《现场总线技术 第2版 教学课件 ppt 作者 刘泽祥_第3部分：分布式系统与现场总线技术（综合） 08 PROFIBUS总线》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现场总线技术 第2版 教学课件 ppt 作者 刘泽祥_第3部分：分布式系统与现场总线技术（综合） 08 PROFIBUS总线（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 PROFIBUS现场总线及其应用,概述 8.1 PROFIBUS的协议类型和通信模型 8.2 PROFIBUS的数据传输和拓扑结构 8.3 PROFIBUS的总线存取控制机制 8.4 PROFIBUS的应用(系统集成),PROFIBUS概述,PROFlBUS (Process Fieldbus)是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。 它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等自动化领域。,PROFIBUS技术的发展经历了如下过程: 1987年由德国SIEMENS公司等13家企业和5家研究机构联合开发； 1989年成为德国工业标准DIN19245；
2、1996年成为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS-DP); 1998年PROFIBUS-PA被纳入EN50170V.2； 1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分 (TYPEIII)； 2001年成为中国的机械行业标准JB/T10308-3-2001。,PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: 1.PROFIBUS-DP:用于传感器和执行器级的高速数据传输，DP的传输速率可达12Mbit/s，一般构成单主站系统，主站、从站间采用循环数据传输方式工作。 2. PROFIBUS-PA:具有本质安全特性，是PROFIBUS的过程自动化解决方案，PA将自动化
3、系统和过程控制系统与现场设备，如压力、温度和液位变送器等连接起来，代替了4-20mA模拟信号传输技术。,3.PROFIBUS-FMS:解决车间一级通用性通信任务，FMS提供大量的通信服务，用以完成以中等传输速率进行的循环和非循环的通信任务。 完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换，它考虑的主要是系统的功能而不是系统响应时间，应用过程通常要求的是随机的信息交换 (如改变设定参数等)。可用于大范围和复杂的通信系统。,本章主要介绍PROFIBUS的通信模型、协议类型、数据传输技术、拓扑结构及总线存取控制机制，并对PROFIBUS-DP、PROFIBUSPA和PROFIBUSFMS
4、技术做简要介绍。,8.1 PROFIBUS的协议类型和通信模型,一、协议类型 PROFIBUS提供了三种通信协议类型： 1PROFIBUSDP 2PROFIBUSFMS 3PROFIBUSPA,二、PROFIBUS的通信模型 （一） 物理层 （二） 现场总线数据链路层 （三）应用层,PROFIBUS通信模型,PROFIBUS物理层协议提供三种数据传输标准： 1.用于DP和FMS的RS485传输； 2.用于DP和FMS的光纤传输。 3.用于PA的IEC61158-2传输；,8.2 PROFIBUS的数据传输和拓扑结构,1.用于DP/FMS的RS-485传输技术 是PROFIBUS最常用的一种传输
5、技术。 传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选。 一个总线段内的导线采用屏蔽双绞电缆，段的两端各有一个终端器。 每段最多连接32个站（主站/从站），通过中继器（Repeater）可以增加段数，总线上站数最多可以达到127个。,RS-485总线段的结构,总线站与总线的连接采用9针D型连接器。,总线连接器,传输序列,编码方式为不归零码（NRZ码）。 二进制“1”RxD/TxD-P（Receive/Transmit-Data-P）线上的正电位，而在RxD/TxD-N线上为负电位。,一个字符帧在PROFIBUS总线上为11位。 各报文间的空闲状态对应于二进制“1”。,拓扑结构,2.用于DP
6、/FMS的光纤传输技术 PROFIBUS另一种物理层通过光纤中光的传输来传送数据。 光纤电缆允许PROFIBUS站之间的距离最大到15km。 光纤电缆对电磁干扰不敏感，确保总线站之间的电气隔离。,连接技术 (1)OLM技术 (Optical Link Module),(2)OLP技术 (Optical Link Plug),（3）集成的光纤电缆连接 使用集成在设备中的光纤接口将PROFIBUS节点与光纤电缆直接连接。 （4）OBT（Optical Fiber Bus Terminal，光纤总线终端） 一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUS站或一个RS-485段可以通过OBT连接到一个光纤电
7、路。,拓扑结构,用于数据传输的光纤技术可以构成环型、总线型、树型和星型结构。 光链路模块（OLM）可以用于实现单光纤环和冗余的双光纤环。,3.用于PA的IEC61158-2传输技术 数据传输 采用曼彻斯特编码，信号由0变到1时发送二进制数“0”，信号由1变到0时发送二进制数“1”。 数据的发送采用对总线系统的基本电流IB调节9mA的方法实现 传输速率为31.25Kbps。 传输介质是屏蔽/非屏蔽双绞线。,PROFIBUS-PA的数据传输,总线连接 （PA总线段的结构）,拓扑结构 PA的网络拓扑结构可以有多种形式，可以实现树型、总线型或其组合型结构。 树型结构,总线型结构,树型与线型的组合结构,
8、8.3 PROFIBUS的总线存取控制机制,PROFIBUS（DP、PA、FMS）使用一致的总线存取控制机制。 数据链路层规定总线存取控制、数据安全性以及传输协议和报文的处理。 在PROFIBUS中，数据链路层 (第2层)称为FDL层 (现场总线数据链路层)。 介质存取控制（MAC，Medium Access Control）具体控制数据传输的程序。,PROFIBUS的总线存取控制要满足介质控制的两个基本要求： （1）主站（PLC或PC）间的通信必须使每个总线站在确定的时间内能获得足够的时间处理自己的通信任务。 （2）复杂的控制器与简单的分散的过程I/O设备（从站）间的数据交换必须快速简单。
9、PROFIBUS在主站间采用令牌传送方式，主站与从站间采用主从方式。,令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权 (令牌)。 在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行。 主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从站发送或读取信息。,PROFIBUS总线存取控制机制,8.4 PROFIBUS的应用(系统集成),PROFIBUS在工厂自动化系统中的位置 PROFIBUS控制系统的组成 PROFIBUS网络的配置方案,PROFIBUS在工厂自动化系统中的位置,PROFIBUS控制系统的组成,1一类主站 一类主站指PLC、PC或其他控制器。一类主站完成总线通信与管理
10、。 2二类主站 二类主站指操作员工作站（如PC机加图形监控软件）、编程器、操作员接口等。完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。,3从站 （1）分散式I/O （2）PLC （3）驱动器、传感器、执行机构等现场设备 带有PROFIBUS接口的现场设备,4现场设备 （1）现场设备不具备PROFIBUS接口，采用分布式I/0作为总线接口与现场设备连接。 （2）现场设备都有PROFIBUS接口。使用现场总线技术，可实现完全的分布式结构。 （3）只有部分现场设备有PROFIBUS接口。,PROFIBUS网络的配置方案,(l)PLC做l类主站，不设监控站，在调试阶段配置一台编程设备。 (2)PLC做l
11、类主站，监控站通过串口与PLC一对一的连接。 (3)用PLC或其他控制器做1类主站，监控站(2类主站)连接在PROIBUS总线上。 (4)用配备了PROFIBUS网卡的PC(个人计算机)做1类主站，监控站与1类主站一体化。 (5)工业控制PC+PROFIBUS网卡十SOFT PLC的结构形式。,本章复习题 PROFIBUS由哪三个兼容部分组成？各自应用的行业有哪些？ PROFIBUS-PA、DP、FMS通信模型包括哪几层？ 简述RS-485传输技术的基本特性。 简述IEC61158-2传输技术要点，适合于什么应用场合？为什么？ PROFIBUS的总线存取控制机制是什么？ PROFIBUS控制系统由哪几部分组成？,
