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ProfibusTrainingCoursePresentedbyGEAutomotive GEFanucAutomation GEFanucAutomation Profibus与传统集中型I O 传统的集中型I O控制方案如左图所示以ProfibusDP为代表的分散型I O控制方案如右图所示 接线端子排 去现场设备 集中I O 分散I O Profibus与OSI7层网络模型 Profibus的全称是ProcessFieldBus 可见Profibus是一种适用于工业过程控制的局域网作为一个局域网 Profibus必须至少具有OSI参考模型中的第一 二层网络的第一层包括了网络设备的接口及其传输技术 这是任何一个网络设备都必须具有的网络的第二层是数据链路层 它负责处理网络设备如何共享传输介质 主机 层次 7 6 5 4 3 2 1 物理层连接 传输介质 Profibus与OSI7层网络模型 Profibus的三个子集 FMS DP和PA在物理层的定义有所不同 DP与FMS均采用RS485技术 PA采用IEC1158 2技术但是 这三个子集在数据链路层均采用符合IEEE802 4标准的逻辑令牌环协议在第二层以上 这三个子集采用各自的高层协议对应不同的通讯任务 FMS主要完成PLC与PLC之间的通讯 DP用于PLC与分散I O之间的通讯 PA用于过程控制中主控制器向传感器供电并读取信息 Profibus的物理层 DP与FMS均采用RS485传输技术每个网站应提供9针D型连接器作为总线接口 实际有用的只有4根针每个网站9针D型连接器中3号针串连在一起 8号针也串连在一起总线电缆的两端须安装有源终端电阻来保证总线通讯的可靠 主站 从站 从站 TXRX 从站 双绞线 Profibus在网络物理层采用RS 485或者星型光纤传输技术Profibus在网络传输层采用令牌 主从协议Profibus的三个协议子集 DP FMS PA的MAC帧兼容 多个子集共存利用中继器扩展开放的系统 Profibus的物理层 Profibus的物理层 ProfibusDP FMS按分段方式构成网络每段可有32台设备 整个网络可有127台设备每段的电缆长度与总线的波特率有一定的关系 见下表段与段之间可通过中继器相连 网上中继器最大个数在3和10之间 Profibus的物理层 ProfibusPA在物理层采用IEC1158 2传输技术每段32个设备 最多126台设备每段只有一个电源 向该段上的设备供电 每站消耗常量稳态基本电流 10mA 信号的调制电流从 9mA到基本电流之间PA与DP的之间通过分段耦合器连接 分段耦合器还是供电装置 波特率31 25k 总线电缆两端装有无源RC终端器 电缆最大长度小于1900m Profibus的物理层 中继器 Repeator 的作用是将传输信号放大 整形 中继器的引入不可避免会引起位传输的延迟当网络上设备太多 网络总线太长 引起传输信号衰减严重时 就应该考虑使用中继器中继器两边的网段必须使用相同的波特率 中继器 ProfibusDP Profibus的物理层 在电磁干扰很大的环境下 或者为了增加总线传输距离 ProfibusDP FMS允许使用光纤传输技术每台设备有两根光纤 一根用于发送 另一根用于接受每台设备通过光纤连到星型耦合器 耦合器将接受到的光信号分送给连到它的每台设备这种拓补结构看似星型的 实际上仍是总线型的光纤的传输距离一般在1km左右 已有RS485 光纤转换器 Profibus的数据链路层 ProfibusFMS DP PA在网络的第二层都运行相同的介质存取协议 FieldbusDataLink FDL Profibus网上的设备可分为主站和从站 Master Slave 所有运行FMS协议的设备都是主站 运行DP和PA协议的设备有主站和从站之分 每个主站有权控制总线访问其他设备主站之间依靠令牌的传递依次获得总线的控制权 Profibus的数据链路层 网络上的每个主站都设有一个定时器 实际令牌运行时间 这个定时器计算从令牌离开本站到令牌再次到达本站的时间 这个时间值与最大令牌循环时间的差值即是本站可以控制令牌的时间当网络上的令牌环建立后 每个主站保持有三个地址 本站地址TS 前趋地址PS 后继地址NS TS发送完之后 就发出一数据帧将令牌转移给NS 嗵齆S是否发送数据帧如果NS没有响应 则TS断定NS已经不活动 TS会发出广播帧 征询是否有其他站的站地址比NS小 如有 则该站取代NS在逻辑环中的地位 这就完成了一个不活动站的删除每个站在获得令牌若干次之后 总会发出广播帧 询问网上是否有站号在TS与NS之间的站 如有一个 则该站插入逻辑环 如有多个 则TS发出分解争用帧 每次允许一个站插入逻辑环逻辑环的初始化操作是令牌的争用过程 只有一个站争得令牌 其余站按站插入算法插入逻辑环 Profibus的高层协议 ProfibusDP的第三至第七层是由DDLM DirectDataLinkMapper 来完成的 在第七层之上 主站的DP协议要完成如下任务 根据主站中有关各个从站的配置信息 向各从站发出配置查询命令 如果从站的实际配置情况与主站中关于该从站的配置情况相符 则主站将开始与该从站周期性的数据交换 每个DP从站可有244个输出字节和244个输入字节ProfibusFMS的第七层是现场总线信息规格 FieldbusMessageSpecification 第七层与第二层之间是低层接口 LowerLayerInterface LLI 设备的FMS上层协议提供以对象为主的客户机 服务器通讯ProfibusPA的高层协议与DP类似 它采用了扩展的DP协议 SDA 发送数据并要求回复确认SDN 发送数据不要求确认SRD 发送数据并要求对方再回送一段数据 主站 从站 DDLM Set Prm帧 检查 设置从站参数 1 主站向从站发DDLM Set Prm数据帧 最长32个字节字节0 字节7由系统生成 其中的字节4 5为从站的ID PTO 字节7以后由从站设备制造商定义以上信息来自从站的GSD文件 Byte0 Byte5 Byte7 Byte4 Byte31 最长处32个字节 2 主站 从站 DDLM Chk Cfg帧 检查 设置从站I O配置 Byte0 Byte7 Byte4 从站第1个模块I O类型编码 主站向从站发DDLM Chk Cfg数据帧从站的每个I O模块占一个字节 字节的编码按Profibus定义 3 主站 从站1 从站2 1byte 2bytes 3bytes 5bytes 主站与从站进入DDLM Data Exchange方式 调用SRD服务 31 50 60 31 2byteI O 50 1wordIn 60 1wordOut ProfibusDP协议流程 ProfibusDP的高层协议 主站 从站 从站 TXRX 从站 双绞线 ProfibusDP按照主从方式完成数据通讯 主站 从站1 从站2 从站3 1byte 2bytes 3bytes 5bytes 主 从 主站应知道所有从站的I O配置信息 正常数据交换之前 主站要核对每个从站的配置主站与从站之间以固定长度的格式交换数据通常的总线循环周期在10ms左右GSD文件 即插即用 有关ProfibusDP的术语 GSD文件 每个Profibus设备的技术性能 如 I O数量 总线参数 如 所支持的波特率 均在GSD文件中说明 GSD也称为电子设备数据库文件用 诶 猛 缱樘 砑 渲弥髡臼保 枰 峁 扛龃诱镜腉SD文件以告诉主站每个从站的参数GapFactor Profibus的主站获得多少次令牌后 应允许有新站插入 次数即是GapFactorTargetRotationTime 最大令牌循环时间 网络中令牌循环一周的可能的最长时间 该参数往往由网络组态软件自动计算出ActualTokenRuntime 实际令牌运行时间 从令牌离开本站开始计时的时间值 令牌再次到达本站时 该计时值清零 该值与最大令牌循环时间的差值即是本站可以控制令牌的时间SlotTime 主站发出数据帧之后 等待响应的时间值 GSD Revision 1Vendor Name GEFanuc Model Name FieldControlBIU Revision 3 20 Ident Number 0 x0534 Modular Station 1Max Module 17 MaxNumberofI OmodulesconnectedtotheslaveMax Input Len 130 Maxlength maxlengthofInputBufferstransmittedtomodulesMax Output Len 130 Maxlength maxlengthofOutputBufferstransmittedtomodulesMax Data Len 260 ThesumofInputandOutputbufferMax Diag Data Len 9Slave Family 3User Prm Data Len 2User Prm Data 0 x00 0 x01 MotorolaMode toswitchtoIntelchangelastentry0 x01to0 x00 Module IC670PBI001ProfibusBIUSlot0 0 x31EndModuleModule IC670MDL643 5 12VDC In 16pt 0 x50EndModuleModule IC670MDL640 24VDC In 16pt 0 x50EndModule 从站的识别码 ID 从站设备制造商定义的参数 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 Byte word 01 input10 output11 input output 00 16 数据长度 模块I O类型编码 典型GSD文件分析 ProfibusTraining 分散I O FieldControl VersaMax 分散I O FieldControl FieldControl是GEFanuc的ProfibusDP从站一个FieldControl远程I O站由总线接口单元 BIU 和I O模块组成总线接口单元负责接收总线数据和向总线发送数据 同时 BIU还负责与I O模块交换数据BIU提供标准的9针D型网络接口BIU上的8位DIP开关用于设定FieldControl的站号 SW8设置从站站号是硬件设定还是软件设定 SW1 7设定硬件从站站号 如果BIU上的SW8设成ON 则FieldControl的从站站号由SW1 7决定 如果SW OFF 则从站站号由手持式编程器设定BIU上的15针D型接口用于连接手持式编程器在手持式编程器上 可设置一些参数通常 AutoConfig应设成Enable 这使得BIU能自动扫描检测I O模块在手持式编程器上还可以监视 强制本站的I O状态BIU可以自动检测总线的波特率 分散I O FieldControl 分散I O FieldControl BIU上有三个LED指示灯 分别为 PWR OK和RunPWR灯代表BIU的24V供电正常OK灯代表BIU自检通过 如果BIU下面的I O模块发生故障或者增加 减少了I O模块 OK灯会闪烁排除故障后再重新上电 OK灯恢复正常Run灯代表BIU与主站正常通讯 如果Run闪烁 则表明从站的I O被HHP强制着 分散I O FieldControl FieldControl单元与主站交换数据的准则如下 每次BIU向主站发送数据时 BIU除了汇报本站所有输入模块的信息 还汇报两个字节的故障诊断数据 发送数据时 除了送出所有输出模块的信号外 还向BIU送出两个字节长度的清除错误命令故障诊断和清除错误命令的数据格式如右 故障诊断 清除错误 分散I O FieldControl 通过HHP 手持式编程器 对FieldControl进行I O的强制操作步骤如右将HHP连在BIU上 HHP的初始菜单如右图第一级所示 按1进入I O监控 按2进入组态将一个变量设置成强制状态后 该变量的状态值左侧会显示 表明该变量目前处于强制状态用光标移动键找寻I O地址 按1 按1 按ENT 按1 分散I O VersaMaxI O 每个NIU最多可带8个模块 分散I O VersaMaxI O VersaMax的ProfibusNIU的LED指示灯 PWR 电源OK 自检通过FAULT 分散I O单元有故障NETWORK 总线通讯正常FORCE 分散I O单元有强制 将来 VersaMax的ProfibusNIU的DIP ModeAddress X100 U Firmware升级 X100 站号的百位数X10 站号的十位数X1 站号的个位数 分散I O VersaMaxI O 两机架扩展方式 三机架以上扩展方式 分散I O VersaMaxI O 与FieldControl一致的数据格式 VersaMax送往PLC的数据格式 PLC送往VersaMax的数据格式 ProfibusTraining 90 70ProfibusDP 90 70ProfibusDP 设置5136 PFB的DIP开关和跳线在SSTConfigurator软件中 组态网上的所有主站与从站 并将组态文件输出成二进制文件在CPU中装入5136 PFB的初始化程序运行5136 PFB的初始化程序 并在PC机上运行HyperTerminal软件 将二进制文件下载给5136 PFB模块编辑CPU中的接口程序 为每个从站模块分配I O地址 支持ProfibusDP主 从站 FMS提供标准的9针D型网络接口和端子型接口LED指示灯 PASS 该灯由VME总线主站 PLC的CPU 向5136 PFB的内部寄存器写入代码后点亮 通常CPU对5136 PFB初始化后 该灯亮FAIL 该灯与Pass灯相反OK 当5136 PFB模块的看门狗正常工作时 该灯点亮SYS 网络上的所有从站均正常通讯 该灯点亮COMM 5136 PFB模块获得令牌时点亮 90 70ProfibusDP 5136 PFB模块 90 70ProfibusDP 5136 PFB模块 拨码开关S1 1 6 的设置 拨码开关S1 7 的设置 拨码开关S1 7 的设置 跳线设置 运行SSTProfibusConfiguration软件包 将5136 PFB VME作为DP主站加入到配置文件中 90 70ProfibusDP SSTConfigurator 将从站的GSD文件拷贝到SST软件包的Common PBC GSD子目录下 1 添加从站设备到配置文件中2 设置从站的站号3 配置每个从站所包含的模块 90 70ProfibusDP 1 2 3 在Edit菜单下选择 ExportBinary 操作将ProfibusDP的配置文件输出成二进制格式 并准备下载该二进制配置文件到5136 PFB VME模块中 90 70ProfibusDP 90 70CPU需要运行GEFanuc提供标准的子程序块来初始化5136 PFB模块在初始化过程中 可以使用超级终端软件来下载创建好的Profibus配置文件程序如右图所示 INIT 1子程序用于初始化系统中的第一块5136 PFB模块 90 70ProfibusDP 现在 应利用HyperTerminal将二进制文件下载到5136 PFB中在Win95的Accessories中选HyperTerminal 窗口如右双击Hypertrm 窗口如下 选DirecttoCOM1 90 70ProfibusDP 建立好这个连接后就可以运行这个连接让CPU运行5136 PFB模块的初始化程序 5136 PFB上的SYS灯会开始闪烁当SYS停止闪烁时 在HyperTerminal中按住 直到与5136 PFB建立通讯 此时 SYS与COMM交替闪烁 橙色 键入rec2bfXmodem命令在Transfer菜单下选SendFile操作 再选中二进制文件 利用Xmodem协议下载二进制文件键入exit 并选择将二进制文件载入5138 PFB的FlashMemory 90 70ProfibusDP 如果主站的组态文件与实际的从站情况相符 且网络电缆连接正常 则5138 PFB上的LED除FAIL外全部点亮这表明你已成功建立了90 70ProfibusDP网络 90 70ProfibusDP 90 30ProfibusDP 90 30PLC的ProfibusDP主站模块如右图标准的9针Profibus连接器9针RS232连接器用于下载Firmware 更新模块版本该模块只须用CimplicityControl对它组态 不需要额外的组态软件三个LED指示灯 OK RUN PWRPWR灯 绿色 正常 黄色 模块故障OK灯 绿色 模块从CPU接收到正确组态内容黄色 模块没有从CPU接收到正确组态内容RUN灯 绿色 模块在进行总线通讯 所有从站通讯正常且无故障红色 模块不进行总线通讯黄色 模块在进行总线通讯 但总线有 障或总线上的从站有故障 进入CimplicityControl 在机架上配置ProfibusDP主模块 注意 该模块在BusController菜单中90 30ProfibusDP主模块的配置菜单第一页 Settings 显示如右在BusAddress中应填入本站站号StatusReference是指从站状态位 一个从站对应一位用户可选择总线的波特率 BaudRate 90 30ProfibusDP 90 30ProfibusDP主模块的第二页配置 SlaveInformation 显示如右 其中一行对应一个从站设备窗口中最靠左边的一栏的数字指的是从站在从站状态字中的状态位处于的位序号在GSDFile处应输入该从站的GSD文件的路径名 如 C Cimplicity Control GSD ge0534de gsd 输入完毕 CimpictyControl会寻找到该文件并读取该文件中的信息在BusAddr处 应输入从站地址号其余数据来自GSD文件 用户不必修改 90 30ProfibusDP 90 30ProfibusDP主模块的第三页配置菜单 DataArea 如右在此菜单中 用户应配置每个从站的I O信息在SlaveAddr处输入从站站号在Module 处输入从站中每个I O模块的序号 如1 2 3 在Type处输入I O模块的类型在LengthType处选择Word或Byte 在DataLength处输入数据长度 在InputOffset和OutputOffset处输入I O地址对于从站站号为3 带有一个16点输入和一个8点输出的FieldControl 其组态如右图所示 90 30ProfibusDP 将此硬件配置信息下载到PLC中使得PLC从Stop切换到Run状态察看ProfibusDP主模块上的OK和Run灯是否变成绿色如果这两个LED指示灯全部变成绿色 表明你已成功建立了90 30PLC的ProfibusDP网络 90 30ProfibusDP ProfibusMaster PBM200 P S S C A N N E R 系统和通讯指示灯 模块Firmware版本升级RS232接口 Profibus9针总线接口Pin8 A Pi