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1、 Profibus Training CoursePresented by GE SGM TeamGE Fanuc AutomationGE Fanuc Automation课程内容 Profibus 与 OSI 7 层网络模型 Profibus 的物理层 Profibus 的数据链路层 Profibus 的高层协议 有关 Profibus DP 的技术术语 GE Fanuc 的远程 I/O- Field Control 建立 90-70 PLC 的 Profibus DP 网络 建立 90-30 PLC 的 Profibus DP 网络Profibus 与 OSI 7 层网络模型 Profi
2、bus 的全称是 Process Field Bus， 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物理层数据链路层网络层运输层会话层表示层应用层用户主机层次76 5 4 3 2 1物理层连接 (传输介质)Profibus 与 OSI 7 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RS4
3、85技术， PA采用IEC 1158-2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 与 OSI 7 层网络模型. Profibus 的DP、FMS和PA所完 成的不同任务如右图所示 Profibus DP 所构成的分散型I/O 控制方案与传统的集中型控制方 案相比，具有节省电缆、排除故 障方便等优点Profibus 与 OSI 7
4、 层网络模型. 传统的集中型I/O控制方案如左图所示 以 Profibus DP 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G B C集中I/O分散I/OProfibus 的物理层 Profibus PA 在物理层采用 IEC 1158-2 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 1900mProfibus 的物理层.
5、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Profibus 的物理层. Profibus DP/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. 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
6、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Profibus DPProfibus 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，Profibus DP/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/光纤转换器星型耦合器网站网站网站网站主站从 站从站+ - / + - TX RX从站双绞线Profibus在网
7、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 的数据链路层 Profibus FMS/DP/PA 在网络的第二层都运行相同的介质存取协 议：Fieldbus Data Link(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
8、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
9、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 Profibus DP 的第三至第七层是由DDLM(Direct Data Link Mapper)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
10、 244 个输出字 节和 244 个输入字 节 Profibus FMS的第七层是现场总线信息规格 (Fieldbus Message Specification)，第七层与第 二层之间是低层接口(Lower Layer Interface, 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 Profibus PA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Profibus DP的高层协议主站从 站从站+ - / + - TX RX从站双绞线Profibus
11、 DP 按照主从方式完成数据通讯主站从站1从站2从站31 byte2 bytes3 bytes5 bytes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 Profibus DP 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 Gap Fact
12、or：Profibus的主站获得多少次令牌后，应允许有新站插入， 次数即是 Gap Factor Target Rotation Time(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 Actual Token Runtime(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 Slot Time：主站发出数据帧之后，等待响应的时间值远程I/O - Field Control Field Control 是 GE Fanuc 的 Profibus DP从
13、站 一个 Field Control 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 Field Control 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 Field Control 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
14、一些 参数 通常，Auto Config 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远程I/O - Field Control远程I/O - Field Control BIU 上有三个LED指示灯, 分别为：PWR、OK 和 Run PWR 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
15、果 Run 闪 烁，则表明 BIU 下面的 I/O 被 HHP 强制着远程I/O - Field Control Field Control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 报两个字节的故险锒 闲畔幻看沃髡鞠 ?BIU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远程I/O - Field Control 通过 HHP(手持式编程器)对 Field Control 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建立 90-70 PLC的 Profibus DP网络. 建立 90-70 PLC 的 Profibus DP网络的基本步骤如下：
