ProfiBus通讯原理详解

PROFIBUS现场总线技术Prof i Bus (Process field Bus)通讯简介作为众多现场总线家族的成员之一，ProfiBus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DIN19345及 欧洲标准EN50170,同时也于2000年成为国际标准IEC61158的组成部 份，是目前国际上通用的现场总线标准之一。 ProfiBus是属于单元级.现场级的SIMITAC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 ProfiBus协议的产品，这些产品可以连接在同一个ProfiBus网络上。 Profibus是在1987年由Simens等13家企业和5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。 ProfiBus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。 ProfiBus主要有三部分组成，包括：ProfiBus-DP、 ProfiBus-PA. ProfiBus-FMS ,简称DP、PA和FMS ProfiBus-DP (H2)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I/O之间的通信设计 ProfiBus-PA(H1)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 用于现场设备层的总线 ProfiBus-FMS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 一般将DP和FMS混合使用 Profibus的三个兼容产品，使得Profibus既适合于 自动化系统与现场I/o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 场信号进行采集和监控。通信透明从传感器/执行器到区域控制器TCP/IP/Ethernet工厂级车间多现场勿总线 循环时间 1000 ms总线 循环时间 100 ms总线 循环时间v 10 ms区域控制器PROFIBUS-FMSPROFIBUS-DP0 0其它技术特点信号线可用设备电源线。每条总线区段可连接32个设备，不同区段用中继器连接。 传输速率可在9. 6kB/S 12MB/S间选择。传输介质可以用金属双绞线或光纤。提供通用的功能模块管理规范。在一定范围内可实现相互操作。提供系统通信管理软件（包括波形识别、速率识别和协议识别等 功竈）。提供244字节报文格式，提供通信接口的故障安全模式（当10故障时输出全为零）。PROFIBUS 簇EN 50170 Volume 2通用目的自动化工厂自动化过程自动化PROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PARS 485/FORS 485 / F0IEC 1158-2大范围的应用多主通信即插即用 高效、廉价总线供电本质安全1. Profibus基本特征 一.协议结构Profibus现场总线是目前应用最广泛的现场总线技术之一。DP和PA的完美结合使得Profibus现场总线在结构和性能上 优越于其它现场总线 Profibus既适合于自动化系统与现场I/o单元的通 讯，也可用于直接连接帶接口的变送器、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。并且用一对双绞线替代了传统的大量的传输电 缆，大量节省了电缆的费用，也相应节省了施工调 试以及系统投运后的维护时间和费用 Profibus协议以0SI为参考模型，其协议结构如下图所示PROFIBUS协议符合ISO/OSI的开放系统参考模型用户层S应用层(7)(3)-(6)数据链路层(2)物理层FMSFMS设备 行规DP-行规PA-行规DP-扩充功能DP基木功能EN 50 170PROFIBUS导贝IJ +行规 FMS定义了物理层、数据链路层和应用层和用户接口，三到 六层未加描述物理层提供了光纤和RS485二种传输技术数据链路层完成总线的存取控制并保证数据的可靠性应用层定义了低层接口 LLI和现场总线信息规范FMS LLI的作用是协调不同的通信关系并提供不信赖设备的第二 层访问接口，FMS提供了范围广泛的功能来保证它的普遍应 用在不同的应用领域中，具体需要的功能范围必须与具体应用 要求要适应，这些适应性定义称之为行规，行规提供了设备 的,保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能 FMS在用户接口中规定了相应的用户及系统以及不同设备可 调用的应用功能，定义了现场设备行为的行规DP的协议结构 DP定义了物理层、数据链路层和用户接口，三至七这种结构是为了确保数据传输的快速有效地进行DP中的物理层和数据链路层与FMS中的定义完全相同, 二者采用了相同的传输技术（光纤或RS485传输）和IddlmI415151 k SSSIIIl了方便。瞬警蠶瞬驀霜牒备可调用的应PA的协议结构 PA主要应用于过程控制领域，可以把测量变送器、阀 门、执行机构用一根总线连接起来 PA数据传输采用扩展的DP协议，只是在上层增加了描 述现场设备行为的PA行规简单的说，PA就相当于DP通信协议加上最适合现场仪 表的传输协议IEC1158-2根据IEC1158-2标准，PA可通过总线给现场设备供电, 并可确保数据传输的本质安全性当使用，PA装置能很方便的连接到DP网络二传输技术种要素 哪的因 择用电 遊通机二 决离一 取距它 上输其 度传及 程、性 大度活 很速灵 在输的 用 传用 应.使 的性些 统靠一 系可虑 线输考要当应要 总术传，重，的必 场技了外分如爆有 S除以十例防很全就 安输 $ 及线 涉总 是根 别一 特同 叭源 化电 动和 事 过 用场 应用输技术不可能满足所有要求，因此三种有效的传输技术站1站n终端终端卩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。 RS 485用于DP和FMS IEC 1158-2:用于PA光纤:用于DP和FMS（1） RS485传输技术 RS485传输用于PROFIBUS-DP和PROFIBUS -FMS, 通常称之为H2总线电缆在EN50170标准中规定为A型屏蔽双绞 铜芯电缆，其最大允许的长度与传输速率是直 接相关的 RS485传输技术的基本特征，A型导线的特性， 参数以及传输速率与总线长度的头系分别如下 裹所示RS485传输的基本特征和A型导线的特程参数传输的基本特征A型导线的特性参数网络 拓扑线性总线，两端有有源的 总线终端电阻。传输介质双绞电缆，可根据现场环 境选择和取消屏蔽。站点数不带中继每分段可带32个 站，带中继最多可带126 个站连接插头最好使用9针D型插头。参数A型导阻抗135165 Q电容034iiun2传输速率与A型电缆总线长度的关系传输速率kbps9.619.293.75187.5500150012000最大允许总统长度m1200120012001000400200100PROFIBUS电缆要求RS 485参数o电缆设计o浪涌阻抗O回路电阻线径线截面积O每单位长度的电容电缆类型A屏蔽双绞电缆135. 1650.110 0/km0.64 mm 0.34 mm30 pF/mA型屏蔽双绞电缆H PROFIBUS电缆被列在PROFIBUS电子产品指南中。9针D型连接器的针脚分配（为RS 485用）对PROFIBUS-DP/FMS提供的连接器类型是9针D型连接器 插座部分被安装在设备上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9针D型连接器的针脚分配每个设备必须支持命令信号针脚号规定1Shield屏蔽/保护地2M24124 V输出电压的地3RxD/TxD-P *接收数据/传输数据阳极（+）4CNTR-P中继器控制信号（方向控制）5DGND*数据传输势位（对地5V）6VP*1终端电阻P的供给电压,（P5V）7P24输出电压+ 24V8RxD/TxD-N *接收数据/传输数据阴极（）9CNTR-N中继器控制信号（方向控制）每个设备必须支持命令信号9针D型插头外观RS 485传输设备安装要点RxD/TxD-P (3DGND (5)VP (6RxD/TxD-N (8(3) RxD/TxD-P(5) DGND(6) VP(8) RxD/TxD-N数据线数据线保护地保护地 VP (6)! 390 QRxD/TxD-P (3)220 QRxD/TxD-N (8)390 n DGND (5)终按电阻供电电源+5V数据线B数据线A数据传输结束，即+5V地电缆接线A型电缆的总线终端器全部设备均与总线连接每个分段上最多可接32个站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。两个总线终端电阻必须一直有电源当分段站超过32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电缆的最大长度取决于传输速度.一旦设备投入 运行,全部设备均需选用同一传输速度。第一个站VP B 安装 RS 485 (2)最后一个站总线终端总线终端390 Q220 Q390 Q数据线B#(数据线A390 Q390 Q VP B A DGND站2站3总线的连接示意图IH SesiiientLink Seginent中间不连接站点:站点斤总线连接器中继器2緒端需要匹配总线的连接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拓朴PROFIBUS支持总线型，树型和星型拓扑）0这里提供的拓扑是总线型拓扑0在总线的开头和结尾必须有终端0 一段可以由最多32个站组成终端终端终端I-1中继器ZJI3130终端中继器n一62 61 童3“翩:二在一个PROF I BUS系统中最大可连接126个站，总线系统 分为若干段，每个分段最多可连接32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如果总线上超过32个站点，各个总线分段之间用中继器 （线路放大器）连接，中继器也计数为其中的一个站点作为被动的总线站，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如果PROFIBUS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 一般情况下，建议使用的中继器不超过四个RS 485的屏蔽/接地数据电缆数据电缆接地电缆详细的安装指示在PROFIBUS-DP/FMS的安装导则中说明, 订单号2.112RS-485传输的数据位顺序3每个八位二进制数(1字节)按11位的顺序被传输O最小的有效位(LSB)被第一个发送O最大的有效位(MSB)被最后发送O每个八位二进数都补充三位，即开始、终止和奇偶校验位Q 此编码原理称非归零码NRZ (即Non Return to Zero)空闲1 字节MSB2.字节位顺序:开始12345678奇偶终止开始校验用于PA的IEC1158-2传输技术根据IEC115&2的传输技术用于PROFIBUS-PA,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o IEC1158-2是一种位同步协议，其技术特性如下:本质安全（可选）和通过总线对站供电（可选），能满足化工和 石油化工业的要求同步Manchester编码，可进行无电流的连接传输，通常 称为H1传输速度：31.25 kBit/s （kbps）,电压式数据可靠性：前同步信号，釆用起始和终止限定符避免误差电缆：屏蔽或非屏蔽的双绞电缆网络拓扑：总线型、树型或两者相结合、星型站点数最多127个站,每段10-32个设备（依赖于EX-类型和供电消耗）距离：每段距离达1900*,用中继器可延长到10公里PROFIBUS 电缆要求-IEC 1158-2o电缆设计：O导线面积：O回路电阻：0阻抗（在31.25 KHz时）：屏蔽双绞电缆0.8 毫將(ZNG 18)44 0/ km100Q+/-20%3dB / km0 衰减（在39 KHz时）:PROFIBUS 电缆要求-IEC 1158-2PROFIBUS 电缆要求-IEC 1158-20每单位长度的电容:2nF/km对IEC 1158-2传辅F产品指南中冗余性提高了系统的可靠性系统几余介质冗余asi11!r1FOFOcouplercouplerPROFIBUS-DP理个测站山 闯个D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IEC1158-2传输技术总线段与RS485传输技术总线段连接DP主站DP从站现场设备现场设备Exi_Z2 E-防爆区域I多路转换IPROFIBUS-PA/ IEC1158-2DP/PAcoupler ExiI现场设紹I现场设备II外接电源DP/PA的连走基于IEC1158-2传输技术总线段与基于RS485传输技术总线段可以通过耦 合装置相连，耦合器使RS485信号和IEC1158-2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PA总线为现场设备提供电源，这种 供电方式可以限制IEC1158-2总线段上的电流和电压。如果需要外接电源 设备，根据EN5020标准必须用适当的隔离装置，将总线供电设备与外接 电源设备连接在本质安全总线上。PA使用的传输介质是双绞线电缆，可以使用下表所列 的IEC1158-2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参考电缆规格电源装昼的特性参数和传输介质的长度电缆设计双纹线屏取屯 缆电源警置型I型II型III型VI型额定导綾面积0.8mm2便用领域EEx ia/ib IICEtx ia/ibIICEEx ia/ib IIB养本质 安全回路电阻44 Q/km供电电压13.5 V13.5 V13.5 V24 V阻抗(31.25kHz)100 Q 20 %最大供电电 %110 mV110 mV250 mV500 mV39 kHz3dB/km典型站点数牛882232电容不平衡 度2nF/km0.8m m2 屯 缆尺度丢900m宅900mW400mW650mL5 mm2电 缆长度1000 mC1500mC500mC1900 mIEC1158-2传输技术连接到一个端的站点数量最多限于32个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 将受到限制为此，PROFIBUS-PA总线段的设计应遵循才艮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的防爆要求和电源装置的功率要求选择合适的 电源装置扌良据现场对总线长度的要求确定电缆类型（3）光纤传输技术 PROFIBUS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） 传输。光链路插头可以实现RS485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50米以内 的信号传输，玻璃纤维导体供电离小于1公里情况下使用为此，用户可十分方便地在PROFIBUS系统同时使用 RS48 5传输技术和光纤传输技术三、总线存取协议 PROFIBUS总线均使用单一的总线存取协议， 通过参考模型的第2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媒体访问控制（MAC）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 PROFIBUS总线存取协议的设计必须满足MAC控制的 两个基本要求，即： |翳勰统催4黠期槪製在复杂的程序控制器和简单的I/0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PROFIBUS总线存取协议 PROFIBUS总线访问协议(第二层)对三种PROFIBUS 版本(FMS/DP/PA)均相同这使通信透明和FMS/DP/PA网络区域容易组合因为FMS/DP使用相同的物理介质(RS-485/FO),因 此它们能组合在同一根电缆上。方式PRIFIBUS总线存取协议包括主站之间的和主站与从站之间的,如下图所示被动站、从设备上动站、丄设备从站4从站1LDPML从站2从站孑总线存取协议I Token | Ring：DPM2总线存取协议示意图令牌传递程序保证了每个主站在一个确定的时间内得 到令牌，令牌只在主站之间通信时使用主从方式允许主站在得 到这些存取令牌时可与从 站通信，每个主站均可向 从站发送或索取信息当某主站得到令牌后， 该主站可在一定的时间内 执行主站的工作，在这段 时间内，它可依照主-从 关系表与所有从站通信， 也可依照主-主关系表与 其它主站通信DF概述 PROFIBUS-DP主要用于现场设备级的高速数据传 输 DP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）以 及可选的光纤双环冗余在这一级，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 RORI BUS-DP 行规行规对用户数据的含义做了具体说明，并规定DP如何用于 应用领域行规使得不同厂商生产的同类产品能互换 DP彳亍规如下： NC/RC行规(3. 052 ) 描述不同型号的数据机床、机器人如何用 PROFIBUS-DP 控制等编码器行规(3. 062 ) 描述单圈和多圈分辨率的回转式、角转 式、线性编码器与DP的连接等变速传动行规(3. 071)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操作员控制过程监视行规(HMI) HMI行规具体说明了通过DP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DP功 能来进行通信PA = ProcessAutomation基于扩展的PROFIBUS-DP协议和IEC 1158-2传输技术适用于代替现今的4. 20 mA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概述PRIFIBUS -PA是专为过程自动化而设计的， 它是在保持DP通信协议的条件下，增加了对现 场仪表实现总线供电的IEC1158-2的传输技术, 使PROFIBUS也可以应用于本质安全领域，同时了保证PA总线系统的通用性。概述 PA总线还有以下几个重要的特征 PA描述了适合过程自动化应用的各种行规，这些行规 使不同厂家生产的现场设备具有了互换性 PA允许设备操作过程中进行维修，增加或去除总线站 点，即使在本庆安全地区也不会影响到其它站点过程自动化的PROFIBUS-PA总线段和制造自动化中的 PROFI BUS-DP总线段之间通过耦合器实现通信透明化同样的两条线，基于IEC1158-2技术可以进行远程供 电和数据传输。现场仪表与主控系统的连接常规方法PROFIBUS-PA过程控制系统DPPAfrEKiFA总线1、PA传输协议 PA采用DP的基本功能来传送测量值和状态，用 DP的扩展功能来进行现场设备的参数化和操作 PA传输在第一层（传输协议）釆用IEC1158-2技 术，第二层（总线存取协议）和第一层之间的 在DIN19245系列标准的第四部分作了规定在IEC1158-2段传输时，报文被加上前导码、起 始定界符和结束定界符2、PA/DP的连接 PA协议使用同DP样的通信协议。事实上，PA=DP通信协议+扩展的非周期性服务+作为物理层它使得工厂各层次的自动化和过程控制一致并高度集成，这意味着使用一种协议的不同种类来集成工厂的所有区 PA和DP总线段之间通过或 连接，以实现两个不同总线段的透明通信，在本质安全地区可使用防爆型 PA/DP耦合器或PA/DP链接器.由于DP和PA使用不同的数据传输速率和方式，为使它们之间 可以平滑的传输数据，使用或骷 作为网关。PA/DP的连接PROFIBVS-DP 45.45kbusI21VPROFIBUS-PA 31.25kbpsPROFIBUSDP 虽大 12Mbps非E工型耦合器:務曾假第W台E英型耦合器：IW100mA现场仪衣W10台现心段薫漿書隔燼垦尊尢关）A*PA/DP耦合器不占地址，而PA/DP链接器要占用一个DP网络从站地址，但对于PA段，它 是一个主站一个链接器下通常有多个即插式的耦合器去驱动几个PA网络PA/DP耦合器 PA/DP是把传输速率为31.25kbps的PA总线段和传输速率为45. 45kbps （SIEMENS公司耦合器）或93. 75kbps （PEPPERL+FUCHS公司非摸块型耦合器）的DP总线段 连接起来，PA总线还可以为现场仪表提供电源。主要用于简单网络和运算要求不高的场合。 PA/DP耦合器用于在PA和DP之间传递物理信号。 PA/DP耦合器分为两类：本质安全型（Ex型）和非本质安全 型（罪dx型）通过Ex型耦合器连接的PA总线最大的输出电流是100mA,它 可以为10台现场仪表提供电源通过非Ex型耦合器连接的PA总线最大的输出电流是400mA, 最多可为31台现场仪表提供电源系统组态后，PA/DP耦合器是可见的，作为控制系统可见的 网关，其所有参数改变通过PROF I BUS系统自动进行，系统采 用单一蘇议岛禾同时类PA/DP链接器 PA/DP链接器最多由5个Ex型和非Ex型PA/DP耦合器组成。它 们通过一块主板作为一个工作站连接到DP总线上。通过一个PA/DP链接器允许连接不超过30台的现场仪表，这 个限制与所使用的耦合器类型无关。 PA/DP链接器的上位总线（DP）的最大传输速率是12Mbps, 下位总线（PA）的传输速率是31.25Kbps,因此PA/DP链接器 主要应用于对总线循环时间要求高和设备连接数量大的场合 PA/DP链接器一方面作为DP网络段的从站，同时作为PA网络 段的主站将耦合网络上的所有数据通信。由于每个PA/DP链 接器可以连接多台现场设备，而只占用DP的一个地址，因此 整个网络能容纳的设备数目大大增加。根据网络复杂程度和处理时间要求的不同，可有不止一个链 接器连接到DP。3、PA仪表行规 PA行规保证了不同生产厂商生产的设备的互换 性和互操作性 PA行规的任务是为现场设备类型选择实际需要 的通信功能，并为这些设备功能和设备行为提 供所有需要的规格说明 PA行规包括适用于所有设备类型的一般要求和用于各种设备类型组态信息的数据PA行规 _台现场仪表中的行规参数可分为3组过程参数指测量值或输出阀位及有关状态工作参数它包括量程、滤波时间、报警参数（报告、报警与警告权限）等参数生产厂商特定参数如专用诊断信息等，它们多用于仪表的诊断和维护PA行规时循坏或非循工作参数：非循坏服务特定参数：非循坏服务仪黠规PA仪表行规示意图带有PROFIBUS-PA的典型系统配置区域控制器(PLC)概述 FMS的设计旨在解决车间监控级的通信，在这一 级，可编程控制器（如PLC, PC机等）之间需要 比现场级更大数据传输量，但实时性要求低于 现场级，也就是说，高级功能比快速系统反应 时间更重要FMS应用层应用层提供了用户可使用的通信服务，包括访 问变量、程序传递和事件控制等 FMS应用层包括两个部份现场总线信息规范（FMS）:描述了通信对象和应用月艮务低层接口（LLI）:用于将FMS适配到第2层的接口FMS的通信模型 FMS的通信模型可以使分散应用过程利用 通信关系统一到一个共用的过程中现场设备中用来通信的那部份应用过程 称之为虚拟现场设备(VFD)通信对象和对象字典（0D）每个FMS设备的所有通信对象都要填入该设备的 未地对象字典中，对象字典包括描述、结构和 数据类型以及通信对象的内部设备地址 和它们 在总线上的标志（索引/名称）之间的关系对象字典包括以下元素：头：包含对象字典结构的有关信息静态数据类型表：所支持的静态数据类型列表 变量列表的动态列表：所有已知变量表列表 动态程序列表：所有已知程序列表通信对象和对象字典（0D）静态通信对象填入静态对象字典中,可由设备的制造者定义或在总线系统组态时确定。FMS能识别的通信对象包括：简单变量、数组、记录、 域、事件动态通信对象填入对象字典的动态部份可以用 FMS服务预定义或定义、删除或改变，FMS能识 别的动态通信对象看程序调用、变量列表PROFIBUS-FMS 服务 FMSMAISO95 06制造信息规范服务的子集， 已&现场总线应用中被优化，而且增加了通信 对象管理和网络操作功能通过总线的FMS服务的执行用服务序列描述。包 括被称为服务原语的几个互操作服务原语描述请求者和应答者之间的互操作PROFIBUS-FMS 行规控制器通信(3. 002 )定义了用于PLC控制器 之间通信的FMS服务，根据控制器的等级对每个 PLC必须支持的服务、参数和数据类型做了规定楼宇自动化行规(3. 011) 一用于提供特定的分 类和服务作为楼宇自动化的公共基础，描述了 使用FMS的楼宇自动化系统如何进行监控、开闭 环控制、操作员控制、报警处理和档案管理低压开关设备(3. 032 )规定了通过FMS通信 过程中的低压开关设备的应用行为。典型的PROFIBUS-FMS系统一个典型的PROFIBUS-FMS系统的组成:主站各种智能自动化单元，如：PC作为中央控制器的PLC作为人机界面的HMIRS 485 upto 12 MBit/sPROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS与PROF I BUS-DP的混合操作系统 FMS和DP设备在_条总线上进行混合操作是 PROFIBUS的一个主要优点，两个协议也可以同时在 _台设备上执行，这些设备称为混合设备。之所以能进行混合操作是因为FMS和DP均使用统一 的传输技术和总线存取协议不同的应用功能是通过第2层不同的服务访问点来 分开的。PROFIBUS-FMS与PROFIBUS-DP的混合操作系统DP主站/FMS主站（混合设备）PROFIBUS控制系统的几种配置扌艮据现场设备是否具有PROFIBUS接口 ,PROFIBUS控制系统配置可分为3种模式 (1)总线接口型现场设备不具备PROFIBUS接口，采用分散式的I/O作为总线接口与现场设备连接。这种形式在应用现 场总线技术初期容易推广。Ill黑蠶蠶釁豔好的但就目前来看这种 ( 2 )单一总线型现场设备都具备PROFIBUS接口 ,这是一种理想情 况。、可使用彰场总线技术，实现完全的分布式结构, 丁充分获得这一先进技术所带来的利益。新建项目 若心匕 ( 3 )混合型现场设备部份具备PROFIBUS接口，这将是一种相当普遍的情况。这时应采用PROFIBUS现场设 备加分散式I/O混合使用的办法。无论是旧设备改造还是新建项目，希望全部使用具备PROFIBUS接口现场设备的场合可能不多，分散式I/O可作为通用的现场总线接口，是一种灵活 的集成方案。PROFIBUS的应用PROHBUS应刑系统总体结构示意图系统的层次结构 一个典型的工厂自动化系统应该是三级网络结构。现场总线PROFIBUSA面向现场级与车间级的数字化通信网络现场设备层 车间监控层 工厂管理层二、现场仪表与DP从站的连接根据现场仪表的具体功能，它与DP主站之间有二种连接 方式总线连接现场仪表与主控制器之间采用单一的总线连接，是现 场总线技术最完全的体现，这种连接方式可以实现完全 的分布式结构，总线连接要求所有的现场仪表都具备 PROFIBUS接口，而且现场仪表成本会较高分布式现场I/O连接如果现场仪表不具备PROFIBUS接口，可以采用分布式 I/O作为总线接口与现场仪表连接，I/O接口安装在生产 现场，分布在现场I/O可作为通用的现场总线接口，它 对现场仪表没有额外的功能要求。这种形式更适用于现 场总线技术初期的推广应用以及对旧系统的技术改造。现场仪表与DP主站的连接现场级常见的结构类型(A)(B)(C)(B) 一类主站DPMI：二类主站DPM2：DP从站 ：监控站现场级常见的结构类型在图（A）、（B）中不设监控站,只包括了一类主站DPMI,由DPMI完成总线通信管理、从站数据读写、 从站远程参数化工作。图（A）以PLC做一类主站，这种结构类型在调试阶段往往需要配置一台编程设备，完成系统的基本配置和初始化，图（B）使用IPC （Industrial Personal Computer, X控机）加 PR0FIBUS网卡做一类主站，这种结构类型往往可以实现监控站与DPMI 体化。由于 通信厂商通常只提供一个模板的驱动程序，因此IPC上的总线控制、从 站远程参数化设置、系统监控等各种程序可能都要由用户自行开发在图（C）中，DPMI和作为监控站的DPM2都连接在 PROFIBUS总线上，DPM2可完成远程编程、参数化及 在线监控功能。DPMI可以是PLC、IPC和其它控制器, 监控站可以是操作面板0P、触摸屏TP和其它监控站图（D）采用了二级网络结构。这种结构类型的监控 站不连接在PROFIBUS网上，因此监控站不能直接与 从站进行数据交换，其所需的数据只能从所连接的 DP主站读取。这种网络结构是工业现场最常见的结 构类型。应用实例工程介绍甬（宁波）台（州）温（州）高速公路是俩纵 两横4条国道主干线中同江至三亚的组成部 份。公路设计等级为高速公路，路基宽度24.5米。 行车道宽度2*7.5米，计算行车速度100公里/小 时。位于该路段K39s43处的大溪岭一湖雾岭公路隧 道，是目前国内最长的公路隧道。隧道设计车速 为80公里/小时；设计交通量为6612辆/日（1999 年）、46371 辆/ 日（ 2020年）隧道机电系统包括十大系统通风设施照明设施火灾检测与报警、紧急呼救设施交通检测与诱导控制设施通风用照明控制设施 闭路电视监视设施配电设施消防设施系统组成监控系统采用了西门子基于Prof ibus-DP的全集 成自动化技术以10公时双环光缆冗余Profibus现场总线系统 为主干 18台德国SIMENS公司S7-300、S7-400可编程控 制器分区域控制 6套法国ARC公司PCVUE32图形控制软件热冗余客 户机/服务器模式构成监控平台的弱电系统集成 方變，有力地蒋容子亲统集成为一个整体监控系统的通信网络选择Profibus冗余光纤环网控制方案i吐MHj1、JSSSJ*fAu4丄tri】：卒S现场控制层 甘尸数据库服务层总体控制方案特点交通检测与控制系统、通风照明检测与控制系统和央管理与控制系统各控制器、服务器通过冗余的总体控制方案特点双环光缆Prof ibus现场总线系统相连接连接各控制器、服务器的冗余双环光缆Profibus现场总线系统以高达1. 5MBps的速率构成贯穿 两条隧道的信息高速公路,高速传递现场控制、检测信息冗余的双环光缆Profibus现场总线系统，保证在灾 难情况下系统的有效性在各个控制点相对集中的地方分别设置区域控制器, 連行分鮫撞制。棗一轻制点或撞帝j器的故障或萸薮, 不会影响系统的安全运行使用先进、可靠的SIEMENS S7系统可编程控制器S7- 300、S7-400作为控制器，完成现场数据的采集、控 制、通信用于SIEMENS S7系统可编程控制器的所有输入、输 出、通信都具有光电隔离措施，保证输入、输出、 通信的高可靠性每个控制器都具有自身独立的CPU、通信卡件和I/O 卡件，即使现场总线系统或计算机网络系统完全瘫 桑，每个控制愛也可独立完歳旨身检测、控制。每个控制器之间可以独立、自由的交换信息，不需 中央管理控制系统的协调即可完成控制器间连锁与 薮据交换在各控制系统和中央管理控制系统计算机网络之间 配置冗余的两台通信、数据、数据库服务器，充分 保证计算机监控系统的可靠性中央管理系统各服务器、计算机使用100M的交换式 网络相连接，充分保证计算机监控、操作的实时性 和可靠性。中央管理系统采用PIMS信息集成和管理 软件，实现隧道 交通状态的显示、记录、操作、 报警、报表输出等功能。系统构成交通检测控制与诱导设施主要由管理室内的控 制台、交通检测控制计算机、车道指示器、车 辆检测器、信号灯、可变限速标志、可变情报 芟務粘諺蠶、中央控制器、有线广播控制方案总则交通检测设施与诱导设施的控制结合弱电系统总体 控制方案采用10个SIEMENS S7-300控制器进行分区 域控制，適过profibus现场总线和中央控制系统相 连，送到总体的控制、协调和连锁自的。控制方案充分利用了SIEMENS Profibus现场总线的 优异设计，将整个控制系统合理地分散到各个控制 区域,既满足了交通检测设施和诱导设施分散控制 的需求，又可以灵活可靠地实现交通控制系统与其 他翡也系统胡连锁控制。交通检测控制与诱导设施信息在中央控制器SIEMENS S7-400中和其他系巍信息汇聚茂一个整体，根据系 统整体情况，实现交通检测控制系统自身及其他系 统的連碱、协调、控