 （fiel