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1、胡健 主编,化学工业出版社 2010.08,西门子S7-200 PLC 与工业网络应用技术,学习目标 3 知识准备 6 任务实施27 自我评估49,学习情境8Profibus通信系统,知识目标4 技能目标5,学习目标,通过本项目的学习与训练，使学员知道： Profibus的协议结构和类型； Profibus总线的通信介质类型及RS485总线段的结构； Profibus总线连接器的结构及连接要求； Profibus总线的拓扑结构。,知识目标,通过本项目的学习与训练，使学员能够： 正确安装Profibus DP总线设备； 配置Profibus DP网络参数； 编写Profibus DP通信测试程序
2、； 诊断Profibus DP网络故障。,技能目标,现场总线概述 7 Profibus现场总线标准 9 Profibus总线传输技术13 Profibus DP设备类型 16 Profibus DP介质存取协议 20 Profibus DP系统结构 22 EM277 Profibus DP从站模块 25,知识准备,现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型
3、全分布控制系统。 这项以智能传感、控制、计算机、数字通信等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革 现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通信网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点；具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通信技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。,现场总线概述 1/2,一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代。 把420mA等电动模拟信号控制系统称为第二代
4、。 把数字计算机集中式控制系统称为第三代。 而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS现场总线控制系统。 现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有：Foudation Fieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN等。 它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。,现场总线概述 2/2,Profibus是一种国际性开放式的现场总线标准，1987年由Siemens等13家企业和5家研究机构联合
5、开发，1989年批准为德国工业标准DIN 19245，1996年批准为欧洲标准EN 50170 V.2（Profibus-FMS/-DP），1998年Profibus-PA批准纳入EN 50170 V.2，1999年Profibus成为国际标准IEC 61158的组成部分（Type III），2001年批准成为中国的行业标准JB/T 10308.3-2001，2006年11月正式被确定为中国工业通信领域现场总线技术国家标准GB/T 20540-2006 Profibus。 Profibus根据应用特点可分为Profibus DP、Porfibus FMS、Profibus PA等三个兼容版本。
6、,Profibus现场总线标准综述,Profibus DP（Decentralized Periphery，分布式外部设备）是一种高速低成本数据传输，用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从轮询方式，以及这两种方式的混合。一个网络中有若干个被动节点（从站），而它的逻辑令牌只含有一个主动令牌（主站），这样的网络为纯主-从系统。典型的Profibus DP总线配置是以此种总线存取程序为基础，一个主站轮询多个从站，如图所示。,Profibus现场总线标准Profibus DP,Profibus-PA（Process Aut
7、omation，过程自动化）用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输，使用扩展的Profibus DP协议。一个典型的Profibus-PA系统配置如图所示。,Profibus现场总线标准Profibus PA,Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification，现场总线报文规范）可用于车间级监控网络，FMS提供大量的通信服务，用以完成中等级传输速度进行的循环和非循环的通信服务。一个典型的Profibus-FMS系统由各种智能自动化单元组成，如：PC、作为中央控制器的PLC、作为人机界面的HMI等,如图所示。,Profibus现场总线标准Profib
8、us FMS,Profibus总线符合EIA RS4858标准，Profibus使用两端均有终端的总线拓扑结构，如图所示。保证在运行期间，接入和断开一个或多个站时，不会影响其他站的工作。 Profibus使用三种传输技术：Profibus DP和Profibus FMS采用相同的传输技术，可使用RS-485屏蔽双绞线电缆传输或光纤传输；Profibus PA采用IEC 1158-2传输技术。,Profibus总线传输技术,Profibus RS-485的传输程序是以半双工、异步、无间隙同步为基础，传输介质可以是屏蔽双绞线或光纤。 RS-485若采用屏蔽双绞线进行电气传输，不用中继器时，每个RS
9、-485段最多连接32个站；用中继器时，可扩展到127个站，传输速度为9.6kbps12Mbps，电缆的长度为1001200m。电缆的最大长度与传输速率有关，具体如表所列。,Profibus总线传输技术RS-485传输技术,IEC 1158-2协议规定，在过程自动化中使用固定速率31.25kbps进行同步传输，它考虑了应用于化工和石化工业时对安全的要求。在此协议下，通过采用具有本质安全和双线供电技术，Profibus就可以用于危险区域了，IEC 1158-2传输技术的主要特性如表所列。,Profibus总线传输技术IEC 1158-2传输技术,DP-1类主设备（DPM1）可构成DP-1类主站。
10、 这类设备是一种在给定的信息循环中与分布式站点（DP从站）交换信息，并对总线通信进行控制和管理的中央控制器。 典型的设备有：PLC、PC等。,Profibus DP设备类型DP-1类主设备,DP-2类主设备（DPM2）可构成DP-2类主站。 这类设备在DP系统初始化时用来生成系统配置，是DP系统中组态或监视工程的工具。 除了具有1类主站的功能外，可以读取DP从站的输入/输出数据和当前的组态数据，可以给DP从站分配新的总线地址。 属于这一类的装置包括编程器、组态装置、诊断装置、上位机等。,Profibus DP设备类型DP-2类主设备,DP-从设备可构成DP从站。这类设备是DP系统中直接连接I/
11、O信号的外围设备。典型DP-从设备有分布式I/O、ET 200、变频器、驱动器、阀、操作面板等。 根据它们的用途和配置，可将SIMATIC S7的DP从站设备分为以下几种： 紧凑型DP从站 紧凑型DP从站具有不可更改的固定结构的输入和输出。 模块式DP从站 模块式DP从站具有可变的输入和输出区域，可以用SIMATIC Manager的HW config工具进行组态。 智能DP从站 在Profibus DP系统中，带有集成DP接口的CPU，或CP342-5通信处理器可用作智能DP从站，简称“I从站”。,Profibus DP设备类型DP从设备,在DP网络中，一个从站只能被一个主站所控制，这个主站
12、是这个从站的1类主站； 如果网络上还有编程器和操作面板控制从站，这个编程器和操作面板是这个从站的2类主站。 另外一种情况，在多主网络中，一个从站只有一个1类主站，1类主站可以对从站执行发送和接收数据操作，其他主站只能可选择地接收从站发给1类主站的数据，这样的主站也是这个从站的2类主站，它不直接控制该从站。,Profibus DP设备类型,Profibus通信规程采用了统一的介质存取协议，此协议由OSI参考模型的第2层来实现。在设计Profibus协议时必须考虑满足介质存取控制的两个要求： 在主站间通信时，必须保证在正确的时间间隔内，每个主站都有足够的时间来完成它的通信任务； 在PLC与从站（P
13、LC外设）间通信时，必须快速、简捷地完成循环，实时地进行数据传输。 为此，Profibus提供了两种基本的介质存取控制：令牌传递方式和主从方式。,Profibus DP介质存取协议总则,令牌传递方式： 可以保证每个主站在事先规定的时间间隔内都能获得总线的控制权。 令牌是一种特殊的报文，它在主站之间传递着总线控制权，每个主站均能按次序获得一次令牌，传递的次序是按地址升序进行的。 主从方式： 主从方式允许主站在获得总线控制权时可以与从站进行通信，每一个主站均可以向从站发送或获得信息。,Profibus DP介质存取协议传递方式,纯主-从系统是一种单主系统，可实现最短的总线循环时间。以Profibu
14、s DP系统为例，一个单主系统由一个DP-1类主站和1到最多125个DP-从站组成，典型系统如图所示。,Profibus DP系统结构纯主-从系统,纯主-主系统是一种多主站系统，若干个主站可以用读功能访问一个从站。以Profibus DP系统为例，多主系统由多个主设备（1类或2类）和1到最多124个DP-从设备组成，典型系统如图所示。,Profibus DP系统结构纯主-主系统,多主-多从系统是以上两种配置的组合系统，如图所示是一个由3个主站和7个从站构成的Profibus系统结构的示意图。 3个主站构成了一个令牌传递的逻辑环，在这个环中，令牌按照系统预先确定的地址顺序从一个主站传递给下一个主
15、站。当一个主站得到了令牌后，它就能在一定的时间间隔内执行该主站的任务，可以按照主-从关系与所有从站通信，也可以按照主-主关系与所有主站通信。,Profibus DP系统结构多主-多从系统,EM277是S7-200 PLC连接Profibus DP系统的DP从站模块，其外形结构如图所示。该模块是一种智能扩展模块，可与CPU 222、CPU 224、CPU 224XP及CPU226连接。,EM277 Profibus DP从站模块 1/2,EM277可作为连接到其它MPI主站的通信接口，而不论该模块是否用作Profibus DP从站。该模块利用S7-300/400的XGET/XPUT功能，提供从S7-300/400到S7-200的连接。STEP 7-Micro/WIN以及使用MPI或Profibus参数集的网卡（例如CP5611），还有OP设备或者TD 200都可以通过EM277和S7-200进行通讯。 当EM277用于MPI通信时，MPI主站必须使用EM277模块的站址向S7-200 CPU发送信息，发送给EM277的MPI信息将通过EM277传送给S7-200 CPU。 EM277是一种从站模块，不能用来通过NETR和NETW语句进行不同的S7-200 PLC之间的通讯，不能用于自由端口的通信。,EM277 Profibus DP从站模块 2/2,控制要求
