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1、工业控制网络,主讲教师：王振力,第4章 PROFIBUS现场总线,4.1 PROFIBUS概述 4.2 PROFIBUS-DP的通信协议 4.3 PROFIBUS-DP设备简介 4.4 PROFIBUS-DP系统,4.1 PROFIBUS概述,一、PROFIBUS简介,4.1 PROFIBUS概述,二、PROFIBUS的通信参考模型,4.1 PROFIBUS概述,三、PROFIBUS的家族成员 1. PROFIBUS-PA 应用于过程控制系统。 2. PROFIBUS-FMS 应用于车间监控级通信。 3. PROFIBUS-DP 应用于设备级的高速数据传输。,4.1 PROFIBUS概述,四、
2、PROFIBUS-DP特点 （1）传输介质支持屏蔽双绞线和光纤； （2）通信速率范围为9.6kbit/s12Mbit/s； （3）总线段最多可以连接32个站点； （4）总线段最长传输距离可达1200m； （5）支持总线型或树型拓扑，有终端电阻； （6）采用不归零的差分编码，支持半双工、异步传输； （7）数据帧长度为3255字节。,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,一、 PROFIBUS-DP的物理层（RS-485） 1. 拓扑结构 （1）总线型拓扑结构,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,总线终端器,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,（2）树型拓扑结构,4.2 PROFI
3、BUS-DP的通信协议,2. 电特性 将NRZ位编码与RS-485信号结合； PROFIBUS-DP需要总线终端器 ； 支持9.6kbps、19.2 kbps 、93.75 kbps 、187.5 kbps 、500 kbps 、1.5Mbps、3 Mbps、6 Mbps、12 Mbps等通信速率 ； 总线长度与通信速率有关,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,3.连接器,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,4. 电缆,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,二、PROFIBUS-DP的数据链路层 1.系统组成,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,2. 设备地址设置 1）地
4、址127保留用于全局控制或广播信息。 2）地址126保留用于尚未分配地址，需要使用2类主站来设置地址的从站。 3）地址0一般保留作为2类主站地址。 4）1类主站地址一般应该从地址1开始编号，然后连续编址。 5）从站地址一般按总线段的不同，从一个整数号码开始编址。,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,3.介质访问控制方式 （1）令牌传递（令牌总线） （2）主-从通信（轮询）,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,4. 帧格式,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,1）同步段 每个请求帧帧头都有至少33个同步位作为帧同步时间间隔，称为同步段SYN。 2）起始段 SD1=10H，无数据
5、字段的固定长度的帧； SD2=68H，有可变数据字段长度的帧； SD3=A2H，有数据字段的固定长度的帧； SD4=DCH，令牌帧； SC=E5H，短应答帧。,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,3）地址段 地址段由目的地址DA和源地址SA两部分组成；DA和SA分别为一个字节。 4）控制段 控制段FC用来定义帧作用，表明该帧是主动请求帧还是应答/回答帧。,4.2 PROFIBUS-DP的通信协议,5）数据段 数据段DU包含有效的数据信息。 6）校验段 校验段FCS用于对该帧进行校验，不进位加所有帧字符的和。 7）结束段 结束段ED为帧结束的界定符，取值为16H。,4.2 PROFIBUS
6、-DP的通信协议,三、 PROFIBUS-DP的用户层 1. DDLM 预先定义的直接数据链路映射程序。 2. PROFIBUS-DP用户接口 3. PROFIBUS-DP行规 NC/RC 、编码器 、变速驱动 、HMI 等 4. 电子设备数据文件（GSD） 设备必须向控制器提供所必需的各种参数以利于现代化设备管理 。,4.3 PROFIBUS-DP设备简介,一、西门子S7-300 PLC 1. S7-300 PLC硬件介绍,4.3 PROFIBUS-DP设备简介,4.3 PROFIBUS-DP设备简介,2. S7-300 PLC的用户程序结构 （1）组织块（OB） 组织块是操作系统程序与用户
7、应用程序在各种条件下的接口，用于控制用户程序的运行。 OB1是主程序循环块，相当于C语言程序中的main函数，操作系统使OB1中的用户程序一直处于循环执行状态。 可将程序用不同的功能块加以结构化，通过OB1调用这些功能块。,4.3 PROFIBUS-DP设备简介,（2）功能块（FB，FC） 功能块实际是用户子程序 ； 功能块FB 带有背景数据块 ，存放在背景数据块中的数据在FB块结束时继续保持 ； 功能块FC没有背景数据块，当FC完成操作后数据不能保持； 标准系统功能块（SFB，SFC），它们是预先编好的，经过测试集成在S7-300 PLC中的功能程序库。,4.3 PROFIBUS-DP设备简
8、介,（3）数据块（DB） 数据块是用户定义的用于存取数据的存储区，也可以被打开或关闭。 数据块可以是属于某个FB的背景数据块，也可以是通用的全局数据块。 系统数据块（SDB）是为存放PLC参数所建立的系统数据存储区。,4.3 PROFIBUS-DP设备简介,3. S7-300 PLC的存储区,4.3 PROFIBUS-DP设备简介,二、远程I/O 远程IO是为了解决远距信号传递而发展起来的区别于集中式控制的一种I/O系统。 1西门子ET200M 模块化设计，兼容S7-300 I/O模块。,4.3 PROFIBUS-DP设备简介,2台达RTU-PD01 兼容台达Slim系特殊输入/输出模块、数字
9、输入/输出模块，PROFIBUS-DP与Modbus网关 。,RS-485,4.3 PROFIBUS-DP设备简介,三、西门子触摸屏TP 177B TP 177B还提供了RS-485和以太网接口，支持PPI、MPI、PROFIBUS-DP和PROFINET等协议。,RS-485,PROFINET,4.4 PROFIBUS-DP系统,功能要求：组建PROFIBUS -DP网络，完成完成西门子S7-300 PLC、西门子与台达RTU-PD01模块的数据交换，可以实现通过触摸屏监控RTU-PD01中I/O模块上连接的按钮、指示灯状态及传感器及模拟执行机构的模拟量数值。 1. 系统分析 S7-300
10、PLC为PROFIBUS-DP1类主站； TP177B触摸屏为PROFIBUS-DP2类主站； RTU-PD01远程I/O模块为PROFIBUS-DP从站。,4.4 PROFIBUS-DP系统,4.4 PROFIBUS-DP系统,2. 从站配置 设置 RTU-PD01的PROFIBUS-DP地址为 3； RTU-PD01右侧依次接 DVP16SP、DVP08SP、DVP04AD、DVP02DA。,4.4 PROFIBUS-DP系统,3. 2类主站配置 （1）创建项目（WinCC flexible软件 ）,4.4 PROFIBUS-DP系统,（2）连接设计,4.4 PROFIBUS-DP系统,（
11、3）变量定义,4.4 PROFIBUS-DP系统,（4）动画设计,4.4 PROFIBUS-DP系统,4. 1类主站配置 （1）创建项目（STEP7软件 ） （2）硬件配置 （3）网络组态,4.4 PROFIBUS-DP系统,（4）软件编程 控制要求： 触摸屏中启动按钮按下时，S7-300 PLC控制RTU数字量输出为ON，触摸屏中指示灯点亮； 触摸屏中停止按钮按下时， S7-300 PLC控制RTU数字量输出为OFF，触摸屏中指示灯熄灭； 触摸屏中I/O域输入给定值时，S7-300 PLC控制RTU模拟量输出变化，触摸屏中输出值I/O域值也跟随变化。,4.4 PROFIBUS-DP系统,PLC梯形图程序,
