现场总线技术第三章PROFIBUS总线第3版课件

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1、 第三章 PROFIBUS PROFIBUS 现场总线现场总线o3.1 PROFIBUS的通信模型和协议类型o3.2 PROFIBUS的数据传输和拓扑结构o3.3 PROFIBUS的总线存取控制机制o3.4 PROFIBUS-DP技术简介o3.5 PROFIBUS-PA技术简介o3.6 PROFIBUS-FMS技术简介o3.7 PROFIBUS的应用PROFIBUS概述oPROFlBUS PROFlBUS (Process Fieldbus的缩写)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。o PROFIBU

2、S技术的发展历程技术的发展历程o1987年由德国SIEMENS公司等13家企业和5家研究机构联合开发；o1989年成为德国工业标准DIN19245；o1996年成为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS-DP);o1998年PROFIBUS-PA被纳入EN50170V.2；o1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分 (TYPEIII)；o2001年成为中国的机械行业标准JB/T10308-3-2001。3.1 PROFIBUS的通信模型和协议类型o oPROFIBUSPROFIBUS通信模型通信模型pPROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的

3、第1层（物理层）和第2层（数据链路层），其中FMS还采用了第7层（应用层）,另外增加了用户层。pPROFIBUSDP和PROFIBUSFMS的第1层和第2层相同， PROFIBUS-FMS有第7层，PROFIBUSDP无第7层。PROFIBUSPA有第1层和第2层，但与DP/FMS有区别，无第7层。oPROFIBUSPROFIBUS通信模型通信模型o PROFIBUSPROFIBUS协议类型协议类型o三个兼容部分三个兼容部分o1.PROFIBUS-DP1.PROFIBUS-DP:用于传感器和执行器级的高速数据传输，它以DIN19245的第一部分为基础，根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充，

4、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。o2 2. . PROFIBUS- PROFIBUS- PAPA：具有本质安全特性，它实现了IEC1158-2规定的通信规程。 PROFIBUS-PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案，PA将自动化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。因此，PA尤其适用于石油、化工、冶金等行业的过程自动化控制系统。o3.PROFIBUS-FMS: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

5、进行的循环和非循环的通信任务。由于它是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，因此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。PROFIBUS PROFIBUS 协议的特点协议的特点o1) 1) 不支持长信息段不支持长信息段235B235Bo2)2)不支持短信息组块功能不支持短信息组块功能o3)3)本规范不提供由网络层支持运行的功能本规范不提供由网络层支持运行的功能o4)4)除规定的最小组态外，根据应用需求可以建立任意的除规定的最小组态外，根据应用需求可以建立任意的服务子集。服务子集。o

6、5)5)其他功能是可选的，如口令保护方法等。其他功能是可选的，如口令保护方法等。o6)6)网络拓扑是总线形，两端带终端器或不带终端器。网络拓扑是总线形，两端带终端器或不带终端器。o7)7)介质、距离、站点数取决于信号特性。介质、距离、站点数取决于信号特性。o8)8)传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6kbit/s9.6kbit/s到到l2Mbit/sl2Mbit/s不等。不等。o9)9)可选第二种介质可选第二种介质 ( (冗余冗余) )。o10)10)在传输时，使用半双工，异步，滑差在传输时，使用半双工，异步，滑差 (Slipe)(Slipe)保护保护

7、同步同步 。o11)11)报文数据的完整性，用海明距离报文数据的完整性，用海明距离 (HD)=4(HD)=4o12)12)地址定义范围为地址定义范围为:0127(:0127(对广播相群播而言，对广播相群播而言，127127是是全局地址全局地址) )。o13)13)使用两类站使用两类站: :主站主站 ( (主动站，具有总线存取控制权主动站，具有总线存取控制权) )和和从站从站 ( (被动站，没有总线存取控制权被动站，没有总线存取控制权) )。o14)14)总线存取基于混合、分散、集中总线存取基于混合、分散、集中3 3种方式。种方式。o15)15)数据传输服务有两类数据传输服务有两类: :o 非循

8、环的非循环的: :有有/ /无应答要求的发送数据无应答要求的发送数据; ;有应答要求的发送有应答要求的发送和请求数据。和请求数据。o循环的循环的 ( (轮询轮询):):有应答要求的发送和请求数据。有应答要求的发送和请求数据。3.2 PROFIBUS的数据传输和拓扑结构的数据传输和拓扑结构物理层o1.DP/FMS(RS-485)1.DP/FMS(RS-485)的物理层的物理层o2.DP/FMS(2.DP/FMS(光纤电缆光纤电缆) )的物理层的物理层o3.PA3.PA的物理层的物理层一一. .用于用于DP/FMSDP/FMS的的RS-485RS-485传输技术传输技术o屏蔽双绞电缆符合屏蔽双绞电

9、缆符合EIA RS-485EIA RS-485标准标准( (也称也称H2)H2)o总线段的两端各有一个终端器总线段的两端各有一个终端器o传输速率从传输速率从9.6kbit/s9.6kbit/s到到12Mbit/s12Mbit/s可选可选RS-485总线段的结构 RS485总线段的结构.BA 最多32个站 VP(6)390220390DGND(5) VP(6)390220390DGND(5)RS485段o （1 1）传输程序）传输程序o半双工、异步、无间隙同步半双工、异步、无间隙同步oNRZNRZ（不归零）编码（不归零）编码o“1 1”RXD/TXD-PRXD/TXD-P（Receive/Tra

10、nsmit-Data-PReceive/Transmit-Data-P）线）线上的正电位，而在上的正电位，而在RXD/TXD-NRXD/TXD-N线上则正相反。线上则正相反。o各报文的空闲（各报文的空闲（idleidle）状态对应于二进制）状态对应于二进制“1 1”信号信号oA A线对应于线对应于RXD/TXD-NRXD/TXD-N信号，而信号，而B B线对应于线对应于RXD/TXD-PRXD/TXD-P信信号。号。o （2 2）总线连接）总线连接o国际性的国际性的PROFIBUSPROFIBUS标准标准EN50170EN50170推荐使用推荐使用9 9针针D D型连接器型连接器用于总线站与总

11、线的相互连接（用于总线站与总线的相互连接（9 9针头）。针头）。oD D型连接器的型连接器的插座与总线站插座与总线站相连接，而相连接，而D D型连接器的型连接器的插头插头与总线电缆与总线电缆相连接。相连接。 59 48 37 2 6 1连接器外形连接器外形针脚号针脚号信号名称信号名称信号含义信号含义1SHIELD屏蔽或逻辑地屏蔽或逻辑地2M2424V输出电压逻辑地（辅助电源）输出电压逻辑地（辅助电源）3RxD/TxDP接收接收/发送数据正，发送数据正，RS485信号信号B线线4CNTRP方向控制信号方向控制信号P5DGND数据基准电位（逻辑地）数据基准电位（逻辑地）6VP供电电压（正）供电电压

12、（正）7P24+24V输出电压（辅助电源）输出电压（辅助电源）8RxD/TxDN接收接收/发送数据负，发送数据负，RS485信号信号A线线9CMTRN方向控制信号方向控制信号N连接器外壳连接器外壳屏蔽屏蔽机壳接地机壳接地o (3) (3)总线终端器总线终端器o根据根据EIA RS-485EIA RS-485标准，在数据线标准，在数据线A A和和B B两端均加接总线终两端均加接总线终端器。端器。o空闲状态：确定的空闲状态：确定的空闲电位空闲电位。o可以由可以由跳接器跳接器或开关来启动。或开关来启动。o传输速率大于传输速率大于1.5Mbit/s1.5Mbit/s时，由于所连接站的时，由于所连接站的

13、电容性负电容性负载载而引起而引起导线反射导线反射，因此必须使用附加有，因此必须使用附加有轴向电感的总轴向电感的总线连接插头线连接插头。o （4 4）传输技术）传输技术o网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻；网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻；o传输速率：传输速率： 9.6kbit/s9.6kbit/s12Mbit/s12Mbit/s；o介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMCEMC）；）；o站点数：每段站点数：每段3232站（无中继），站（无中继），127127站（有中继）；站（有中继）；o插头连接：插头连接：9

14、 9针针D D型插头型插头o （5）拓扑结构）拓扑结构o 二、用于二、用于PAPA的的IEC61158-2IEC61158-2传输技术传输技术oPROFIBUS-PA采用符合采用符合IECl158-2标准的传输技术。这种技标准的传输技术。这种技术确保本质安全并通过总线直接给现场设备供电。术确保本质安全并通过总线直接给现场设备供电。o（1 1）数据传输）数据传输o非直流传输的位同步、曼彻斯特编码非直流传输的位同步、曼彻斯特编码 ( (也称也称H1H1编码编码) )。o数据的发送采用对总线系统的基本电流数据的发送采用对总线系统的基本电流IBIB调节调节9mA9mA的的方法实现方法实现 。oPROF

15、IBUS-PAPROFIBUS-PA的数据传输的数据传输o（2 2）总线连接）总线连接 （PA PA 总线段的结构）总线段的结构）o （3）拓扑结构）拓扑结构o树型结构树型结构是典型的现场安装技术，现场分配器负责连接是典型的现场安装技术，现场分配器负责连接现场设备与主干总线，所有连接在现场总线上的设备通现场设备与主干总线，所有连接在现场总线上的设备通过现场分配器进行并行切换。过现场分配器进行并行切换。o总线型结构总线型结构：o提供了与供电电路安装类似的沿现场总线电缆的连提供了与供电电路安装类似的沿现场总线电缆的连接点，现场总线电缆可通过现场设备连接成回路，接点，现场总线电缆可通过现场设备连接成

16、回路，其分支线也可连接一个或多个现场设备。其分支线也可连接一个或多个现场设备。o树型与线型的组合结构树型与线型的组合结构：o基于基于IEC61158-2IEC61158-2传输技术总线段与基于传输技术总线段与基于RS485RS485传输传输技术总线段可以通过技术总线段可以通过DP/PADP/PA耦合器或链接器相连，耦合器或链接器相连，耦合器使耦合器使RS485RS485信号和信号和IEC61158-2IEC61158-2信号相适配。信号相适配。o （4 4） IECl158-2IECl158-2传输技术特性传输技术特性o数据传输数据传输: :数字式、位同步、曼彻斯特编码数字式、位同步、曼彻斯特

17、编码; ;o传输速率传输速率:31.25kbit/s:31.25kbit/s，电压式，电压式; ;o数据可靠性数据可靠性: :前同步信号，采用起始和终止界定符避免前同步信号，采用起始和终止界定符避免误差误差; ;o电缆电缆: :双绞线，屏蔽式或非屏蔽式双绞线，屏蔽式或非屏蔽式; ;o远程电源供电远程电源供电: :可选附件，通过数据线可选附件，通过数据线; ;o防爆型防爆型: :能进行本征及非本征安全操作能进行本征及非本征安全操作; ;o拓扑拓扑: :总线形或树形，或两者相组合总线形或树形，或两者相组合; ;o站数站数: :每段最多每段最多3232个，总数最多为个，总数最多为126126个个;

18、;o中继器中继器: :最多可扩展至最多可扩展至4 4台。台。o 三三. .光纤传输技术光纤传输技术o DP/FMS( DP/FMS(光纤电缆光纤电缆) )的物理层的物理层oPROFIBUSPROFIBUS第第1 1层的另一种类型是通过光纤导体中光的传层的另一种类型是通过光纤导体中光的传输来传送数据。输来传送数据。o站之间的距离最大到站之间的距离最大到15km15km。o用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆可用作传输介质。用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆可用作传输介质。o玻璃光纤能处理的连接距离达到玻璃光纤能处理的连接距离达到15km15km，而塑料光纤只，而塑料光纤只能达到能达到80m80m。o 连接

19、技术连接技术o (1)OLM(1)OLM技术技术 (Optical Link Module(Optical Link Module)o(2)OLP(2)OLP技术技术 (Optical Link Plug)(Optical Link Plug)o （3 3）集成的光纤电缆连接集成的光纤电缆连接o 使用集成在设备中的光纤接口将使用集成在设备中的光纤接口将PROFIBUSPROFIBUS节点与节点与光纤电缆直接连接。光纤电缆直接连接。o（4 4）OBTOBT（Optical Fiber Bus TerminalOptical Fiber Bus Terminal，光纤总，光纤总线终端）线终端） o

20、 一个不带集成纤维光缆接头的一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUSPROFIBUS站或一个站或一个RS-RS-485485段可以通过段可以通过OBTOBT连接到一个光纤电路。连接到一个光纤电路。3.3 3.3 PROFIBUSPROFIBUS的总线存取控制机制的总线存取控制机制oPROFIBUSPROFIBUS（DPDP、PAPA、FMSFMS）使）使用一致的总线存取控制用一致的总线存取控制机机制。制。o数据链路层规定总线存取控制、数据安全性以及传输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。协议和报文的处理。o在在PROFIBUSPROFIBUS中，中，数据链路数据链

21、路层层( (第第2 2层层) )称为称为FDLFDL层层 ( (现场现场总线数据链路层总线数据链路层) )。o介质存取控制（介质存取控制（MACMAC，MediumMedium Access Control Access Control）具体具体控制数据传输的程序。控制数据传输的程序。o PROFIBUS PROFIBUS的总线存取控制要满足介质控制的两的总线存取控制要满足介质控制的两 个基本要求：个基本要求：（1 1）主主站站（PLCPLC或或PCPC）间间的的通通信信必必须须使使每每个个总总线线站站在在确确定定的时间内能获得足够的时间处理自己的通信任务。的时间内能获得足够的时间处理自己的通

22、信任务。（2 2）复复杂杂的的控控制制器器与与简简单单的的分分散散的的过过程程I/OI/O设设备备（从从站站）间的数据交换必须快速简单。间的数据交换必须快速简单。oPROFIBUSPROFIBUS在在主主站站间间采采用用令令牌牌传传送送方方式式，主主站站与与从从站站间间采采用主从方式。用主从方式。l令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时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间内得到总线存取权 ( (令牌令牌) )。l在在PROFIBUSPROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行。中，令牌传递仅在各主站之间进行。l主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主主站得到总

23、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。站均可向从站发送或读取信息。PROFIBUS总线存取控制机制总线存取控制机制 3.4 PROFIBUS-DP技术简介oPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传输。用于现场层的高速数据传输。o主站周期地读取从站的输入信息并周期性地向从站发主站周期地读取从站的输入信息并周期性地向从站发送输出信息，总线循环时间必须要比主站送输出信息，总线循环时间必须要比主站 (PLC)(PLC)程序程序循环时间短，除周期性用户数据传输外，循环时间短，除周期性用户数据传输外，PROFlBUS-DPPROFlBUS-DP还提供智能化设

24、备所需的非周期性通信以进行组态、还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。诊断和报警处理。 l.PROFIBUS-DPl.PROFIBUS-DP的基本功能的基本功能(1)(1)传输技术传输技术o1)RS-4851)RS-485双绞线或光缆双绞线或光缆o2)2)波特率从波特率从9.6kbit/s-l2Mbit/s9.6kbit/s-l2Mbit/s(2)(2)总线存取总线存取o1)1)各主站间为令牌传输，主站与从站间为主各主站间为令牌传输，主站与从站间为主- -从传输从传输; ;o2)2)支持单主或多主系统支持单主或多主系统; ;o3)3)主主- -从设备，总线上最多站点数为

25、从设备，总线上最多站点数为126126(3)(3)功能功能o1)DP主站和DP从站间的循环用户数据传输;o2)各DP从站的动态激活和撤消;o3)DP从站组态的检查;o4)强大的诊断功能，三级诊断信息;o5)输入或输出的同步;o6)通过总线给DP从站赋予地址;o7)通过总线对DP主站 (DPM1)进行配置;o8)每个DP从站最大为246字节的输入和输出数据。 (4)(4)设备类型设备类型o1)1)第一类第一类DPDP主站主站 (DPMl):(DPMl):可编程控制器，如可编程控制器，如PLCPLC、PCPC等等; ;o2)2)第二类第二类DPDP主站主站 (DPM2):(DPM2):可编程、可组

26、态、可诊断的设可编程、可组态、可诊断的设备备; ;o3)DP3)DP从站从站: :带二进制或模拟输入、输出的驱动器、阀门带二进制或模拟输入、输出的驱动器、阀门等。等。 (5)(5)诊断功能（分为诊断功能（分为3 3类）类）o本站诊断操作本站诊断操作: :本站设备的一般操作状态，如温度过本站设备的一般操作状态，如温度过高，电压过低。高，电压过低。o模块诊断操作模块诊断操作: :一个站点的某个具体一个站点的某个具体I/OI/O模块出现故障模块出现故障 ( (如如8 8位的输出模块位的输出模块) )。o通道诊断操作通道诊断操作: :一个单独的输入、输出位的故障一个单独的输入、输出位的故障 ( (如如

27、输出通道输出通道7 7短路短路) )。 (6)(6)系统配置系统配置o PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP允许构成允许构成单主站或多主站系统单主站或多主站系统，这就为，这就为系统配置组态提供了系统配置组态提供了高度的灵活性高度的灵活性。n系统配置的描述包括系统配置的描述包括: :站点数目、站点地址和输入输站点数目、站点地址和输入输出数据的格式，诊断信息的格式以及所使用的总体参出数据的格式，诊断信息的格式以及所使用的总体参数。数。 (7)(7)运行模式运行模式o1)1)运行运行: :输入和输出数据的循环传输输入和输出数据的循环传输。DPM1DPM1由由DPDP从站读从站读取输入信息并

28、向取输入信息并向DPDP从站写入输出信息。从站写入输出信息。o2)2)清除清除: :DPM1DPM1读取读取DPDP从站的输入信息从站的输入信息，并使输出信息保，并使输出信息保持为持为故障故障- -安全状态安全状态。o3)3)停止停止: :只能进行只能进行主主- -主数据传输主数据传输，DPM1DPM1和和DPDP从站之间没从站之间没有数据传输。有数据传输。 (8)(8)通信通信o1)1)点对点点对点 ( (用户数据传输用户数据传输) )或广播或广播 ( (控制指令控制指令) )。o2)2)循环主循环主- -从用户数据传输和非循环主从用户数据传输和非循环主- -主数据传输。主数据传输。oDPM

29、1DPM1和和DPDP从站之间的数据传输分为从站之间的数据传输分为3 3个阶段个阶段: :n参数设定、组态配置、数据交换。参数设定、组态配置、数据交换。PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP主主- -主之间的数据通信主之间的数据通信(9)(9)同步同步o1)1)控制指令允许输入和输出的同步。控制指令允许输入和输出的同步。o2)2)同步模式同步模式: :输出同步。输出同步。o3)3)锁定模式锁定模式: :输入同步。输入同步。(10)(10)可靠性和保护机制可靠性和保护机制o1)1)所有信息的传输在海明距离所有信息的传输在海明距离HD=4HD=4进行。进行。o2)DP2)DP从站带看门狗定时

30、器。从站带看门狗定时器。o3)DP3)DP从站的输入输出存取保护。从站的输入输出存取保护。o4)DP4)DP主站上带可变定时器的用户数据传输监视。主站上带可变定时器的用户数据传输监视。oPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP协议是为自动化制造工厂中协议是为自动化制造工厂中分散的分散的I/OI/O设设备和现场设备备和现场设备所需要的所需要的高速数据通信高速数据通信而设计的。而设计的。o典型典型的的DPDP配置是配置是单主站结构单主站结构oDPDP主站与主站与DPDP从站从站间的通信基于间的通信基于主主- -从原理从原理，一个报文循，一个报文循环由环由DPDP主站主站发出的发出的请求帧请求帧

31、 ( (轮询报文轮询报文) )和由和由DPDP从站从站返回返回的有关的有关应答或响应帧应答或响应帧组成。组成。 单主站结构在在DPDP主站上处理轮询表的情况主站上处理轮询表的情况 多多主站结构主站结构 2.DP2.DP设备类型设备类型1 1) ) DPDP主站（主站（1 1类）类）o循环地与循环地与DPDP从站交换用户数据：从站交换用户数据：PLCPLC、PCPC或可以做或可以做1 1类主站类主站使用的控制器。使用的控制器。o通信任务：通信任务：n(l)Set_Prm(l)Set_Prm和和Chk_CfgChk_Cfgn在启动、重启动和数据传输阶段，在启动、重启动和数据传输阶段，DPDP主站发

32、送参数集主站发送参数集给给DPDP从站。从站。n(2)Data(2)Data一一ExchangeExchangen循环地与指定循环地与指定DPDP从站进行输入从站进行输入/ /输出数据交换。输出数据交换。n(3)Slave_Diag(3)Slave_Diagn在启动期间或循环的用户数据交换期间，读取在启动期间或循环的用户数据交换期间，读取DPDP从站从站的诊断信息。的诊断信息。n(4)Global(4)Global_ _ControlControlnDPDP主站将它的运行状态告知给各主站将它的运行状态告知给各DPDP从站；将控制命令从站；将控制命令发送给个别从站或规定的发送给个别从站或规定的D

33、PDP从站组，以实现输出数据从站组，以实现输出数据和输入数据的同步和输入数据的同步 (Sync(Sync和和FreezeFreeze命令命令) )。 2)DP 2)DP从站：从站：nPLCPLC、分散式分散式I/OI/O、驱动器、传感器、执行机构驱动器、传感器、执行机构等现场设备。等现场设备。nDPDP从站只与装载此从站的参数并组态它的从站只与装载此从站的参数并组态它的DPDP主主站交换用户数据。站交换用户数据。DPDP从站可以向此主站报告本从站可以向此主站报告本地诊断中断和过程中断。地诊断中断和过程中断。 3)DP 3)DP主站主站 (2(2类类) )n2 2类类DPDP主站是操作员工作站、

34、编程装置，诊断和主站是操作员工作站、编程装置，诊断和管理设备，完成各站点的数据读写、系统配置、管理设备，完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。故障诊断等。o特殊功能特殊功能: :o( (l)RD_Inpl)RD_Inp和和RD_OutpRD_Outpo在与在与l l类类DPDP主站进行数据通信的同时，读取主站进行数据通信的同时，读取DPDP从站从站的输入和输出数据。的输入和输出数据。o(2)(2)Get_CfgGet_Cfgo读取读取DPDP从站的当前组态数据。从站的当前组态数据。o(3)(3)Set_Slave_AddSet_Slave_AddoDPDP主站主站 (2 (2类类) )分

35、配一个新的总线地址给一个分配一个新的总线地址给一个DPDP从从站。站。 4).DP 4).DP组合设备组合设备o可以将可以将l l类类DPDP主站、主站、2 2类类DPDP主站和主站和DPDP从站组合在一个硬件从站组合在一个硬件模块中形成一个模块中形成一个DPDP组合设备。组合设备。o这样的设备是很常见的，一些典型的设备组合如下这样的设备是很常见的，一些典型的设备组合如下: :o（1 1）l l类类DPDP主站与主站与2 2类类DPDP主站的组合主站的组合o（2 2）DPDP从站与从站与l l类类DPDP主站的组合主站的组合 3.DP3.DP设备之间的通信设备之间的通信 1)DP 1)DP通信

36、关系和通信关系和DPDP数据交换数据交换n通信作业的发起者：请求方，通信伙伴：响应方。通信作业的发起者：请求方，通信伙伴：响应方。nl l类类DPDP主站的请求报文以第主站的请求报文以第2 2层中的层中的“高优先权高优先权”报文服务级报文服务级别处理。别处理。n由由DPDP从站发出的响应报文使用第从站发出的响应报文使用第2 2层中的层中的“低优先权低优先权”报文报文服务级别。服务级别。nDPDP从站可将当前出现的诊断中断或状态事件通知给从站可将当前出现的诊断中断或状态事件通知给DPDP主站，主站，通过将通过将Data_ExchangeData_Exchange的响应报文服务级别从的响应报文服务

37、级别从 低优先权低优先权 改变为高优先权来实现。改变为高优先权来实现。各类各类DPDP设备间的通信关系设备间的通信关系2)2)初始化阶段，重启动和用户数据通信初始化阶段，重启动和用户数据通信oDPDP主站检查主站检查DPDP从站是否在总线上从站是否在总线上oDPDP主站通过请求从站的诊断数据来检查主站通过请求从站的诊断数据来检查DPDP从站的准备情从站的准备情况况oDPDP主站定义主站定义DPDP从站的参数并组态此从站从站的参数并组态此从站oDPDP主站循环地与主站循环地与DPDP从站交换用户数据从站交换用户数据DPDP从站初始化从站初始化o(1)(1)参数数据参数数据 (Set(Set_ _

38、Prm):Prm):参数集包括预定给参数集包括预定给DPDP从站从站的重要的本地和全局参数、特征和功能。的重要的本地和全局参数、特征和功能。oStation Status:Station Status:与从站有关的功能和设定与从站有关的功能和设定o Watchdog: ( Watchdog: (定时监视器，定时监视器，“看门狗看门狗”) )检查检查DPDP主站主站的故障的故障oIdent_Number:DPIdent_Number:DP从站的标识号从站的标识号, ,由由PNOPNO在认证时规在认证时规定的定的DPDP从站的标识号放在此设备的主要文件中。从站的标识号放在此设备的主要文件中。oGr

39、oup_IdentGroup_Ident: :将将DPDP从站分组组合，以便使用从站分组组合，以便使用SyncSync和和FreezeFreeze控制命令。控制命令。oUser_PrmUser_Prm_ _DataData: :DPDP从站参数数据从站参数数据 (User_Prm_Data)(User_Prm_Data)为为DPDP从站规定了有关应用数据。从站规定了有关应用数据。o（2 2）组态数据）组态数据(Chk_Cfg)(Chk_Cfg)o在组态数据报文中，在组态数据报文中，DPDP主站发送标识符格式给主站发送标识符格式给DPDP从站，这些标识符格式告知从站，这些标识符格式告知DPDP从

40、站要被交换的输从站要被交换的输入入/ /输出区域的范围和结构。输出区域的范围和结构。n这些区域这些区域 ( (也称也称 “模块模块”) )是按是按DPDP主站和主站和DPDP从站从站约定的字节或字结构约定的字节或字结构 ( (标识符格式标识符格式) )形式定义形式定义的。标识符格式允许指定输入或输出区域，或的。标识符格式允许指定输入或输出区域，或各模块的输入和输出区域。各模块的输入和输出区域。o（3 3）诊断数据）诊断数据 (Slave(Slave_ _Diag)Diag)o在启动阶段，在启动阶段，DPDP主站使用请求诊断数据来检查主站使用请求诊断数据来检查DPDP从从站是否存在和是否准备就绪

41、接收参数信息。由站是否存在和是否准备就绪接收参数信息。由DPDP从从站提交的诊断数据包括符合站提交的诊断数据包括符合EN50170EN50170标准的诊断部标准的诊断部分。还包括此分。还包括此DPDP从站专用的诊断信息。从站专用的诊断信息。oDPDP从站发送诊断信息告知从站发送诊断信息告知DPDP主站它的运行状态以及主站它的运行状态以及发生出错事件时出错的原因。发生出错事件时出错的原因。o（4 4）用户数据）用户数据 (Data_Exchange)(Data_Exchange)oDPDP从站检查从从站检查从DPDP主站接收到的参数和组态信息，主站接收到的参数和组态信息，如果没有错误而且允许由如

42、果没有错误而且允许由DPDP主站请求的设定，则主站请求的设定，则DPDP从站发送诊断数据报告它已为循环地交换用户从站发送诊断数据报告它已为循环地交换用户数据准备就绪：数据准备就绪：DPDP主站与主站与DPDP从站交换所组态的用从站交换所组态的用户数据。户数据。nDPDP从站只对由定义它的参数并组态它的从站只对由定义它的参数并组态它的l l类类DPDP主站发来的主站发来的Data_ExchangeData_Exchange请求帧报文作出反请求帧报文作出反应。其他的用户数据报文均被此应。其他的用户数据报文均被此DPDP从站拒绝。从站拒绝。4.PROFIBUS-DP4.PROFIBUS-DP循环循环

43、1)PROFIBUS-DP1)PROFIBUS-DP循环的结构循环的结构o一个一个DPDP循环包括固定部分和可变部分。循环包括固定部分和可变部分。o固定部分由循环报文构成，它包括总线存取控制固定部分由循环报文构成，它包括总线存取控制( (令牌令牌管理和站状态管理和站状态) )和与和与DPDP从站的从站的I/OI/O数据通信数据通信 (Data_Exchange)(Data_Exchange)。oDPDP循环的可变部分由被控事件的非循环报文构成。循环的可变部分由被控事件的非循环报文构成。单主总线系统中单主总线系统中DPDP循环的结构循环的结构o报文的非循环部分包括下列内容报文的非循环部分包括下列

44、内容: :o（1 1）DPDP从站初始化阶段的数据通信从站初始化阶段的数据通信; ;o（2 2）DPDP从站诊断功能从站诊断功能; ;o（3 3）2 2类类DPDP主站通信主站通信; ;o（4 4）DPDP主站和主站通信主站和主站通信; ;o（5 5）非正常情况下）非正常情况下 (Retry)(Retry)，第，第2 2层控制的报式；层控制的报式；o（6 6）与）与DPV1DPV1对应的非循环数据通信对应的非循环数据通信; ;o（7 7）PGPG在线功能在线功能; ;o（8 8）HMIHMI功能。功能。2)2)固定的固定的PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP循环的结构循环的结构o对于自

45、动化领域的某些应用来说，固定的对于自动化领域的某些应用来说，固定的DPDP循环时间和循环时间和固定的固定的I/OI/O数据交换是有好处的。数据交换是有好处的。o与正常的与正常的DPDP循环相比较，在循环相比较，在DPDP主站的一个固定的主站的一个固定的DPDP循环循环期内，保留一定的时间用于非循环通信。期内，保留一定的时间用于非循环通信。o允许一定数量的非循环报文事件。如果此保留的时间未允许一定数量的非循环报文事件。如果此保留的时间未用完，则通过多次给自己发报文的办法直到达到所选定用完，则通过多次给自己发报文的办法直到达到所选定的固定总线循环时间为止，这样就产生了一个暂停时间。的固定总线循环时

46、间为止，这样就产生了一个暂停时间。固定的固定的PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP循环的结构循环的结构5. 5. 采用交叉通信的数据交换采用交叉通信的数据交换n交叉通信，也称之为交叉通信，也称之为 “直接通信直接通信”，是在，是在SIMATIC S7SIMATIC S7应用中使用应用中使用PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP的另一种数据通信方法。的另一种数据通信方法。o在交叉通信期间，在交叉通信期间，DPDP从站不用从站不用1 1对对1 1的报文的报文 ( (从从-主主) )响响应应DPDP主站，而用特殊的主站，而用特殊的1 1对多的报文对多的报文 ( (从从主主) )。n用交

47、叉通信，通信关系用交叉通信，通信关系 主主- -从从 和和 从从- -从从 是可能的，是可能的，但它们并不被所有类型的但它们并不被所有类型的SIMATICS7 DPSIMATICS7 DP主站和从站设主站和从站设备的模块所支持。备的模块所支持。6 6 设备数据库文件设备数据库文件oPROFIBUSPROFIBUS设备具有不同的性能特征，特性的不同在于现设备具有不同的性能特征，特性的不同在于现有功能有功能 ( (即即I/0I/0信号的数量和诊断信息信号的数量和诊断信息) )的不同或可能的的不同或可能的总线参数，如波特率和时间的监控不同。为达到总线参数，如波特率和时间的监控不同。为达到PROFIB

48、USPROFIBUS简单的即插即用配置，这些特性均在电子数据简单的即插即用配置，这些特性均在电子数据单中具体说明，有时称为设备数据库文件或单中具体说明，有时称为设备数据库文件或GSDGSD文件。文件。n(1)(1)总体说明总体说明n(2)DP(2)DP主设备相关规格主设备相关规格n(3)(3)从设备的相关规格从设备的相关规格3.5 PROFIBUS-PA3.5 PROFIBUS-PA技术简介技术简介oPROFIBUS-PAPROFIBUS-PA是是PROFIBUSPROFIBUS的过程自动化解决方案。的过程自动化解决方案。PAPA将将自动化系统与现场设备，例如压力、温度和液位变送器自动化系统与

49、现场设备，例如压力、温度和液位变送器的过程控制系统连接起来，的过程控制系统连接起来，PAPA可以取代可以取代4-20mA4-20mA的模拟技的模拟技术。术。PAPA在现场设备的规划、电缆敷设、调试、投入运行在现场设备的规划、电缆敷设、调试、投入运行和维护方面可节省成本和维护方面可节省成本40%40%以上，并可提供多功能和安以上，并可提供多功能和安全性。全性。1.1.常规的常规的4-2OmA4-2OmA系统与基于系统与基于PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA的系统在布线的系统在布线方面的区别方面的区别o2.2.过程工业一应用领域的特殊过程工业一应用领域的特殊要求要求o1)1)过程自动化独

50、特的应用行规以及来自不同厂商过程自动化独特的应用行规以及来自不同厂商的现场设备的互换性的现场设备的互换性; ;o2)2)增加和去除总线站点，即使在本质安全地区也增加和去除总线站点，即使在本质安全地区也不会影响到其他站点不会影响到其他站点; ;o3)3)过程自动化中的过程自动化中的PPOFIBUS-PAPPOFIBUS-PA总线段和制造自动总线段和制造自动化中的化中的PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP总线段之间通过段耦合器实现总线段之间通过段耦合器实现通信透明化通信透明化; ;o4)4)同样的两条线，基于同样的两条线，基于IEC61158-2IEC61158-2技术可进行远技术可进行远

51、程供电和数据传输程供电和数据传输; ;o5)5)在潜在的爆炸区使用防爆型在潜在的爆炸区使用防爆型 本质安全本质安全 或或 非非本质安全本质安全 。 3. 3. PROFlBUS-PAPROFlBUS-PA总线的数据传输总线的数据传输 PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA使用使用PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP的基本功能传输测量值的基本功能传输测量值和状态，使用和状态，使用PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP扩展功能对现场设备设置参扩展功能对现场设备设置参数及操作。数及操作。 传输采用基于传输采用基于IEC6l158-2IEC6l158-2的两线技术。的两线技术。PR

52、OFIBUSPROFIBUS总总线存取协议线存取协议 ( (第第2 2层层) )和和IEC6l158-9IEC6l158-9技术技术 ( (第第1 1层层) )之间的之间的接口在接口在DIN19245DIN19245系列标准的第系列标准的第4 4部分中作了规定。部分中作了规定。 在在IEC6l158-2IEC6l158-2段传输时，报文被加上起始和结束界段传输时，报文被加上起始和结束界定符。定符。PROFlBUS-PAPROFlBUS-PA总线的数据传输总线的数据传输3.6 PROFIBUS-FMS3.6 PROFIBUS-FMS技术简介技术简介oPROFIBUS-FMSPROFIBUS-FM

53、S：解决车间一级的通信，在这一级可编程：解决车间一级的通信，在这一级可编程控制器控制器 (PLC(PLC和和PC)PC)主要是互相通信，高级功能比快速系主要是互相通信，高级功能比快速系统反应时间更重要。统反应时间更重要。ol.PROFIBUS-FMSl.PROFIBUS-FMS的应用层的应用层o现场总线信息规范现场总线信息规范(FMS)(FMS)描述通信对象和服务描述通信对象和服务o低层接口低层接口(LLI)(LLI)用于将用于将FMSFMS适配到第适配到第2 2层层o 2. PROFIBUS-FMS2. PROFIBUS-FMS的通信模型的通信模型o FMSFMS利用通信关系将分散的过程统一

54、到一个共用的过程利用通信关系将分散的过程统一到一个共用的过程中。中。o在应用过程中，可用来通信的那部分现场设备称在应用过程中，可用来通信的那部分现场设备称VFD(VFD(虚虚拟现场设备拟现场设备) )，在实际现场设备与，在实际现场设备与VFDVFD之间设立一个通信之间设立一个通信关系表。关系表。o通信关系表是通信关系表是VFDVFD通信变量的集合，如零件数、故障率、通信变量的集合，如零件数、故障率、停机时间等。停机时间等。oVFDVFD通信时间表完成对实际现场的通信。通信时间表完成对实际现场的通信。o 3. 3.通信对象和对象字典通信对象和对象字典 (OD)(OD) 对象字典包括描述、结构和数

55、据类型以及通信对象的内对象字典包括描述、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部设备地址和它们在总线上的标志 ( (索引或名称索引或名称) )之间之间的关系。的关系。n1)1)头头: :包含对象字典结构的有关信息包含对象字典结构的有关信息; ;n2)2)静态数据类型表静态数据类型表: :所支持的静态数据类型列表所支持的静态数据类型列表; ;n3)3)变量列表的动态列表变量列表的动态列表: :所有已知变量表列表所有已知变量表列表; ;n4)4)动态程序列表动态程序列表: :所有已知程序列表。所有已知程序列表。oFMSFMS能识别能识别5 5种通信对象种通信对象: :n1)1

56、)简单变量简单变量; ;n2)2)数组数组 ( (一系列相同类型的简单变量一系列相同类型的简单变量););n3)3)记录记录 ( (一系列不同类型的简单变量一系列不同类型的简单变量););n4)4)域域; ;n5)5)事件。事件。oFMSFMS可识别可识别2 2种类型的动态通信对象种类型的动态通信对象: :n1)1)程序调用程序调用; ;n2)2)变量列表变量列表 ( (一系列简单变量，数组或记录一系列简单变量，数组或记录) )。 4.PROFIBUS-FMS 4.PROFIBUS-FMS服务服务o o FMSFMS服务是服务是ISO9506ISO9506制造信息规范制造信息规范 (Manuf

57、acturing (Manufacturing Message Specification, MMS)Message Specification, MMS)服务的子集，已在现场总服务的子集，已在现场总线应用中被优化，而且增加了通信对象管理和网络管理线应用中被优化，而且增加了通信对象管理和网络管理功能。通过总线的功能。通过总线的FMSFMS服务的执行用服务序列描述，包括服务的执行用服务序列描述，包括被称作服务原语的几个互操作。被称作服务原语的几个互操作。o 服务原语描述请求者和应答者之间的互操作服务原语描述请求者和应答者之间的互操作。 5. PROFIBUS-FMS 5. PROFIBUS-FM

58、S行规行规o（1 1）控制器间的通信控制器间的通信 (3.002):(3.002):可编程控制器可编程控制器 (PLC)(PLC)之之间通信的间通信的FMSFMS服务。服务。o（2 2）楼宇自动化行规楼宇自动化行规 (3.001):(3.001):对楼宇自动化系统使用对楼宇自动化系统使用FMSFMS进行监视、闭环和开环控制、操作控制、报警处理进行监视、闭环和开环控制、操作控制、报警处理及系统档案管理作了描述。及系统档案管理作了描述。o（3 3）低压开关设备低压开关设备 (3.032):(3.032):通过通过FMSFMS在通信过程中低在通信过程中低压开关设备的应用行为。压开关设备的应用行为。3

59、.7 3.7 PROFIBUSPROFIBUS的应用的应用( (系统集成系统集成) ) oPROFIBUSPROFIBUS在工厂自动化系统中的位置在工厂自动化系统中的位置oPROFIBUSPROFIBUS控制系统的组成控制系统的组成oPROFIBUSPROFIBUS网络的配置方案网络的配置方案PROFIBUSPROFIBUS在工厂自动化系统中的位置在工厂自动化系统中的位置PROFIBUSPROFIBUS控制系统的组成控制系统的组成1 1一类主站一类主站o一类主站指一类主站指PLCPLC、PCPC或其他控制器。一类主站完成或其他控制器。一类主站完成总线通信与管理。总线通信与管理。2 2二类主站二

60、类主站o二类主站指操作员工作站（如二类主站指操作员工作站（如PCPC机加图形监控软机加图形监控软件）、编程器、操作员接口等。完成各站点的数件）、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。据读写、系统配置、故障诊断等。 3 3从站从站 （1 1）分散式）分散式I/OI/O （2 2）PLCPLC （3 3）驱动器、传感器、执行机构等现场设备）驱动器、传感器、执行机构等现场设备 带有带有PROFIBUSPROFIBUS接口的现场设备接口的现场设备 4 4现场设备现场设备（1 1）现场设备不具备现场设备不具备PROFIBUSPROFIBUS接口，采用分布式接口，采用分布式I/

61、0I/0作为作为总线接口与现场设备连接。总线接口与现场设备连接。 （2 2）现场设备都有）现场设备都有PROFIBUSPROFIBUS接口。使用现场总线技术，可接口。使用现场总线技术，可实现完全的分布式结构。实现完全的分布式结构。（3 3）只有部分现场设备有）只有部分现场设备有PROFIBUSPROFIBUS接口。接口。PROFIBUSPROFIBUS网络的配置方案网络的配置方案( (l)PLCl)PLC做做l l类主站，不设监控站，在调试阶段配置一台编程类主站，不设监控站，在调试阶段配置一台编程设备。设备。 (2)(2)PLCPLC做做l l类主站，监控站通过串口与类主站，监控站通过串口与P

62、LCPLC一对一的连接。一对一的连接。(3)(3)用用PLCPLC或其他控制器做或其他控制器做1 1类主站，监控站类主站，监控站(2(2类主站类主站) )连接连接在在PROIBUSPROIBUS总线上。总线上。(4)(4)用配备了用配备了PROFIBUSPROFIBUS网卡的网卡的PC(PC(个人计算机个人计算机) )做做1 1类主站，类主站，监控站与监控站与1 1类主站一体化。类主站一体化。(5)(5)工业控制工业控制PC+PROFIBUSPC+PROFIBUS网卡十网卡十SOFT PLCSOFT PLC的结构形式。的结构形式。本章习题本章习题1.1.PROFIBUSPROFIBUS由哪三个兼容部分组成？各自应用的行业有由哪三个兼容部分组成？各自应用的行业有哪些？哪些？2.2.PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA、DPDP、FMSFMS通信模型包括哪几层？通信模型包括哪几层？3.3.简述简述RS-485RS-485传输技术的基本特性。传输技术的基本特性。4.4.简述简述IEC61158-2IEC61158-2传输技术要点，适合于什么应用场合传输技术要点，适合于什么应用场合？为什么？为什么？5.5.PROFIBUSPROFIBUS的总线存取控制机制是什么？的总线存取控制机制是什么？6.6.PROFIBUSPROFIBUS控制系统由哪几部分组成？控制系统由哪几部分组成？