第6讲PROFIBUS现场总线.ppt

第六讲PROFIBUS现场总线,PROFIBUS,第一部分概论,ProcessFieldbus的缩写，是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化；是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。PROFIBUS由三个兼容部分组成PROFIBUS-DPDecentralizedPeriphery.是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。PROFIBUS-PAProcessAutomation.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。PROFIBUS-FMSFieldbusMessageSpecification.用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。,概述,通信透明从传感器执行器到区域控制器,概述,PROFIBUS簇,概述,PROFIBUS给客户的好处,节省硬件和安装费用减少硬件成份(I/O,终端块、隔离栅)更容易、更快捷和低成本的安装节省工程费用更容易组态(对所有设备只需一套工具)更容易保养和维修更容易和更快捷的系统起动更大的制造灵活性改进功能减少故障时间准确、可靠的诊断数据可靠的数字传输技术,概述,PROFIBUS产品范围,概述,PROFIBUS协议符合ISO/OSI的开放系统参考模型,概述,三种有效的传输技术:,提供三种不同的物理层选择:,RS485:用于DP和FMSIEC1158-2:用于PA光纤:用于DP和FMS,站1,.,站n,PROFIBUS使用两端有终端的总线拓扑在运行期间，接入和断开一个或几个站不会影响其他站的工作，即使在本质安全区也如此。,概述,PROFIBUS-DP的特点:,代替PLC/PC与I/O之间昂贵的电线快速，传输1千字节的输入数据和1千字节的输出数据所需时间2ms强有力的工具，减少组态和维护费用被所有主要的PLC制造商支持有广泛的产品:PLC,PC,I/O,驱动器,阀,编码器等允许周期性和非周期性的数据传输单主和多主网络每个站的输入和输出数据最多可达244字节,概述,典型的PROFIBUS-DP系统,一个典型的PROFIBUS-DP系统的组成:一个PLC/PC作为中央控制器各种外围设备，如:数字或模拟I/OAC或DC驱动器电磁或气动阀人机界面(HMI),概述,基于扩展的PROFIBUS-DP协议和IEC1158-2传输技术适用于代替现今的4.20mA技术仅用一根双绞线进行数据通信和供电通过串行总线联接仪器仪表与控制系统适用于本质安全的EEx应用区域可靠的串行数字传输通过一根双绞电缆进行控制、调节和监视对所有设备只需一个工程工具由于PROFIBUS-PA行规，保证了互操作性和互换性仪器仪表的维护和诊断信息,PROFIBUS-PA的特点PA=ProcessAutomation,概述,带有PROFIBUS-PA的典型系统配置,概述,PROFIBUS-FMS的特点:,FMS最佳适用于车间级智能主站间通用的、面向对象的通信FMS提供一个MMS-功能子集（MMS即ManufacturingMessageSpecification,ISO9506)主要应用区域:大数量的数据传输，例如程序、数据块等等若干个分散过程部分集成到一个公共过程中智能站间的通信,概述,典型的PROFIBUS-FMS系统,主站,概述,开放的组态允许即插即用,概述,PROFIBUS,第二部分典型应用,PROFIBUS已经有广泛的应用,制造业自动化汽车制造装瓶系统仓储系统楼宇自动化交通管理自动化供热、空调系统过程工业自动化清洗工厂化工和石化工厂造纸和纺织品工厂钢铁厂电力工业和电力输送发电厂开关装置,水泥生产,聚合物存储,胶制品生产,酿酒,汽车制造,污水处理,装瓶工厂,食品生产,楼宇自动化,钢铁厂,典型应用,PROFIBUS在汽车生产中例如，在Bochum的GM(Opel)工厂,欧洲的GM已决定将PROFIBUS作为优选的开放现场总线系统在其所有的欧洲工厂中使用,对每个车身，PROFIBUS-DP控制机器人处理2,000多个焊接操作,PROFIBUS用在冲压车间，每月处理22,000吨钢材,PROFIBUS-DP用在组装线上，每天生产出1,200辆轿车,典型应用,在OPEL工厂的网络结构示意图,典型应用,项目从1997年1月开始使用仪器仪表和控制设备总值5百万马克1,000PROFIBUS-PA的传感器和执行器,PROFIBUS-PA在化工厂的应用,典型应用,PROFIBUS-PA在Bitburger啤酒厂的应用,典型应用,PROFIBUS-PA在DeutscheShellAG的应用,典型应用,PROFIBUS,第三部分安装与布线,传输特点(1),高速(H2),RS485(DP,FMS)依据RS485，异步NRZ传输波特率从9.6kBit/s到12MBit/s，可选双绞屏蔽电缆每段32个站，最多允许127个站距离:12MBit/s=100m;1.5MBit/s=400m;0.34mm每单位长度的电容1,000,000,PROFIBUS的实现,对PROFIBUS-DP智能从设备用单微控制器的实现(例，组合I/O),用户应用软件,应用接口和PROFIBUS-DP软件,用户应用硬件,微控制器:,协议Asic如SPC3/SPC4IX-1,PBS,总线接口RS485/光纤,地址,数据,PROFIBUS,PROFIBUS的实现,对PROFIBUS-DP/FMS智能从设备复杂的实现(如，用PROFIDRIVE行规的频率转换器),带微控制器的主机,双RAM,命令,数据,本地RAM,本地Eprom,协议lASIC如SPC3,SPC4IX-1,PBS,RS485/光纤接口,16位微控制器,主机运行有关微控制器的应用软件,PROFIBUS接口运行有关微控制器的协议软件,PROFIBUS,PROFIBUS的实现,PROFIBUS-PA现场设备接口的实现(如，PROFIBUS-PA温度变送器的接口),I,BusconnectiontoIEC1158-2technology,现场设备PROFIBUS-PA接口是很小的，只需很少的ASICs采用低电耗的微控制器和低电耗的PROFIBUSASICs可减少电耗以确保通过总线的供电量小于10mA.可以直接代替现行的“RoundBoards”。,PROFIBUS的实现,主设备接口的实现(如，PLC的PROFIBUS-DP接口),PROFIBUS的实现,串行PROFIBUS-控制器SPC3(Siemens),总线接口单元,中断控制器,看门狗,模式/状态/参数寄存器,微序列器,RAM控制器,UART,空闲定时器,波特率发生器,SPC3内部1.5kBRAM,CPU控制线,数据线,地址线,TxD,RxD,时钟分频输出,时钟输入,PROFIBUS的实现,串行PROFIBUS-接口(例),PROFIBUS的实现,75ALS176D差动总线传输芯片,PROFIBUS的实现,PROFIBUS-DP从站智能测控节点的系统设计,PROFIBUS的实现,硬件设计(1)-总体,PROFIBUS的实现,硬件设计(2)-数字量输入输出,当跳线JP1的1-2短路，JP2的1-2断开，2-3短路时，DI+和DI-可接一干接点信号当跳线JP1的1-2断开，JP2的1-2短路，2-3断开时，DI+和DI-可接一有源信号,PROFIBUS的实现,软件设计(1)-从站初始化,PROFIBUS的实现,软件设计(2)-主程序流程图,PROFIBUS,第七部分PROFI-NET,自动化领域的工业以太网标准,PROFINET,现场级,控制级,SIMATICNET工业网络,PROFINET,挑战：专用的网络和不同的协议,PROFINET,挑战：多供应商、不同的控制平台,PROFINET,PROFINET连接自动化,PROFINET,PROFINET开放的工业以太网标准,PROFINET,PROFINET开放的工业以太网标准,PROFINET,PROFINET的亮点,PROFINET,PROFInet部件模型,1、工艺模块PROFInet定义了功能术语，如“机械”、“电气/电子”和“控制逻辑/软件”，从而形成一种工艺模块。2、PROFInet部件PROFInet部件代表系统范围工程设计中的一种工艺模块，它将其自动化功能封装在一个软件部件内。3、使用XML的部件描述在PROFInet中XML部件文件包含以下数据：作为一个库元素的部件描述、硬件描述、软件功能描述、部件项目的存取地点。PROFInet以DCOM作为设备之间的公共应用协议。