现场总线技术课件

P R O F I B U S 现场总线技术现场总线技术P R O F I B U S 现场总线技术1ProfiBus(Process field Bus)通讯简介n n 作为众多现场总线家族的成员之一，作为众多现场总线家族的成员之一，作为众多现场总线家族的成员之一，作为众多现场总线家族的成员之一，ProfiBusProfiBusProfiBusProfiBus是在欧洲工业界得是在欧洲工业界得是在欧洲工业界得是在欧洲工业界得到最广泛应用的一个现场总线标准，它既符合德国标准到最广泛应用的一个现场总线标准，它既符合德国标准到最广泛应用的一个现场总线标准，它既符合德国标准到最广泛应用的一个现场总线标准，它既符合德国标准DIN19345DIN19345DIN19345DIN19345及欧及欧及欧及欧洲标准洲标准洲标准洲标准EN50170EN50170EN50170EN50170，同时也于，同时也于，同时也于，同时也于2000200020002000年成为国际标准年成为国际标准年成为国际标准年成为国际标准IEC61158IEC61158IEC61158IEC61158的组成部份，的组成部份，的组成部份，的组成部份，是目前国际上通用的现场总线标准之一。是目前国际上通用的现场总线标准之一。是目前国际上通用的现场总线标准之一。是目前国际上通用的现场总线标准之一。n n ProfiBus ProfiBus ProfiBus ProfiBus是属于单元级、现场级的是属于单元级、现场级的是属于单元级、现场级的是属于单元级、现场级的SIMITACSIMITACSIMITACSIMITAC网络，适用于传输中、网络，适用于传输中、网络，适用于传输中、网络，适用于传输中、小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合ProfiBusProfiBusProfiBusProfiBus协议的产品，这些产品可以连接在同一个协议的产品，这些产品可以连接在同一个协议的产品，这些产品可以连接在同一个协议的产品，这些产品可以连接在同一个ProfiBusProfiBusProfiBusProfiBus网络上。网络上。网络上。网络上。n nProfibusProfibusProfibusProfibus是在是在是在是在1987198719871987年由年由年由年由SimensSimensSimensSimens等等等等13131313家企业和家企业和家企业和家企业和5 5 5 5家科研机构在德国联家科研机构在德国联家科研机构在德国联家科研机构在德国联邦研技部的资助下，联合研究开发的开放式现场总线标准。邦研技部的资助下，联合研究开发的开放式现场总线标准。邦研技部的资助下，联合研究开发的开放式现场总线标准。邦研技部的资助下，联合研究开发的开放式现场总线标准。n nProfiBusProfiBusProfiBusProfiBus是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输。纤、无线传输。纤、无线传输。纤、无线传输。ProfiBus(Process field Bus)通讯简2n n ProfiBusProfiBusProfiBusProfiBus主要有三部分组成，包括：主要有三部分组成，包括：主要有三部分组成，包括：主要有三部分组成，包括：ProfiBus-DPProfiBus-DPProfiBus-DPProfiBus-DP、ProfiBus-PAProfiBus-PAProfiBus-PAProfiBus-PA、ProfiBus-FMS ProfiBus-FMS ProfiBus-FMS ProfiBus-FMS，简称，简称，简称，简称DPDPDPDP、PAPAPAPA和和和和FMSFMSFMSFMSn n ProfiBus-DP ProfiBus-DP ProfiBus-DP ProfiBus-DP（H2H2H2H2）是一种经优化的高速低成本通信，）是一种经优化的高速低成本通信，）是一种经优化的高速低成本通信，）是一种经优化的高速低成本通信，专为自动控制系统和设备级分散专为自动控制系统和设备级分散专为自动控制系统和设备级分散专为自动控制系统和设备级分散I/OI/OI/OI/O之间的通信设计之间的通信设计之间的通信设计之间的通信设计n n ProfiBus-PA(H1)ProfiBus-PA(H1)ProfiBus-PA(H1)ProfiBus-PA(H1)是专为过程自动化设计，提供本安传是专为过程自动化设计，提供本安传是专为过程自动化设计，提供本安传是专为过程自动化设计，提供本安传输技术，可使传感器和执行机构联在一根总线上，主要输技术，可使传感器和执行机构联在一根总线上，主要输技术，可使传感器和执行机构联在一根总线上，主要输技术，可使传感器和执行机构联在一根总线上，主要用于现场设备层的总线用于现场设备层的总线用于现场设备层的总线用于现场设备层的总线n nProfiBus-FMSProfiBus-FMSProfiBus-FMSProfiBus-FMS主要用于车间级监控网络，解决车间级通主要用于车间级监控网络，解决车间级通主要用于车间级监控网络，解决车间级通主要用于车间级监控网络，解决车间级通用性通信任务，是一个令牌结构的实时多主网络用性通信任务，是一个令牌结构的实时多主网络用性通信任务，是一个令牌结构的实时多主网络用性通信任务，是一个令牌结构的实时多主网络n n一般将一般将一般将一般将DPDPDPDP和和和和FMSFMSFMSFMS混合使用混合使用混合使用混合使用n n Profibus Profibus Profibus Profibus 的三个兼容产品，使得的三个兼容产品，使得的三个兼容产品，使得的三个兼容产品，使得Profibus Profibus Profibus Profibus 既适合于自既适合于自既适合于自既适合于自动化系统与现场动化系统与现场动化系统与现场动化系统与现场I/oI/oI/oI/o单元的通讯，也可用于直接连接带接单元的通讯，也可用于直接连接带接单元的通讯，也可用于直接连接带接单元的通讯，也可用于直接连接带接口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表对现场口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表对现场口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表对现场口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表对现场信号进行采集和监控。信号进行采集和监控。信号进行采集和监控。信号进行采集和监控。ProfiBus主要有三部分组成，包括：ProfiBus-3通通 信信 透透 明明 从从 传传 感感 器执器执 行行 器器 到到 区区 域域 控控 制制 器器CNC区区 域域 控控 制制 器器Ethernet/TCP/IPTCP/IP/EthernetPROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PA工厂级总线循环时间 1000 ms车间级总线循环时间 100 ms现场级总线循环时间 0.34 mm每单位长度的电容每单位长度的电容 30 pF/m PROFIBUS 电缆被列在电缆被列在 PROFIBUS 电子产品指南中。电子产品指南中。A A型屏蔽双绞电缆型屏蔽双绞电缆PROFIBUS 电缆要求-RS 485参数电缆179 针针D 型连接器的针脚分配型连接器的针脚分配（为（为RS 485用）用）n 对对 PROFIBUS-DP/FMS PROFIBUS-DP/FMS 提供的连接器类型是提供的连接器类型是9 9 针针 D D 型连接器型连接器 n 插座部分被安装在设备上插座部分被安装在设备上 n 如果其他连接器能提供必要的命令信号的话，也允许使用如果其他连接器能提供必要的命令信号的话，也允许使用 表表 9 针针D 型连接器的针脚分配型连接器的针脚分配 9 针D 型连接器的针脚分配（为RS 485用）对 PR189针针D型插头外观型插头外观9针D型插头外观19RS 485传输设备安装传输设备安装 要点要点(1)电缆接线电缆接线A型电缆的总线终端器型电缆的总线终端器站站 1站站 2屏蔽屏蔽保护地保护地RxD/TxD-P(3)DGND(5)VP(6)RxD/TxD-N(8)(3)RxD/TxD-P(5)DGND(6)VP(8)RxD/TxD-N保护地保护地*注:中继器没有站地址，但它们被计算在每段的最多站数中*终羰电阻供电电源 +5V390 数据线数据线数据线数据线DGND(5)VP(6)220 390 RxD/TxD-P(3)RxD/TxD-N(8)*数据线B*数据线A数据传输结束，即+5V地RS 485传输设备安装 要点(1)电缆接线A型电缆的总线终20n n 全部设备均与总线连接全部设备均与总线连接n n每个分段上最多可接每个分段上最多可接3232个站个站n n每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运行不发生误差。运行不发生误差。n n两个总线终端电阻必须一直有电源两个总线终端电阻必须一直有电源n n当分段站超过当分段站超过3232个时，必须使用中继器用以连接个时，必须使用中继器用以连接各总线段。串联的中继器一般不超过四个各总线段。串联的中继器一般不超过四个n n电缆的最大长度取决于传输速度电缆的最大长度取决于传输速度.一旦设备投入一旦设备投入运行，全部设备均需选用同一传输速度。运行，全部设备均需选用同一传输速度。全部设备均与总线连接21安装安装 RS 485(2)VPBADGND第一个站390 220 390 总线终端最后一个站总线终端VPBADGND数据线 B数据线 ABBAA站 2站 3390 220 390 安装 RS 485(2)VPBADGND第一个站390 22总线的连接示意图总线的连接示意图为了在高电磁辐射环境下获得良好的抗干扰性能，可以使用带屏蔽的为了在高电磁辐射环境下获得良好的抗干扰性能，可以使用带屏蔽的数据传输电缆，屏蔽电缆两端的屏蔽编织箔必须与地线连接，并通过数据传输电缆，屏蔽电缆两端的屏蔽编织箔必须与地线连接，并通过尽可能大面积的屏蔽接线来覆盖。此外，在铺设过程中建议把数据线尽可能大面积的屏蔽接线来覆盖。此外，在铺设过程中建议把数据线和高压线隔离和高压线隔离总线的连接示意图为了在高电磁辐射环境下获得良好的抗干扰性能，23拓朴拓朴 这里提供的拓扑是总线型拓扑 在总线的开头和结尾必须有终端 一段可以由最多 32 个站*组成终端终端终端23303162613332(PROFIBUS 支持总线型，树型和星型拓扑)终端中继器中继器*注:中继器没有站地址，但它们被计算在每段的最多站数中站站 1拓朴 这里提供的拓扑是总线型拓扑终端终端终端2330316224n n在一个在一个在一个在一个PROFIBUS PROFIBUS PROFIBUS PROFIBUS 系统中最大可连接系统中最大可连接系统中最大可连接系统中最大可连接126126126126个站，总线系统分个站，总线系统分个站，总线系统分个站，总线系统分为若干段，每个分段最多可连接为若干段，每个分段最多可连接为若干段，每个分段最多可连接为若干段，每个分段最多可连接32323232个站（主站和从站），个站（主站和从站），个站（主站和从站），个站（主站和从站），每段的头尾都需要一个永远有源的总线连接器，标准的每段的头尾都需要一个永远有源的总线连接器，标准的每段的头尾都需要一个永远有源的总线连接器，标准的每段的头尾都需要一个永远有源的总线连接器，标准的总线连接器用一个开关来控制终端电阻。两个总线终端总线连接器用一个开关来控制终端电阻。两个总线终端总线连接器用一个开关来控制终端电阻。两个总线终端总线连接器用一个开关来控制终端电阻。两个总线终端必须一直有电源必须一直有电源必须一直有电源必须一直有电源n n如果总线上超过如果总线上超过如果总线上超过如果总线上超过32323232个站点，各个总线分段之间用中继器个站点，各个总线分段之间用中继器个站点，各个总线分段之间用中继器个站点，各个总线分段之间用中继器（线路放大器）连接，（线路放大器）连接，（线路放大器）连接，（线路放大器）连接，中继器也计数为其中的一个站点中继器也计数为其中的一个站点中继器也计数为其中的一个站点中继器也计数为其中的一个站点n n作为被动的总线站，作为被动的总线站，作为被动的总线站，作为被动的总线站，中继器的作用是保证能明确识别与之中继器的作用是保证能明确识别与之中继器的作用是保证能明确识别与之中继器的作用是保证能明确识别与之连接站点之间所交换的数据连接站点之间所交换的数据连接站点之间所交换的数据连接站点之间所交换的数据n n如果如果如果如果PROFIBUSPROFIBUSPROFIBUSPROFIBUS总线要覆盖更长的距离，中间可建立连接段，总线要覆盖更长的距离，中间可建立连接段，总线要覆盖更长的距离，中间可建立连接段，总线要覆盖更长的距离，中间可建立连接段，连接段内不挂接任何站点连接段内不挂接任何站点连接段内不挂接任何站点连接段内不挂接任何站点n n一般情况下，建议使用的中继器不超过四个一般情况下，建议使用的中继器不超过四个一般情况下，建议使用的中继器不超过四个一般情况下，建议使用的中继器不超过四个在一个PROFIBUS 系统中最大可连接126个站，总线系统25RS 485 的屏蔽的屏蔽/接地接地详细的安装指示在PROFIBUS-DP/FMS 的安装导则中说明，订单号 2.112数据电缆接地电缆从从从从主主接地线数据电缆接地线接地线RS 485 的屏蔽/接地详细的安装指示在PROFIBU26RS-485 传输的数据位顺序传输的数据位顺序 每个八位二进制数（字节）按每个八位二进制数（字节）按 11 11 位的顺序被传输位的顺序被传输 最小的有效位最小的有效位(LSB)(LSB)被第一个发送被第一个发送 最大的有效位最大的有效位(MSB)(MSB)被最后发送被最后发送 每个八位二进数都补充三位，即开始、终止和奇偶校验位每个八位二进数都补充三位，即开始、终止和奇偶校验位 此编码原理称非归零码此编码原理称非归零码NRZNRZ （即（即 N Non on R Return to eturn to Z Zeroero）开始 1 2 3 4 5 6 7 8 奇偶 终止 开始 校验空闲位顺序:1.字节 LSBMSB 2.字节 LSBRS-485 传输的数据位顺序 每个八位二进制数（字节）按27n根据根据IEC1158-2的传输技术用于的传输技术用于PROFIBUS-PA，能满足石油和化，能满足石油和化工工业要求，它可保证其本质安全，并通过总线对现场设备供电。工工业要求，它可保证其本质安全，并通过总线对现场设备供电。IEC1158-2是一种是一种位同步协议位同步协议，其技术特性如下：，其技术特性如下：n 本质安全本质安全(可选可选)和通过和通过总线对站供电总线对站供电(可选可选)，能满足化工，能满足化工和石油化工业的要求和石油化工业的要求n 同步同步 Manchester 编码编码,，可进行无电流的连接传输，通常，可进行无电流的连接传输，通常称为称为H1n传输速度：传输速度：31.25 kBit/s（kbps),电压式电压式n数据可靠性：前同步信号，采用起始和终止限定符避免误差数据可靠性：前同步信号，采用起始和终止限定符避免误差n电缆：电缆：屏蔽或非屏蔽的双绞电缆屏蔽或非屏蔽的双绞电缆n网络拓扑：网络拓扑：总线型总线型、树型或两者相结合、星型、树型或两者相结合、星型n站点数最多站点数最多 127 个站个站,每段每段 10-32 个设备个设备(依赖于依赖于 EX-类型和供电消耗类型和供电消耗)n距离：距离：每段距离达每段距离达 1900 米，用中继器可延长到米，用中继器可延长到 10 公里公里用于用于PA的的IEC1158-2传输技术传输技术根据IEC1158-2的传输技术用于PROFIBUS-PA，28PROFIBUS 电缆要求电缆要求-IEC 1158-2 电缆设计电缆设计:屏蔽双绞电缆 导线面积导线面积:0.8毫米2(AWG 18)回路电阻回路电阻:44 /km 阻抗阻抗（在（在31.25 KHz时）时）:100 +/-20%衰减衰减（在（在39 KHz时）时）:3dB/km 每单位长度的电容每单位长度的电容:2nF/km对 IEC 1158-2 传输的电缆被列在 PROFIBUS 电子产品指南中PROFIBUS 电缆要求-IEC 1158-2 电缆设29冗余性提高了系统的可靠性冗余性提高了系统的可靠性若干种接口给予了冗余系统的可能光纤段给予了冗余电线的能力PROFIBUS-DP每个测量点两个设备FOcouplerFOcouplerFOcouplerFOcoupler系统冗余系统冗余介质冗余介质冗余冗余性提高了系统的可靠性若干种接口给予了冗余系统的可能光纤段30IEC1158-2传输技术总线段与传输技术总线段与RS485传输技术总线段连接传输技术总线段连接基于基于IEC1158-2IEC1158-2传输技术总线段与基于传输技术总线段与基于RS485RS485传输技术总线段可以通过耦传输技术总线段可以通过耦合装置相连，合装置相连，耦合器耦合器使使RS485RS485信号和信号和IEC1158-2IEC1158-2信号相适配。每段通常配信号相适配。每段通常配一个电源装置，电源装置经耦合器和一个电源装置，电源装置经耦合器和PAPA总线为现场设备提供电源，这种总线为现场设备提供电源，这种供电方式可以限制供电方式可以限制IEC1158-2IEC1158-2总线段上的电流和电压。如果需要外接电源总线段上的电流和电压。如果需要外接电源设备，根据设备，根据EN5020EN5020标准必须用适当的隔离装置标准必须用适当的隔离装置 ，将总线供电设备与外接，将总线供电设备与外接电源设备连接在本质安全总线上。电源设备连接在本质安全总线上。IEC1158-2传输技术总线段与RS485传输技术总线段连31IEC1158-2标准供电装置及传输设备的线路长度标准供电装置及传输设备的线路长度PAPA使用的传输介质是双绞线电缆，可以使用下表所列使用的传输介质是双绞线电缆，可以使用下表所列的的IEC1158-2IEC1158-2传输技术的参考电缆规格，也可使用更粗传输技术的参考电缆规格，也可使用更粗截面导体的其它电缆截面导体的其它电缆IEC1158-2标准供电装置及传输设备的线路长度PA使用的32IEC1158-2IEC1158-2传输技术传输技术n n连接到一个端的站点数量最多限于连接到一个端的站点数量最多限于3232个个n n如果使用本质安全型总线供电方式，总线上最大供如果使用本质安全型总线供电方式，总线上最大供电电压和电大供电电流均具有明确的规定电电压和电大供电电流均具有明确的规定n n按防爆等级和总线供电装置，总线上的站点数量也按防爆等级和总线供电装置，总线上的站点数量也将受到限制将受到限制n n为此，为此，PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA总线段的设计应遵循总线段的设计应遵循n n根据现场仪表的型号和数量初步计算所需要的电流根据现场仪表的型号和数量初步计算所需要的电流根据现场仪表的型号和数量初步计算所需要的电流根据现场仪表的型号和数量初步计算所需要的电流n n根据现场的防爆要求和电源装置的功率要求选择合适的根据现场的防爆要求和电源装置的功率要求选择合适的根据现场的防爆要求和电源装置的功率要求选择合适的根据现场的防爆要求和电源装置的功率要求选择合适的电源装置电源装置电源装置电源装置n n根据现场对总线长度的要求确定电缆类型根据现场对总线长度的要求确定电缆类型根据现场对总线长度的要求确定电缆类型根据现场对总线长度的要求确定电缆类型IEC1158-2传输技术连接到一个端的站点数量最多限于3233（3）光纤传输技术）光纤传输技术n nPROFIBUSPROFIBUS系统要桥接更长的距离或在电磁干扰很大系统要桥接更长的距离或在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体（塑料和玻璃）的环境下应用时，可使用光纤导体（塑料和玻璃）传输。传输。n n光链路插头可以实现光链路插头可以实现RS485RS485信号和光纤导体信号的相信号和光纤导体信号的相互转换，价格低廉的塑料纤维导体适用于互转换，价格低廉的塑料纤维导体适用于5050米以内米以内的信号传输，玻璃纤维导体供电离小于的信号传输，玻璃纤维导体供电离小于1 1公里情况下公里情况下使用使用n n为此，用户可十分方便地在为此，用户可十分方便地在PROFIBUSPROFIBUS系统同时使用系统同时使用RS485RS485传输技术和光纤传输技术传输技术和光纤传输技术（3）光纤传输技术PROFIBUS系统要桥接更长的距离或在电34三、总线存取协议三、总线存取协议n nPROFIBUS PROFIBUS 总线均使用单一的总线存取协议，总线均使用单一的总线存取协议，n n通过参考模型的第通过参考模型的第2 2层（数据链路层）实现，包括层（数据链路层）实现，包括 数据可靠性以及传输协议和报文的处理数据可靠性以及传输协议和报文的处理n n媒体访问控制（媒体访问控制（MACMAC）具体控制数据传输，并确保）具体控制数据传输，并确保在任何时刻只有一个站点发送数据在任何时刻只有一个站点发送数据n nPROFIBUSPROFIBUS总线存取协议的设计必须满足总线存取协议的设计必须满足MACMAC控制的控制的两个基本要求，即：两个基本要求，即：n n在复杂的自动化系统（主站）间通信，必须保证在确切在复杂的自动化系统（主站）间通信，必须保证在确切在复杂的自动化系统（主站）间通信，必须保证在确切在复杂的自动化系统（主站）间通信，必须保证在确切的限定时间间隔内，任何一个站点有足够的时间来完成的限定时间间隔内，任何一个站点有足够的时间来完成的限定时间间隔内，任何一个站点有足够的时间来完成的限定时间间隔内，任何一个站点有足够的时间来完成通信任务通信任务通信任务通信任务n n在复杂的程序控制器和简单的在复杂的程序控制器和简单的在复杂的程序控制器和简单的在复杂的程序控制器和简单的I/OI/OI/OI/O设备（从站）间通信，设备（从站）间通信，设备（从站）间通信，设备（从站）间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输三、总线存取协议PROFIBUS 总线均使用单一的总线存取协35n PROFIBUS PROFIBUS 总线访问协议（第二层）对总线访问协议（第二层）对三种三种PROFIBUS PROFIBUS 版版本本(FMS/DP/PA)(FMS/DP/PA)均相同均相同n 这使通信透明和这使通信透明和FMS/DP/PA FMS/DP/PA 网络区域容易组合网络区域容易组合n 因为因为 FMS/DP FMS/DP 使用使用相同的物理介质相同的物理介质(RS-485/FO)(RS-485/FO)，因因此它们能此它们能组合在同一根电缆上。组合在同一根电缆上。nPRIFIBUSPRIFIBUS总线存取协议包括主站之间的总线存取协议包括主站之间的令牌传递令牌传递方式方式 和主站与从站之间的和主站与从站之间的主从方式主从方式，如下图所示，如下图所示PROFIBUS 总线存取协议总线存取协议 PROFIBUS 总线访问协议（第二层）对三种PROFIB36主动站、主设备被动站、从设备PLCPLCPCPROFIBUS主动站、主设备被动站、从设备PLCPLCPCPROFIBUS37总线存取协议示意图总线存取协议示意图n主从方式主从方式允许主站在得允许主站在得到这些存取令牌时可与从到这些存取令牌时可与从站通信，每个主站均可向站通信，每个主站均可向从站发送或索取信息从站发送或索取信息n当某主站得到令牌后，当某主站得到令牌后，该主站可在一定的时间内该主站可在一定的时间内执行主站的工作，在这段执行主站的工作，在这段时间内，它可依照时间内，它可依照 主主-从从关系表与所有从站通信，关系表与所有从站通信，也可依照主也可依照主-主关系表与主关系表与其它主站通信其它主站通信n令牌传递令牌传递程序保证了每个主站在一个确定的时间内得程序保证了每个主站在一个确定的时间内得到令牌，令牌只在到令牌，令牌只在主站之间主站之间通信时使用通信时使用总线存取协议示意图主从方式允许主站在得到这些存取令牌时可与从38P R O F I B U S-DPP R O F I B U S-DP39DP概述概述n nPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP主要用于现场设备级的高速数据传主要用于现场设备级的高速数据传输输n nDPDP除了安装简单之外，它具有很高的传输速率除了安装简单之外，它具有很高的传输速率 、多种网络拓扑结构（总线型、星型、环型）、多种网络拓扑结构（总线型、星型、环型）以及可选的光纤双环冗余以及可选的光纤双环冗余n n在这一级，中央控制器（主站）通过高速串行在这一级，中央控制器（主站）通过高速串行线同分散的现场设备（从站）进行通信线同分散的现场设备（从站）进行通信DP概述PROFIBUS-DP主要用于现场设备级的高速数据传40PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP 的特点的特点:n n代替代替代替代替 PLC/PC PLC/PC 与与与与 I/O I/O 之间昂贵的电线之间昂贵的电线之间昂贵的电线之间昂贵的电线n n快速，传输快速，传输快速，传输快速，传输 1 1 千字节的输入数据和千字节的输入数据和千字节的输入数据和千字节的输入数据和 1 1千字节的输出数据所需时间千字节的输出数据所需时间千字节的输出数据所需时间千字节的输出数据所需时间2 ms2 msn n强有力的工具，减少组态和维护费用强有力的工具，减少组态和维护费用强有力的工具，减少组态和维护费用强有力的工具，减少组态和维护费用 n n被所有主要的被所有主要的被所有主要的被所有主要的 PLC PLC 制造商支持制造商支持制造商支持制造商支持n n有广泛的产品有广泛的产品有广泛的产品有广泛的产品:PLC,PC,I/O,:PLC,PC,I/O,驱动器驱动器驱动器驱动器,阀阀阀阀,编码器等编码器等编码器等编码器等n n允许允许允许允许周期性周期性周期性周期性和和和和非周期性非周期性非周期性非周期性的数据传输的数据传输的数据传输的数据传输n n单主和多主网络单主和多主网络单主和多主网络单主和多主网络n n每个站的输入和输出数据最多可达每个站的输入和输出数据最多可达每个站的输入和输出数据最多可达每个站的输入和输出数据最多可达 244 244 字节字节字节字节PROFIBUS-DP 的特点:代替 PLC/PC 与 I/411设备类型设备类型n nPROFIBUSPROFIBUS具体说明了串行现场总线的技术和功具体说明了串行现场总线的技术和功能特征，它可使分散式数字化控制器从现场底能特征，它可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，该系统分为主站和从站层到车间级网络化，该系统分为主站和从站n n主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权（令牌）时，不用外界请求就可以主动发制权（令牌）时，不用外界请求就可以主动发送信息，它可分为送信息，它可分为DPM1DPM1和和DPM2DPM21设备类型PROFIBUS具体说明了串行现场总线的技术和功能42现场总线技术课件43（1）一类主站）一类主站DPM1n nDPM1DPM1相当于完成自动控制的中央控制器，如相当于完成自动控制的中央控制器，如PLCPLC、PCPC或可做一类主站的控制器，或可做一类主站的控制器，主要完成通信控主要完成通信控制与管理制与管理n n当当DPM1DPM1取得令牌时，在规定的信息周期内可依取得令牌时，在规定的信息周期内可依据通信关系表进行据通信关系表进行主主-从从或或主主-主主通信，可周期通信，可周期性地通过循环和非循环与分散的从站交换信息性地通过循环和非循环与分散的从站交换信息（1）一类主站DPM1DPM1相当于完成自动控制的中央控制器44（2）二类二类DPDP主站主站DPM2DPM2n nDPM2DPM2是指操作员工作站，是可进行是指操作员工作站，是可进行编程、组态、编程、组态、诊断诊断的设备，如编程器、操作面板等的设备，如编程器、操作面板等n nDPM2DPM2主要用于主要用于系统组态、调试和监视目的系统组态、调试和监视目的，它，它们可以通过非循环与们可以通过非循环与DPM1DPM1和从站交换数据和从站交换数据（2）二类DP主站DPM2DPM2是指操作员工作站，是可进行45（3）DP从站从站n nDPDP从站是支持从站是支持DPDP协议的智能现场仪表或智能型协议的智能现场仪表或智能型I/OI/O设备，它们没有总线控制权，仅对接收到的设备，它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向主站发送信息给予确认或当主站发出请求时向主站发送信息信息n nDPDP从站是更接近于底层的现场设备从站是更接近于底层的现场设备 ，它们负责，它们负责执行主站的输出命令，并向主站提供执行主站的输出命令，并向主站提供 从现场传从现场传感器采集到的输入信号或其它输入信号感器采集到的输入信号或其它输入信号n n常见的常见的DPDP从站包括从站包括PLCPLC、分散型的、分散型的I/OI/O、驱动器、驱动器、传感器、执行机构等现场设备传感器、执行机构等现场设备（3）DP从站DP从站是支持DP协议的智能现场仪表或智能型I46设备类型设备类型n nPROFIBUSPROFIBUS可支持单主站系统也支持多主站系统可支持单主站系统也支持多主站系统设备类型PROFIBUS可支持单主站系统也支持多主站系统472基本基本DP功能功能基本功能有：基本功能有：n n传输技术：传输技术：RS485RS485传输，传输介质可以是双传输，传输介质可以是双绞线、双线电缆或光缆绞线、双线电缆或光缆n nMACMAC协议：主站之间是令牌传递，主站和从协议：主站之间是令牌传递，主站和从站之间是主从传递站之间是主从传递n n站地址：站地址：01260126，其中，其中126126只能用于投运目只能用于投运目的，不可用于数据交换的，不可用于数据交换n n传输速率：传输速率：9.6kbps12Mbps9.6kbps12Mbps2基本DP功能基本功能有：48n n通信：点对点方式循环传输通信：点对点方式循环传输(用户数据传送用户数据传送)或或广播方式广播方式(控制指令控制指令)。可进行循环或非循环通信。可进行循环或非循环通信。n n 主站循环地读取从站的输入信息并周期地向从站发主站循环地读取从站的输入信息并周期地向从站发主站循环地读取从站的输入信息并周期地向从站发主站循环地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比中央控制器送输出信息。总线循环时间必须要比中央控制器送输出信息。总线循环时间必须要比中央控制器送输出信息。总线循环时间必须要比中央控制器（PLCPLCPLCPLC）的程序循环时间短，在很多应用场合，程序循）的程序循环时间短，在很多应用场合，程序循）的程序循环时间短，在很多应用场合，程序循）的程序循环时间短，在很多应用场合，程序循环时间约为环时间约为环时间约为环时间约为10ms10ms10ms10ms。n n 一般来说，一般来说，一般来说，一般来说，DPM1DPM1DPM1DPM1与从站之间的通信（与从站之间的通信（与从站之间的通信（与从站之间的通信（I/OI/OI/OI/O数据交换数据交换数据交换数据交换)是循环的（用户数据），和是循环的（用户数据），和是循环的（用户数据），和是循环的（用户数据），和DPM2DPM2DPM2DPM2有关的通信是非循环有关的通信是非循环有关的通信是非循环有关的通信是非循环的（报警、诊断或参数设定）。的（报警、诊断或参数设定）。的（报警、诊断或参数设定）。的（报警、诊断或参数设定）。n n总线冗余：采用光学链路模块总线冗余：采用光学链路模块OLMOLM和光纤构成双和光纤构成双环冗余环冗余通信：点对点方式循环传输(用户数据传送)或广播方式(控制指49n n行为模式和诊断功能行为模式和诊断功能 DP DP规范包括了对系统行为的详细描述以保证设规范包括了对系统行为的详细描述以保证设备的互换性，系统行为主要取决于备的互换性，系统行为主要取决于DPM1DPM1的操作的操作状态状态，这些状态由本地或总体的配置设备所控，这些状态由本地或总体的配置设备所控制，主要有以下三种状态制，主要有以下三种状态n n运行运行运行运行-DPM1-DPM1-DPM1-DPM1处于数据传输阶段，处于数据传输阶段，处于数据传输阶段，处于数据传输阶段，DPM1DPM1DPM1DPM1从从从从DPDPDPDP从站读从站读从站读从站读取输入信息并向从站写入输出信息取输入信息并向从站写入输出信息取输入信息并向从站写入输出信息取输入信息并向从站写入输出信息n n清除清除清除清除-DPM1-DPM1-DPM1-DPM1读取读取读取读取DPDPDPDP从站的输入信息并使输出信息从站的输入信息并使输出信息从站的输入信息并使输出信息从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全状态保持在故障安全状态保持在故障安全状态保持在故障安全状态n n停止停止停止停止-只能进行主只能进行主只能进行主只能进行主-主数据传送，主数据传送，主数据传送，主数据传送，DPM1DPM1DPM1DPM1和和和和DPDPDPDP从站之从站之从站之从站之间没有数据传送间没有数据传送间没有数据传送间没有数据传送行为模式和诊断功能50行为模式和诊断功能行为模式和诊断功能n n此外，为达到安全可靠的目的，有必要对此外，为达到安全可靠的目的，有必要对此外，为达到安全可靠的目的，有必要对此外，为达到安全可靠的目的，有必要对PROFIBUS-DPPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP系统提供有效的保护功能，以防止出现传输差错或传系统提供有效的保护功能，以防止出现传输差错或传系统提供有效的保护功能，以防止出现传输差错或传系统提供有效的保护功能，以防止出现传输差错或传输设备发生故障。在输设备发生故障。在输设备发生故障。在输设备发生故障。在DPDPDPDP主站和主站和主站和主站和DPDPDPDP从站中均带有监视定从站中均带有监视定从站中均带有监视定从站中均带有监视定时器，定时器间隔时间在组态时加以确定。时器，定时器间隔时间在组态时加以确定。时器，定时器间隔时间在组态时加以确定。时器，定时器间隔时间在组态时加以确定。n nDPM1DPM1DPM1DPM1使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视，使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视，使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视，使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视，在规定的监视时间间隔中，如数据传输发生差错，定在规定的监视时间间隔中，如数据传输发生差错，定在规定的监视时间间隔中，如数据传输发生差错，定在规定的监视时间间隔中，如数据传输发生差错，定时器会超时，用户时器会超时，用户时器会超时，用户时器会超时，用户DPM1DPM1DPM1DPM1将根据用户设定的错误自动反将根据用户设定的错误自动反将根据用户设定的错误自动反将根据用户设定的错误自动反应功能决定下一步的处理。应功能决定下一步的处理。应功能决定下一步的处理。应功能决定下一步的处理。n nDPDPDPDP从站使用看门狗控制器（从站使用看门狗控制器（从站使用看门狗控制器（从站使用看门狗控制器（WDTWDTWDTWDT）检测主站和传输线路）检测主站和传输线路）检测主站和传输线路）检测主站和传输线路的故障，如果在一定的时间间隔内发现没有与主站的的故障，如果在一定的时间间隔内发现没有与主站的的故障，如果在一定的时间间隔内发现没有与主站的的故障，如果在一定的时间间隔内发现没有与主站的数据通信，从站自动将其输出进入故障安全状态数据通信，从站自动将其输出进入故障安全状态数据通信，从站自动将其输出进入故障安全状态数据通信，从站自动将其输出进入故障安全状态行为模式和诊断功能此外，为达到安全可靠的目的，有必要对PRO51典型的典型的PROFIBUS-DP 系统系统主站主站一个典型的一个典型的 PROFIBUS-DP 系统的组成系统的组成:一个一个 PLC/PC 作为中央控制器作为中央控制器 各种外围设备，如各种外围设备，如:数字或模拟数字或模拟 I/O AC 或或 DC 驱动器驱动器 电磁或气动阀电磁或气动阀 人机界面人机界面(HMI)PROFIBUS-DPPLC从站从站从站从站从站从站从站从站RS 485 up to 12 MBit/sPLC典型的PROFIBUS-DP 系统主站一个典型的 PROFI523、扩展、扩展DP功能功能n nDPDPDPDP扩展功能是面向连接的数据通信技术，扩展功能是面向连接的数据通信技术，扩展功能是面向连接的数据通信技术，扩展功能是面向连接的数据通信技术，它允许主站之间非循环的它允许主站之间非循环的它允许主站之间非循环的它允许主站之间非循环的通信功能通信功能通信功能通信功能n n在过程自动化系统中，除了周期性的高速数据传输以外，许多信息在过程自动化系统中，除了周期性的高速数据传输以外，许多信息在过程自动化系统中，除了周期性的高速数据传输以外，许多信息在过程自动化系统中，除了周期性的高速数据传输以外，许多信息往往只在需要时才进行数据交换，如往往只在需要时才进行数据交换，如往往只在需要时才进行数据交换，如往往只在需要时才进行数据交换，如DPM2DPM2DPM2DPM2非循环存取现场控制设备非循环存取现场控制设备非循环存取现场控制设备非循环存取现场控制设备的参数测量值等，的参数测量值等，的参数测量值等，的参数测量值等，DPDPDPDP扩展功能满足了过程自动化系统扩展功能满足了过程自动化系统扩展功能满足了过程自动化系统扩展功能满足了过程自动化系统中非周期性中非周期性中非周期性中非周期性的的的的数据传输要求数据传输要求数据传输要求数据传输要求n n相对于高速循环的用户数据传输而言，非循环的数据传输具有较低相对于高速循环的用户数据传输而言，非循环的数据传输具有较低相对于高速循环的用户数据传输而言，非循环的数据传输具有较低相对于高速循环的用户数据传输而言，非循环的数据传输具有较低的优先权的优先权的优先权的优先权3、扩展DP功能DP扩展功能是面向连接的数据通信技术，它允许53（1 1）一类主站）一类主站DPM1DPM1与与DPDP从站的扩展数据通信从站的扩展数据通信n n在这种数据通信的服务顺序中，在这种数据通信的服务顺序中，DPM1DPM1与从站间与从站间先建立先建立 链接，该链接称为链接，该链接称为MSAC-C1MSAC-C1，它与主从，它与主从站之间的循环数据传输紧密连接在一起站之间的循环数据传输紧密连接在一起n n当链接成功建立以后，当链接成功建立以后，DPM1DPM1就可以通过就可以通过MSCY-C1MSCY-C1链接来执行循环数据传输，也可以通过链接来执行循环数据传输，也可以通过MSAC-C1MSAC-C1链接来执行非循环数据传输链接来执行非循环数据传输n n带直接数据链路映像的非循环读带直接数据链路映像的非循环读带直接数据链路映像的非循环读带直接数据链路映像的非循环读/写功能写功能写功能写功能n n报警响应报警响应报警响应报警响应（1）一类主站DPM1与DP从站的扩展数据通信在这种数据通信54（2 2）二类主站）二类主站DPM2DPM2与从站间的非循环的数据传输与从站间的非循环的数据传输n nDPDPDPDP扩展功能允许一个或几个诊断或操作员控制设备扩展功能允许一个或几个诊断或操作员控制设备扩展功能允许一个或几个诊断或操作员控制设备扩展功能允许一个或几个诊断或操作员控制设备（DPM2DPM2DPM2DPM2）对）对）对）对DPDPDPDP从站的任何数据块进行非循环读从站的任何数据块进行非循环读从站的任何数据块进行非循环读从站的任何数据块进行非循环读/写服务。写服务。写服务。写服务。这也是一种面向链接的通信功能，称为这也是一种面向链接的通信功能，称为这也是一种面向链接的通信功能，称为这也是一种面向链接的通信功能，称为MSAC-C2MSAC-C2MSAC-C2MSAC-C2n n新的新的新的新的DDLM-InitiateDDLM-InitiateDDLM-InitiateDDLM-Initiate服务用于在用户数据传输开始之前服务用于在用户数据传输开始之前服务用于在用户数据传输开始之前服务用于在用户数据传输开始之前建立连接，从站用确认应答建立连接，从站用确认应答建立连接，从站用确认应答建立连接，从站用确认应答DDLM-Initiate.resDDLM-Initiate.resDDLM-Initiate.resDDLM-Initiate.res确认链确认链确认链确认链接成功接成功接成功接成功n n链接成功以后，在通过链接成功以后，在通过链接成功以后，在通过链接成功以后，在通过DDLMDDLMDDLMDDLM读写服务过程中，允许任读写服务过程中，允许任读写服务过程中，允许任读写服务过程中，允许任何长度的间歇何长度的间歇何长度的间歇何长度的间歇n n如果连接监视器监视到故障，将自动终止主站和从站如果连接监视器监视到故障，将自动终止主站和从站如果连接监视器监视到故障，将自动终止主站和从站如果连接监视器监视到故障，将自动终止主站和从站的连接的连接的连接的连接 （2）二类主站DPM2与从站间的非循环的数据传输DP扩展功能554 4 电子设备数据库文件电子设备数据库文件n n 为了要明确识别为了要明确识别PROFIBUSPROFIBUS产品，生产厂家必须产品，生产厂家必须以电子设备数据库文件以电子设备数据库文件GSDGSD方式将一类方式将一类DPDP主站和主站和DPDP从站的功能参数（如从站的功能参数（如I/OI/O点数、诊断信息、波点数、诊断信息、波特率、时间监视等，这些参数对于每种设备类特率、时间监视等，这些参数对于每种设备类型和制造商来说均有差别）进行说明，使用根型和制造商来说均有差别）进行说明，使用根据据GSDGSD所作的组态工具可将不同厂商生产的设备所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中集成在同一总线系统中n nGSDGSD文件实现了设备的即插即用文件实现了设备的即插即用4 电子设备数据库文件 为了要明确识别PROFIBUS产品，56n n GSD GSD GSD GSD是一种准确定义的格式描述，每一种设备均有一是一种准确定义的格式描述，每一种设备均有一是一种准确定义的格式描述，每一种设备均有一是一种准确定义的格式描述，每一种设备均有一个个个个GSDGSDGSDGSD文件。使用组态软件时，把设备的文件。使用组态软件时，把设备的文件。使用组态软件时，把设备的文件。使用组态软件时，把设备的GSDGSDGSDGSD文件文件文件文件copycopycopycopy至相应的目录下，即可把此设备放至网络中。至相应的目录下，即可把此设备放至网络中。至相应的目录下，即可把此设备放至网络中。至相应的目录下，即可把此设备放至网络中。n nGSDGSDGSDGSD文件可分为三个部份文件可分为三个部份文件可分为三个部份文件可分为三个部份n n 一般规范：包括生产厂商和设备名称一般规范：包括生产厂商和设备名称一般规范：包括生产厂商和设备名称一般规范：包括生产厂商和设备名称 、硬件和软件版本、硬件和软件版本、硬件和软件版本、硬件和软件版本、波特率、监视时间间隔、总线插头的信号分配波特率、监视时间间隔、总线插头的信号分配波特率、监视时间间隔、总线插头的信号分配波特率、监视时间间隔、总线插头的信号分配n n与与与与DPDPDPDP主设备有关的规范，包括适用于主站的各项参数主设备有关的规范，包括适用于主站的各项参数主设备有关的规范，包括适用于主站的各项参数主设备有关的规范，包括适用于主站的各项参数 ，如，如，如，如允许连接从站的个数、上装允许连接从站的个数、上装允许连接从站的个数、上装允许连接从站的个数、上装/下装能力下装能力下装能力下装能力n n与与与与DPDPDPDP从站有关的规范：包括从站有关的规范：包括从站有关的规范：包括从站有关的规范：包括 了与从站有关的一切规范，如了与从站有关的一切规范，如了与从站有关的一切规范，如了与从站有关的一切规范，如如输入如输入如输入如输入/输出通道数、类型、诊断数据等输出通道数、类型、诊断数据等输出通道数、类型、诊断数据等输出通道数、类型、诊断数据等 GSD是一种准确定义的格式描述，每一种设备均有一个GSD文57开放的组态允许即插即用开放的组态允许即插即用PROFIBUS 组态工具组态工具系统组态系统组态电子设备数据单电子设备数据单(GSD-files)PLCPROFIBUSGSDGSDGSDGSDGSDGSDPLC开放的组态允许即插即用PROFIBUS 系统组态电子设备数据585、RORIBUS-DPRORIBUS-DP行规行规n n 行规对用户数据的含义做了具体说明，并规定行规对用户数据的含义做了具体说明，并规定行规对用户数据的含义做了具体说明，并规定行规对用户数据的含义做了具体说明，并规定DPDPDPDP如何用于如何用于如何用于如何用于应用领域应用领域应用领域应用领域n n行规使得不同厂商生产的同类产品能互换行规使得不同厂商生产的同类产品能互换行规使得不同厂商生产的同类产品能互换行规使得不同厂商生产的同类产品能互换n nDPDPDPDP行规如下：行规如下：行规如下：行规如下：n nNC/RCNC/RCNC/RCNC/RC行规（行规（行规（行规（3.0523.0523.0523.052）-描述不同型号的数据机床、机器人如何用描述不同型号的数据机床、机器人如何用描述不同型号的数据机床、机器人如何用描述不同型号的数据机床、机器人如何用PROFIBUS-DPPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP控制等控制等控制等控制等n n编码器行规（编码器行规（编码器行规（编码器行规（3.0623.0623.0623.062）-描述单圈和多圈分辨率的回转式、角转描述单圈和多圈分辨率的回转式、角转描述单圈和多圈分辨率的回转式、角转描述单圈和多圈分辨率的回转式、角转式、线性编码器与式、线性编码器与式、线性编码器与式、线性编码器与DPDPDPDP的连接等的连接等的连接等的连接等n n变速传动行规（变速传动行规（变速传动行规（变速传动行规（3.0713.0713.0713.071）-描述在转速控制的传动中如何进行参描述在转速控制的传动中如何进行参描述在转速控制的传动中如何进行参描述在转速控制的传动中如何进行参数化，以及设定值与实际测量值如何进行传送等内容数化，以及设定值与实际测量值如何进行传送等内容数化，以及设定值与实际测量值如何进行传送等内容数化，以及设定值与实际测量值如何进行传送等内容n n操作员控制过程监视行规（操作员控制过程监视行规（操作员控制过程监视行规（操作员控制过程监视行规（HMIHMIHMIHMI）-HMI-HMI-HMI-HMI行规具体说明了通过行规具体说明了通过行规具体说明了通过行规具体说明了通过DPDPDPDP把把把把这些设备与更高一级的自动化部件的连接，行规使用了扩展的这些设备与更高一级的自动化部件的连接，行规使用了扩展的这些设备与更高一级的自动化部件的连接，行规使用了扩展的这些设备与更高一级的自动化部件的连接，行规使用了扩展的DPDPDPDP功功功功能来进行通信能来进行通信能来进行通信能来进行通信5、RORIBUS-DP行规 行规对用户数据的含义做了具体说59P R O F I