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PROFIBUS概述1 PROFIBUS的协议结构2 PROFIBUS的GSD文件3 PROFIBUS概述 Profibus是Process Fieldbus的简称，中文名 称:过程现场总线。 PROFIBUS首先是在87年由Siemens公司等13家企 业和5 家研究机构联合开发，到现在已经成为 了国际上通用的现场总线标准之一，全面覆盖 了工程自动化的各个领域。 传统总线与PROFIBUS总线 PROFIBUS总线的优点 与传统的总线相比，PROFIBUS现场总线有以 下优点： 1、节省硬件成本 2、设计组态安装调试简便 3、系统的安全可靠性好减少故障停机时间 4、系统维护设备更换和系统扩充方便 5、用户对系统配置 设备选型有最大的自主权 6、完善了企业信息系统为实现企业综合自动化提供了基 础 PROFIBUS族员 PROFIBUS家族成员包括PROFIBUS-FMS， PROFIBUS-DP以及PROFIBUS-PA。 PROFIBUS-DP 用于电气自动化和设备自动化中快速的数据交 换。它具有设备简单，价格低廉，功能强大等 特点。DP的基本版本是DP-V0,扩展版本DP-V1， DP-V2。 DP-V0：实现1类主站和从站之间的循环数据通信。 DP-V1：实现循环数据（I/O数据）交换和专为过程控制而设计的 非循环数据交换。 DP-V2：实现高精度控制（多个输入同时采样、等时同步控制） PROFIBUS-PA PORFIBUSPA：专为过程自动化设计，可使传 感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安 全规范。通俗的理解就是它代替了过程控制中 传统的4-20mA标准信号。 PROFIBUS-FMS PROFIBUSFMS：用于车间级监控网络，是一个 令牌结构、实时多主网络。主要应用领域是大 数据量的数据传输，把若干个分散过程部分集 中到一个公共过程中。 PROFIBUS工业控制网络 PROFIBUS协议结构 PROFIBUS的协议结构以ISO/OSI为参考模型，所以它的 协议结构符合开放性和标准化的要求。 PROFIBUS协议结构 物理层1 数据链路层2 应用层7 用户层8 物理层 物理层定义了“物理的”（即电气的和机械的 ）特性，在这其中包括PROFIBUS设备的物理传 输线路技术以及规范。 PROFIBUS传输技术： 1、用于DP传输：RS485传输技术 2、用于PA传输：IEC11582传输技术（MBP） 3、光纤传输技术：用于提高抗干扰性和增大网络距离 3 用于DP传输的RS-485传输技术 RS-485传输是PROFIBUS最常用的的一种传输技术。主要 用于DP传输。这种技术采用的电缆是屏蔽双绞铜线，具 有简单、成本低、传输速率快等特点。 RS-485传输技术基本特征： （1） 网络拓扑：总线型，两端有有源的总线终端电阻。 （2） 传输速率：9.6K bit /s12M bit/ s （3） 介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC ）。 （4） 站点数：每分段32个站（不带中继器），可多到126个站（带 中继器）。 （5） 插头连接：最好使用9针D型插头 3 用于DP传输的RS-485传输技术 PROFIBUS交换数据使用异步传输技术和NRZ编码， NRZ编码的二进制信号“0”和“1”的信号电平在信号持续 期间维持不变。 3 9针D型连接器的针脚分配 9针D 型连接器的针脚分配 3 标准A型电缆参数 RS485传输技术采用的电缆型号多种多样，一 般现场中采用标准的A型电缆： 3 标准的A型电缆数据 参数数值 阻抗在频率为3-20MHz时为135- 165 电容0.64mm 导体面积0.34mm2 每个波特率对应的网段的最大长度 在RS485传输技术中，每个网段的最大长度，随着波特率的增加 ，而减少。其中，标准A型电缆对应的每个网段最大长度如下： 注意：由于受电缆本身电阻，以及质量的问题，一般的电缆无法 达到上述长度要求。 信号传输速率最大网段长度/m 9.6 kbit/s1200 19.2 kbit/s1200 45.45 kbit/s1200 93.75 kbit/s1200 187.5 kbit/s1000 500 kbit/s400 1.5 Mbit/s200 3 Mbit/s100 6 Mbit/s100 12 Mbit/s100 总线网络中可扩展的最大长度 在PROFIBUS-DP安装中，必须选择一个与该总线连接的所有设备 都支持的数据传输速率。所选择的数据传输速率决定了如上所述 的最大网段的长度。 在每一个PROFIBUS DP网络中，两个总线站之间的最大许可的距 离可计算如下: (NO_REP + 1)x网段长度 NO_REP=串联连接的中继器的最大数量 例：中继器制造商的规定允许串联9个中继器，那么在1.5M bit/s 的数据传输速率下，两总线站之间的最大距离如下： (9+1)x200m=2000m 终端电阻的使用 PROFIBUS网络中的终端电阻及使用 当信号在电缆上传输时，任何附加的电阻、电容，以及线路终 端都会引起信号反射，像回声一样，反射会在线路上引起许多信 号的叠加，产生严重的信号干扰，特别是在高速率传输时，这种 情况更严重。为减少反射，最好的方法就是在PROFIBUS网段的两 端加上一个适当的终端电阻。这个终端电阻可以设置在设备中， 也可以设置在网络连接器中。 终端电阻的使用 终端电阻的使用 网段设备数量分布 一个PROFIBUS网络中最多只能有126个设备（包括主站和从站）， 如果距离过长或某一处的从站设备过多，就需要把DP网络分成若 干个网段。在同一个网络段中，最多只能有32个设备。如果一个 网络中设备数量多于32个或由于受距离以及设备性质的限制，那 就必须划分出多个网段，网段之间用中继器或者段耦合器连接。 IEC11582的传输技术 数据IEC11582的传输技术是一种位同步协议，可进行无电流的 连续传输。传输使用固定波特31.25kbit/s用于PA传输，能满足化 工和石油化工业的要求。它可保持其本征安全性，并通过总线对 现场设备供电。 IEC11582传输技术特性： 数据传输：数字式、位同步、曼彻斯特编码。 传输速率：31.25K bit /s，电压式。 数据可靠性：前同步信号,采用起始和终止限定符避免误差。 电缆：双绞线，屏蔽式或非屏蔽式。 远程电源供电：可选附件，通过数据线。 站数：每段最多32个，总数最多为126个。 中继器：最多可扩展至4台。 光纤传输技术 光纤传输技术：可用塑料光纤和玻璃光纤。塑料光纤便 宜，连接方便，但传输距离小于50m；玻璃光纤价格较 贵，但传输距离远。 光纤传输优点： （1）传输距离长； （2）抗电磁干扰； （3）电气隔离特性避免了电势差和接地电流的问题； （4）光缆重量轻，不会被腐蚀。 注意：光纤传输技术，需要用专门的设备进行接收与发送，针对 光纤传输技术，鼎实公司专门研发了单模光纤模块PB-OLM-S和多 模光纤模块PB-OLM-M，用于信号的接收和发送。 数据链路层 PROFIBUS的数据交换发生在主站和从站之间，而所有的 这种数据交换都必须按一定的协议来完成。数据链路层 中包含了对数据传输报文的一般结构描述、安全机制设 置以及可能提供的服务。 SDLELErSDrDASAFCDU. FCSED PROFIBUS数据链路层的一般格式 SD： 报头； LE： 数据长度 DA： 目标地址 SA： 源地址； FC： 功能码 FCS：帧校验序列 ED： 报尾，固定为0x16 功能码的含义： b7b6b5b4b3b2b1b0 功能编号 站类型和状态： 00：从站 01：主站未准备好 10：主站已准备 11：主站正在令牌环中 报文类型： 1：请求报文；0：响应报文 总为0 应用层 应用层（FAL）是一种应用层通信标准，它为用户程序 提供访问现场总线通信环境的手段。它从应用的角度规 定了如何发出和传送请求和响应，其目的在于支持用户 、功能块和管理应用。PROFIBUS的应用层规定了详 细的数据传递报文规范和数据格式。 用户层 PROFIBUS用户层主要定义了一些通信 行规，包括：应用行规和系统行规。 应用行规：主要涉及到现场设备、控制和集成工具，它为制造商 开发与行规一致的、可互操作的设备提供规范。 系统行规：更进一步地描述系统类别，它包含主站功能、标准程 序接口可能的功能（符合IEC61131-3的FB、安全等级和FDT）和 集成工具选项（GSD、EDD和DTM）。 系统行规充分描述可供现场设备使用的特定的系统参数，而应用 行规则可以使用这些系统参数，最大程度地简化它们定义的特性 。 PROFIBUS的GSD文件 PROFIBUS中的1类主站和所有从站在进行系 统组态时，必须知道它们的设备特征和性能， 如制造商的名字、该设备支持的波特率、I/O模 块情况以及其他必须和可选的特性数据，而这 些数据都是写在一个ASCII格式的文件中的，这 个文件就是GSD文件。 GSD文件的组成 GSD文件的组成 一般特性 主要包括制造商的一些信息，如设备名称，GSD版本号， 波特率等； 主站特性 主要包括与主站有关的参数，如最大能处理的从站数，上 载和下载选择等。从站没有该部分； 从站特性 主要包括所有的从站信息，如I/O通道的数量和类型，诊断 功能等，如果该从站为模块类型，则还包括可获得的模块数量和 类型。 GSD文件的命名 GSD文件的命名，一般格式为公司+设备名字+ 版本号： 如北京鼎实PB-B-MODBUS系列的产品命名为 ：DS_