第7章PROFIBUS现场总线标准

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1、第第7章章 PROFIBUS现现场总线标准场总线标准2 2主主 要要 内内 容容7.1 PROFIBUS 现场总线概述现场总线概述7.2 PROFIBUS DP7.3 PROFIBUS PA7.4 PROFIBUS FMS3 3主主 要要 内内 容容7.1 PROFIBUS 现场总线概述现场总线概述7.2 PROFIBUS DP7.3 PROFIBUS PA7.4 PROFIBUS FMS4 47.1 RPOFIBUS7.1 RPOFIBUS技术的由来技术的由来l8787年由年由SiemensSiemens公司等公司等1313家企业和家企业和5 5家研究机构联合家研究机构联合开发开发; ;l8

2、989年批准为德国工业标准年批准为德国工业标准DIN 19245DIN 19245；l9696年批准为欧洲标准年批准为欧洲标准EN 50170 V.2;EN 50170 V.2;l9898年年PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA批准纳入批准纳入EN50170 V.2;EN50170 V.2;l9999年年PROFIBUSPROFIBUS成为国际标准成为国际标准IEC 61158IEC 61158的组成部分的组成部分(Type III);(Type III);l20012001年批准成为中国的行业标准年批准成为中国的行业标准JB/T 10308.3-JB/T 10308.3-2001;2

3、001;5 5ProfiBusProfiBus通讯技术通讯技术 作作为为众众多多现现场场总总线线家家族族的的成成员员之之一一，ProfiBusProfiBus是是在在欧欧洲洲工工业业界界得得到到最最广广泛泛应应用用的的一一个个现现场场总总线线标标准准，也也是是目目前前国国际际上上通通用用的的现现场场总总线线标标准准之之一一。ProfiBusProfiBus是是属属于于单单元元级级、现现场场级级的的SIMITACSIMITAC网网络络，适适用用于于传传输输中中、小小量量的的数数据据。其其开开放放性性可可以以允允许许众众多多的的厂厂商商开开发发各各自自的的符符合合ProfiBusProfiBus协

4、协议议的的产产品品，这这些些产产品品可可以以连连接接在在同同一一个个ProfiBusProfiBus网网络络上上。ProfiBusProfiBus是是一一种种电电气气网网络络，物物理理传传输输介质可以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输。介质可以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输。6 6技术特点技术特点1 1信号线可用设备电源线。信号线可用设备电源线。2 2每条总线区段可连接每条总线区段可连接3232个设备，不同个设备，不同区段用中继器连接。区段用中继器连接。3 3传输速率可在传输速率可在9.6kB/S-12MB/S9.6kB/S-12MB/S间选择。间选择。4 4传输介质可以用金属双绞线或光纤。传输介质可

5、以用金属双绞线或光纤。5 5提供通用的功能模块管理规范。提供通用的功能模块管理规范。6 6在一定范围内可实现相互操作。在一定范围内可实现相互操作。7 7提供系统通信管理软件提供系统通信管理软件( (包括波形识别、包括波形识别、速率识别和协议识别等功能速率识别和协议识别等功能) )。8 8提供提供244244字节报文格式，提供通信接口字节报文格式，提供通信接口的故障安全模式的故障安全模式( (当当IOIO故障时输出全为零故障时输出全为零) )。7 7PROFIBUS簇簇8 8PROFIBUS 应用领域应用领域qPROFIBUS DP： qPROFIBUS PA： qPROFIBUS FMS： 主

6、要应用于制造业自动化系统中单元级和现场级设备高速通信。 主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。9 9PROFIBBUS PA1010RPOFIBUS给客户的好处给客户的好处一、节省硬件和安装费用一、节省硬件和安装费用l 减少硬件成份（减少硬件成份（I/OI/O、终端块、隔离栅）、终端块、隔离栅）l 更容易、更快捷和低成本的安装更容易、更快捷和低成本的安装二、节省工程费用二、节省工程费用l 更容易组态（对所有设备只需一套工具）更容易组态（对所有设备只需一套工具）l 更容易保养和维修更容易保养和维修l 更容

7、易和更快捷的系统起动更容易和更快捷的系统起动三、更大的制造灵活性三、更大的制造灵活性l 改进功能改进功能l 减少故障时间减少故障时间l 准确、可靠的诊断数据准确、可靠的诊断数据l 可靠的数字传输技术可靠的数字传输技术1111PROFIBUS 网络的构成网络的构成经由通讯处理器连接到网络的计算机及编程设备经由通讯处理器连接到网络的计算机及编程设备 工程及诊断工具工程及诊断工具 、网络配置、诊断工具、网络配置、诊断工具 PROFIBUS PROFIBUS 主站主站( (一类主站，必需一类主站，必需) ) PROFIBUS PROFIBUS 从站从站PROFIBUS PROFIBUS 网络部件网络部

8、件 人机界面设备人机界面设备( (二类主站，可选二类主站，可选) ) 中央可编程控制器，如中央可编程控制器，如PLCPLC、PC ,PC ,支持主站功能的通讯处支持主站功能的通讯处理器理器分布式分布式I/OI/O、支持、支持DP DP 接口的传动装置接口的传动装置 支持从站功能的通讯处理器支持从站功能的通讯处理器 其它支持其它支持 DP DP 接口的输入、输出或智能设备接口的输入、输出或智能设备 通信介质通信介质电缆电缆 总线部件总线部件总线连接器、中继器、耦合器、链路等总线连接器、中继器、耦合器、链路等1212PROFIBUS 协议结构协议结构 1313PROFIBUS-FMS协议结构协议结

9、构lPROFIBUS-FMS使用了第使用了第1层、第层、第2层和第层和第七层。应用层包括现场总线报文规范七层。应用层包括现场总线报文规范（FMS）和底层接口（）和底层接口（LLI）。）。lFMS包含应用协议和提供的通信服务。包含应用协议和提供的通信服务。lLLI建立各种类型的通信关系。并为建立各种类型的通信关系。并为FMS提提供不依赖于设备的对数据链路层的访问。供不依赖于设备的对数据链路层的访问。l适合单元级（适合单元级（PLC和和PC）的数据通信，可）的数据通信，可解决复杂的通信任务。解决复杂的通信任务。1414PROFIBUS-DP协议结构协议结构lPROFIBUS-DP使用了第使用了第1

10、层、第层、第2层和用户层和用户接口层。接口层。37层未使用，这种精简的结构层未使用，这种精简的结构确保确保高速数据传输高速数据传输。直接数据链路映象程。直接数据链路映象程序（序（DDLM）提供对第）提供对第2层的访问。在用户层的访问。在用户接口中规定了接口中规定了PROFIBUS-DP设备的应用功设备的应用功能，以及各种类型的系统和设备的行为特能，以及各种类型的系统和设备的行为特性。性。l适合适合PLC与现场级分散与现场级分散I/O设备之间的通信。设备之间的通信。l与与PROFIBUS-FMS使用相同传输技术和总使用相同传输技术和总线存取协议。因此他们可在同一电缆上同线存取协议。因此他们可在同

11、一电缆上同时运行。时运行。1515PROFIBUS-PA协议结构协议结构lPROFIBUS-PA使用扩展的使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输。协议进行数据传输。l执行规定现场设备特性的执行规定现场设备特性的PA设备规范。设备规范。l传输技术依据传输技术依据IEC 1158-2标准，确保了本质标准，确保了本质安全和总线供电。安全和总线供电。l为过程自动化工程中的高速、可靠的通信为过程自动化工程中的高速、可靠的通信要求而设计，可把传感器和执行器连接到要求而设计，可把传感器和执行器连接到通常的现场总线上。通常的现场总线上。l与与PROFIBUS-DP网络集成需使用段耦合器。网络集成需使

12、用段耦合器。1616PROFIBUS 传输技术传输技术 PROFIBUSPROFIBUS使用两端有终端的总线拓朴在运行使用两端有终端的总线拓朴在运行期间，接入和断开一个或几个站不会影响其它期间，接入和断开一个或几个站不会影响其它站的工作，即使在本质安全区也如此。站的工作，即使在本质安全区也如此。提供三种不同的物理层选择：提供三种不同的物理层选择：RSRS485485： 用于用于DPDP和和FMSFMSIEC 1158-2IEC 1158-2： 用于用于PAPA光纤：光纤： 用于用于DPDP和和FMSFMS1717传输特点（传输特点（1 1）高速（高速（H2H2），），RSRS485485；依据

13、依据RSRS485485，半双工、异步，半双工、异步NRZNRZ传输；传输；波特率从波特率从9.6kBit/s9.6kBit/s到到12MBit/s,12MBit/s,可选双绞屏蔽电缆；可选双绞屏蔽电缆；每段每段3232个站，最多允许个站，最多允许127127个站；个站；距离：距离：12MBit/s=100m; 1.5MBit/s=400;12MBit/s=100m; 1.5MBit/s=400;小于等于小于等于187.5KBit/s=1000m;187.5KBit/s=1000m;有中继器距离可延长到有中继器距离可延长到1010公里公里9 9针，针，D D型插头型插头数据传输数据传输1818

14、 RSRS485485传输数据位顺序传输数据位顺序每个八位二进数（每个八位二进数（1 1字节）按字节）按1111位的顺序被传输位的顺序被传输最小的有效位（最小的有效位（LSBLSB）被第一个发送）被第一个发送最大的有效位（最大的有效位（MSBMSB）被最后发送）被最后发送每个八位二进数都补充三位，即开始、终止和奇偶校验位每个八位二进数都补充三位，即开始、终止和奇偶校验位此编码原理称此编码原理称NRZNRZ（即（即 Non Return to Zero)Non Return to Zero)1919传输特点（传输特点（2 2）低速（低速（H1H1） IEC 1158-2IEC 1158-2同步同

15、步ManchesterManchester编码编码,31.25kBit/s,31.25kBit/s本质安全（可选）和通过总线对站供电（可选）本质安全（可选）和通过总线对站供电（可选）屏蔽或非屏蔽的双绞电缆屏蔽或非屏蔽的双绞电缆段距离达段距离达19001900米，用中继器可延长到米，用中继器可延长到1010公里公里最多最多127127个站，每段个站，每段10=3210=32个设备个设备（依赖于供电装置、导线类型和供电消耗）（依赖于供电装置、导线类型和供电消耗）2020PROFIBUSPROFIBUS电缆要求电缆要求-RS-RS485485参数参数 电缆类型电缆类型A电缆设计电缆设计 屏蔽双绞线电

16、缆屏蔽双绞线电缆浪涌阻抗浪涌阻抗 135165回路电阻回路电阻 110 /km线径线径 0.64mm线截面积线截面积 0.34mm2每单位长度的电容每单位长度的电容 30pF/m2121PROFIBUS电缆要求电缆要求-IEC 11582-2电缆设计：电缆设计： 屏蔽双绞电缆屏蔽双绞电缆导线面积：导线面积： 0.8毫米毫米2(AWG18)回路电阻：回路电阻： 44 /km阻抗（在阻抗（在31.25KHz时）：时）： 100 +/-20%衰减（在衰减（在39KHz时）：时）： 3dB/km每单位长度的电容：每单位长度的电容： 2nF/km222223239 9针针D D型连接器的针脚分配（为型连

17、接器的针脚分配（为RS 485RS 485用）用）对对PROFIBUS-DP/FMSPROFIBUS-DP/FMS提供的连接器类型是提供的连接器类型是9 9针针D D型连接型连接器插座部分被安装在设备上如果其它连接器能提供器插座部分被安装在设备上如果其它连接器能提供必要的命令信号的话，也允许使用必要的命令信号的话，也允许使用2424拓拓 朴朴PUOFIBUS PUOFIBUS 支持总线型，树型和星型拓朴支持总线型，树型和星型拓朴这里提供的拓朴是总线型拓朴这里提供的拓朴是总线型拓朴在总线型的开头和结尾必须有终端在总线型的开头和结尾必须有终端一段可以由最多一段可以由最多3232个站组成个站组成25

18、252626过程自动化典型结构过程自动化典型结构2727PROFIBUS总线存取协议总线存取协议PROFIBUSPROFIBUS介质存取控制介质存取控制MACMAC的基本要求：的基本要求： 在主站间通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，在主站间通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务；任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务； 在主站和从站间通信，应尽可能快速又简单地完成数在主站和从站间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。据的实时传输。1.PROFIBUS 1.PROFIBUS 总线访问协议（第二层）对三种总线访问协议（第二层）对三种PROFIB

19、US PROFIBUS 版本（版本（FMS/DP/PAFMS/DP/PA）均相同）均相同2.2.这使通令透明和这使通令透明和FMS/DP/PAFMS/DP/PA网络区域容易组合网络区域容易组合3.3.因为因为FMS/DPFMS/DP使用相同的物理介质（使用相同的物理介质（RS-485/FORS-485/FO），因此），因此它们能组合在同一根电缆上。它们能组合在同一根电缆上。2828轮询轮询令牌方式令牌方式主从方式主从方式2929总线访问协议的特征总线访问协议的特征（1 1）混合总线访问协议混合总线访问协议: : 主站间的逻辑令牌环主站间的逻辑令牌环 主从站间的主从协议主从站间的主从协议 主站主

20、站: : 主动站在一个限定时间内（主动站在一个限定时间内（Token Hold Token Hold Time)Time)对总线有控制权对总线有控制权 从站从站: : 从站只是响应一个主站的请求，它们对总线从站只是响应一个主站的请求，它们对总线没有控制权没有控制权3030PROFIBUSPROFIBUS总线访问协议总线访问协议(FDL)(FDL)的特征的特征(2)(2)两条长度相等的序列，对应位置字符不同的个数。两条长度相等的序列，对应位置字符不同的个数。海明码最小码距海明码最小码距dmin3时，可以检测出码组内出现时，可以检测出码组内出现的的2个以下的差错，或纠正码组内出现的个以下的差错，或

21、纠正码组内出现的1个差错。个差错。S=AATT=TAA, HD=2主站或从站可以在任何时间点接入或断开。主站或从站可以在任何时间点接入或断开。FDL FDL 将自动地重新组将自动地重新组织令牌环。织令牌环。令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通令任务。因此，令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通令任务。因此，用户必须计算全部目标令牌环时间（用户必须计算全部目标令牌环时间（TTRTTR）。）。总线访问协议有能力发现有故障的站、失效的令牌、重复的令牌、总线访问协议有能力发现有故障的站、失效的令牌、重复的令牌、传输错误和其它所有可能的网络失败。传输错误和其它所有可能的网络失败。所有信息（

22、包括令牌信息）在传输过程中确保高度安全，以免传所有信息（包括令牌信息）在传输过程中确保高度安全，以免传输错误。海明距离输错误。海明距离HD=4HD=4。3131主主 要要 内内 容容7.1 PROFIBUS 现场总线概述现场总线概述7.2 PROFIBUS DP7.3 PROFIBUS PA7.4 PROFIBUS FMS32327.2 PROFIBUS DP PROFIBUSDP 用于用于设备级设备级的高速数据传送，的高速数据传送，中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备进中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备进行通信。行通信。多数数据交换是多数数据交换是周期性周期性的，智能化现场设备还需

23、的，智能化现场设备还需要要非周期性非周期性通信进行配置、诊断和报警处理。通信进行配置、诊断和报警处理。3333代替代替PLC/PCPLC/PC与与I/OI/O之间昂贵的电线之间昂贵的电线; ;快速快速，传输，传输1 1千字节的输入数据和千字节的输入数据和1 1千字节的输出千字节的输出数据所需时间数据所需时间ms;ms;强有力的工具，减少组态和维护费用强有力的工具，减少组态和维护费用; ;被所有主要的被所有主要的PLCPLC制造商支持制造商支持; ;有广泛的产品：有广泛的产品：PLCPLC，PCPC，I/OI/O，运动器，阀，编，运动器，阀，编码器等码器等; ;允许周期性和非周期性的数据传输允许

24、周期性和非周期性的数据传输; ;单主和多主网络单主和多主网络; ;每个站的输入和输出数据最多可达每个站的输入和输出数据最多可达244244字节字节; ;PROFIBUS_DP的特点的特点3434PROFIBUS_DPPROFIBUS_DP定义的三种设备类型定义的三种设备类型DP-1DP-1类主设备（类主设备（DPM1DPM1）l中央控制器，它与分散的中央控制器，它与分散的I/OI/O设备（设备（DP-DP-从）交换数据；从）交换数据；l允许若干个允许若干个DPM1DPM1，典型的设备是，典型的设备是PLCPLC，PCPC，VMEVME。DP-2DP-2类主设备（类主设备（DPM2DPM2）l组

25、态、监视或工程工具，它被用来设定网络或参数组态、监视或工程工具，它被用来设定网络或参数/ /监视监视DP-DP-从设备。从设备。DP- DP- 从设备从设备l直接连接直接连接I/OI/O信号的外围设备；信号的外围设备；l典型的设备是输入、输出、驱动器、阀、操作面板等等。典型的设备是输入、输出、驱动器、阀、操作面板等等。总线控制器板，嵌入式总线控制器板，嵌入式计算机常用总线。计算机常用总线。353536363737PROFIBUS-DP提供广泛的诊断可能性提供广泛的诊断可能性诊断信息能快速确定故障的位置。诊断信息能快速确定故障的位置。诊断信息分为三级：诊断信息分为三级：1 1、与站有关的诊断：、

26、与站有关的诊断： 站一般运行状态的信息，如温度过高，电压过低站一般运行状态的信息，如温度过高，电压过低2 2、与模块有关的诊断：、与模块有关的诊断： 设备中相关模块的信息，如输出模块设备中相关模块的信息，如输出模块 8A8A有故障有故障3 3、与通道有关的诊断：、与通道有关的诊断： 输入或输出某一信号位的信息，如输出线输入或输出某一信号位的信息，如输出线3 3断了断了3838系系 统统 配配 置置3939404041414242运行模式运行模式在在EN50170 Vol.2EN50170 Vol.2中定义了中定义了DP-DP-主和主和DP-DP-从的系统行为。从的系统行为。系统行为主要由系统行

27、为主要由DP-DP-主站（主站（1 1类）的系统行为来确定。类）的系统行为来确定。DP-DP-主站（主站（1 1类）区别下列状态：类）区别下列状态：停止（停止（STOPSTOP） 在在DP-DP-主和主和DP-DP-从之间无数据传输。从之间无数据传输。清除（清除（CLEARCLEAR） DP-DP-主读主读DP-DP-从的输入数据并保持输出在从的输入数据并保持输出在 失效安全状态。失效安全状态。运行（运行（OPEARTEOPEARTE）DP-DP-主处在数据传输段。主处在数据传输段。 在后继的周期中，在后继的周期中，DP-DP-从的输入被读，且输从的输入被读，且输 出数据被写给出数据被写给DP

28、-DP-从。从。4343通通 信信 模模 式式l点对点点对点( (用户数据传送用户数据传送) )或广播或广播( (控制指令控制指令) )l循环主循环主从用户数据传送从用户数据传送l非循环主非循环主主数据传送主数据传送4444DP-DP-主站和主站和DP-DP-从站间的数据传输从站间的数据传输参数化阶段：参数化阶段： 从站由从站由DP-DP-主站用现行总线参数、监控时间和从站主站用现行总线参数、监控时间和从站 的特定参数进行参数化。的特定参数进行参数化。 组态阶段：组态阶段：DP-DP-主站对主站对DP-DP-从站所需要的配置和现行的配置进行比较。从站所需要的配置和现行的配置进行比较。用户数据传

29、输阶段：用户数据传输阶段：在参数化和组态成功后，在参数化和组态成功后，DP-DP-从站改变其状态进入用户数据从站改变其状态进入用户数据交换阶段。在此阶段，从站的参数化能被更改，而不必中断交换阶段。在此阶段，从站的参数化能被更改，而不必中断数据传输。数据传输。在这三个阶段中，都可以附加诊断数据和控制命令的传输。在这三个阶段中，都可以附加诊断数据和控制命令的传输。4545主主主数据传送主数据传送功能功能含义含义DPM1DPM2取得主站诊断数据取得主站诊断数据读取读取DPM1的诊断数据或从站的所有诊断数的诊断数据或从站的所有诊断数据据MO加载加载-卸载组合（开始，卸载组合（开始，加载加载/卸载，结束

30、）卸载，结束）加载或卸载加载或卸载DPM1及有关及有关DP从站的全部配置从站的全部配置参数参数OO激活参数（广播）激活参数（广播）同时激活所有已编址的同时激活所有已编址的DPM1的总线参数的总线参数OO激活参数激活参数激活已编址的激活已编址的DPM1的参数或改变其操作状的参数或改变其操作状态态OOPROFIBUS-DP主主- -主功能主功能4646控制命令控制命令l除与用户数据传输有关的站以外，除与用户数据传输有关的站以外，DP-DP-主站可以发主站可以发送控制命令给一个、一组或全部送控制命令给一个、一组或全部DP-DP-从站。这些控从站。这些控制命令设计为全局控制（制命令设计为全局控制（Gl

31、obal-Controls)Global-Controls)。它。它们是：们是：l输入同步（锁定模式）输入同步（锁定模式）l输出同步（同步模式）输出同步（同步模式）l输出清除进入失效安全状态（清除模式）输出清除进入失效安全状态（清除模式）4747DP扩展功能扩展功能lDP扩展功能允许扩展功能允许非循环的读写功能非循环的读写功能4848设备数据库文件设备数据库文件GSDFPOFIBUS-DP FPOFIBUS-DP 设备的设备的GSDGSD文件（文件（1 1）l在在GSDGSD文件中，描述每一个文件中，描述每一个FPOFIBUS-DP FPOFIBUS-DP 设备的特性。设备的特性。l每个设备的

32、每个设备的GSDGSD文件用设备的电子数据单来表示。文件用设备的电子数据单来表示。lGSDGSD文件包含所有设备的特定参数，如：文件包含所有设备的特定参数，如： 支持的波特率支持的波特率 支持的信息长度支持的信息长度 输入输入/ /输出的数据量输出的数据量 诊断信息的含义诊断信息的含义 对模拟设备有效的选择对模拟设备有效的选择4949FPOFIBUS-DP FPOFIBUS-DP 设备的设备的GSDGSD文件（文件（2 2）lGSDGSD文件由设备制造商建立。文件由设备制造商建立。l每一个设备类型分别需要一个每一个设备类型分别需要一个GSDGSD文件。文件。lPROFIBUSPROFIBUS用

33、户组织提供用户组织提供GSDGSD编辑程序，它使得建立编辑程序，它使得建立GSDGSD文件非常容易。文件非常容易。lGSDGSD编辑程序包括编辑程序包括GSDGSD检查程序，它确保检查程序，它确保GSDGSD文件符文件符合合PROFIBUSPROFIBUS标准。标准。lDPROFIBUSDPROFIBUS网页（网页（http:/)http:/)中构中构成了一个成了一个GSDGSD文件库。文件库。5050允许开放配置允许开放配置51515252RPOFIBUS-DPRPOFIBUS-DP行规概述（行规概述（1 1）对对NC/RCNC/RC的行规（订单号：的行规（订单号：3.052)3.052)l

34、 此行规描述许多操作机器和许多装配机器人怎此行规描述许多操作机器和许多装配机器人怎么通过么通过DPDP来实现控制。来实现控制。l 根据详细的流程图，从高水平自动化的观点，根据详细的流程图，从高水平自动化的观点，很容易描述这些机器人的运动和程序控制。很容易描述这些机器人的运动和程序控制。 对编码器的行规（订单号：对编码器的行规（订单号：3.0623.062） l 此行规描述此行规描述PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP到编码器的联接，如旋到编码器的联接，如旋转编码器，角度编码器和线性编码器，两类设备转编码器，角度编码器和线性编码器，两类设备定义基本功能和补充功能。定义基本功能和补充功能。

35、 （如比例尺，中断处理和扩展的诊断）。（如比例尺，中断处理和扩展的诊断）。5353RPOFIBUS-DPRPOFIBUS-DP行规概述（行规概述（2 2）各种速度驱动器的行规（订单号：各种速度驱动器的行规（订单号：3.0723.072）l知名的驱动技术的制造商都参加了知名的驱动技术的制造商都参加了PROFIDRIVEPROFIDRIVE的制订。此的制订。此行规指出驱动器如何参数化以及设定点和实际值如何被传行规指出驱动器如何参数化以及设定点和实际值如何被传输，这就使不同制造商的驱动器能相互换。此行规包括必输，这就使不同制造商的驱动器能相互换。此行规包括必要的速度和位置控制的规范，还说明了对要的速

36、度和位置控制的规范，还说明了对DPDP或或FMSFMS的应用的应用功能联系。功能联系。操作员控制和过程监视（操作员控制和过程监视（HMIHMI）行规（订单号：）行规（订单号：3.082)3.082)l简单操作员控制和过程监视设备（简单操作员控制和过程监视设备（HMIHMI）的行规指出这此）的行规指出这此设备通过设备通过PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP怎样与高层自动化部件连接。此行怎样与高层自动化部件连接。此行规使用扩展的规使用扩展的PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP通信功能。通信功能。5454主主 要要 内内 容容7.1 PROFIBUS 现场总线概述现场总线概述7.2

37、PROFIBUS DP7.3 PROFIBUS PA7.4 PROFIBUS FMS55557.3 PROFIBUS-PA5656应用范围应用范围PROFIBUS-PA=PROFIBUS-PA=用于过程自动化的用于过程自动化的PROFIBUSPROFIBUSl变送器、阀、执行器等等变送器、阀、执行器等等l通过串行总线系统连接通过串行总线系统连接l在化学工业和过程控制中使用在化学工业和过程控制中使用l通过数据线对现场设备供电通过数据线对现场设备供电l在危险区域（在危险区域（EExiEExi型保护区域）应用型保护区域）应用5757PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA适应所有过程自动化领域适

38、应所有过程自动化领域l对防爆和非防爆区域过程自动化的低端应用，对防爆和非防爆区域过程自动化的低端应用，PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA是优选。是优选。lPROFIBUS-PAPROFIBUS-PA完全满足化学工业用户组织（如完全满足化学工业用户组织（如NAMURNAMUR）对数字）对数字现场总线的要求。现场总线的要求。5858采用采用PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA技术，技术，PAPA设备运行在下列防爆区域设备运行在下列防爆区域lZone 0: Zone 0: 危险的爆炸瓦斯气体经常或长期存在的区域危险的爆炸瓦斯气体经常或长期存在的区域lZone 1: Zone 1:

39、在正常运行期间危险的爆炸瓦斯气体有可能存在的在正常运行期间危险的爆炸瓦斯气体有可能存在的区域区域lZone 2: Zone 2: 不希望在正常运行期间存在危险的爆炸瓦斯气体的不希望在正常运行期间存在危险的爆炸瓦斯气体的区域区域5959PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA与与420mA420mA系统的比较系统的比较6060节省成本的潜力节省成本的潜力安装安装节省节省l电线电线lPLC I/OPLC I/O板板l安装元件（安装元件（Ex-/Ex-/电流隔离器等）电流隔离器等）l排列机架排列机架l空间空间l减少错误减少错误l减少安装时间减少安装时间6161PROFIBUS-PAPROFIBU

40、S-PA的基本成份的基本成份PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP现场总线系统现场总线系统 主站（主站（1类）类） 主站（主站（2类）类）6262PROFIB-PAPROFIB-PA的组态的组态拓朴拓朴6363PROFIB-PAPROFIB-PA的组态的组态现场设备的供电现场设备的供电设备数设备数6464PROFIB-PAPROFIB-PA的成份的成份网络元件耦合器和链接器6565耦合器的功能耦合器的功能段耦合器在不同的传输技术之间提供一个网关段耦合器在不同的传输技术之间提供一个网关（gatewaygateway）l异步异步NRZ编码编码 DP/PA耦合器耦合器 同步同步Manchest

41、er编编码码l1Byte=11Bit 1Byte=8Bit(8个用户位个用户位+1开始位开始位+1停止位停止位+1奇偶检验位）奇偶检验位）l可变的波特率可变的波特率 固定波特率固定波特率=31.25kBit/s6666从现今的从现今的4-20mA4-20mA很容易转移到很容易转移到PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA6767PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA 协议功能协议功能lPROFIBUS-PAPROFIBUS-PA以以PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP为基础。为基础。l通过标准的通过标准的DPDP周期性数据交换功能传输周期性数据交换功能传输量值和状态。量值和

42、状态。l对于设备参数的传输和用工程工具的设对于设备参数的传输和用工程工具的设备运行，使用扩展备运行，使用扩展PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP的非周期的非周期性读性读/ /写功能。写功能。lPROFIBUS-PAPROFIBUS-PA行规定义有送行规定义有送PAPA功能映象。功能映象。6868PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA的基本成份的基本成份DPDP协议，周期和非周期的协议，周期和非周期的6969PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA行规概述行规概述对过程自动化的行规（订单号：对过程自动化的行规（订单号：3.042)3.042)l这是专为过程自动化制定的行规。依据

43、这是专为过程自动化制定的行规。依据功能块技术，功能块技术， 它包括对所有类型现场它包括对所有类型现场设备都有效的一般定义和设备数据单设备都有效的一般定义和设备数据单（如温度、压力、液位、流量变送器和（如温度、压力、液位、流量变送器和定位器等）。定位器等）。7070PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA行规确保互操作性行规确保互操作性l定义运行、识别、维护、诊断等参数定义运行、识别、维护、诊断等参数l定义数据（如温度、压力、流量等）的含义定义数据（如温度、压力、流量等）的含义l定义一个模拟量，含范围、工程单位和状态定义一个模拟量，含范围、工程单位和状态l依据国际承认的功能块技术依据国际承认

44、的功能块技术l定义通信子集和设备行为定义通信子集和设备行为l支持简单的（单变量）和复杂的（多变量）设备支持简单的（单变量）和复杂的（多变量）设备l结合化学工业的应用开发的结合化学工业的应用开发的7171The PROFIBUS-PAThe PROFIBUS-PA行规行规行规包括两部分行规包括两部分: :一般定义一般定义l对所有类型的设备都有效对所有类型的设备都有效l定义此设备与定义此设备与PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA间的关系间的关系l定义操作、起动和再起动定义操作、起动和再起动设备数据单设备数据单l每个设备类型（如变送器、阀）有各自的设备数每个设备类型（如变送器、阀）有各自的设

45、备数据单据单l定义此设备的特定参数和操作定义此设备的特定参数和操作7272今天可提供的今天可提供的PAPA行规的设备数据单行规的设备数据单变送器 +温度 +压力 +液位 +流量 执行器 +阀 +数字I/O PID-循环控制器7373PAPA行规标准化的设备参数行规标准化的设备参数l例：功能块模拟输入，压力变送器例：功能块模拟输入，压力变送器74747575PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA的组态的组态设备行规（简单现场设备）设备行规（简单现场设备）7676PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA的组态的组态互操作性互操作性7777主主 要要 内内 容容7.1 PROFIBUS 现

46、场总线概述现场总线概述7.2 PROFIBUS DP7.3 PROFIBUS PA7.4 PROFIBUS FMS78787.4 PROFIBUSFMSFMSFMS的设计旨在解决的设计旨在解决车间级车间级的通信，在这一级可编程的通信，在这一级可编程控制器主要是控制器主要是互相通信互相通信。在此应用领域内，高级功能比。在此应用领域内，高级功能比快速系统反应时间更重要。快速系统反应时间更重要。PROFIBUSFMSPROFIBUSFMS应用层包括以下两个部分应用层包括以下两个部分：1 1、 FMS: FMS: 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

47、务；2 2、 LLI: LLI: 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。7979PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS协议结构协议结构8080PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS的特点的特点l为连接智能现场设备设计，如为连接智能现场设备设计，如PLCPLC，PCPC，MMIMMIl强有力的应用服务提供广泛的功能强有力的应用服务提供广泛的功能l面向对象的协议面向对象的协议l多主和主多主和主- -从通信从通信l点对点、广播和局部广播通信点对点、广播和局部广播通信l周期性和非周期性的数据传输周期性和非周期性的数据传输l每个

48、设备的用户数据多达每个设备的用户数据多达240240个字节个字节l得到所有主要得到所有主要PLCPLC制造商的支持制造商的支持8181PROFIBUSFMSPROFIBUSFMS面向对象面向对象l变量、参数、程序均设计为对象变量、参数、程序均设计为对象l每个对象都有确定的特性（读，写每个对象都有确定的特性（读，写）l所有对象被列在对象字典（所有对象被列在对象字典（ODOD）中）中l对象字典根据每个设备单独构成对象字典根据每个设备单独构成8282通信对象类型通信对象类型 对象对象不明确的明确的由PROFIBUS标准定义VFD：虚拟现场设备OD：对象字典Data Types:标准数据类型由用户定义

49、静态：静态：由行规予定义或在组态期间定义如变量、数组、记录、区域动态：动态：在运行时定义如程序、变量表8383对象字典（对象字典（ODOD）对象字典包括如下部分：对象字典包括如下部分：l头部头部 包含此包含此ODOD的结构信息的结构信息l数据类型字典数据类型字典 包括静态通信对象表（如停机时间、故障率包括静态通信对象表（如停机时间、故障率）l动态变量表的表动态变量表的表* * 包括所有现今已知变量表的表包括所有现今已知变量表的表l动态程序表动态程序表* * 包括所有现今已知程序的表包括所有现今已知程序的表 注：注：* *部分是可选的，仅对某些设备存在。部分是可选的，仅对某些设备存在。8484例

50、：一个简单设备的例：一个简单设备的ODOD头部：头部：ROM/RAM标志名字长度，访问保护，OD版本静态OD的第一个指针和长度数据类型OD的第一个指针和长度动态OD部分的第一个指针和长度数据类型字典：数据类型字典：索引 对象代码 含义1 数据类型 整数8 数据类型 整数166 数据类型 浮点静态对象字典：静态对象字典：指针 对象代码 数据类型 内部地址 符号 20 VAR 1 4711H 件数 21 VAR 2 5000H 停机时间 22 VRA 6 100H 故障率8585PROFIBUSFMSPROFIBUSFMS支持如下类型的对象支持如下类型的对象静态通信对象静态通信对象（这些对象登入静

51、态对象字典）（这些对象登入静态对象字典）l简单变量：变量类型如整数、布尔数简单变量：变量类型如整数、布尔数l数组：同类型的简单变量的数组数组：同类型的简单变量的数组l记录：各种类型的简单变量的数组记录：各种类型的简单变量的数组l区域：大数量的数据区域：大数量的数据l事件：事件信息事件：事件信息动态通信对象动态通信对象（这些对象登入动态对象字典）（这些对象登入动态对象字典）l程序调用：程序的描述程序调用：程序的描述l变量表：简单变量、数组或记录的记录变量表：简单变量、数组或记录的记录8686PROFIBUSFMSPROFIBUSFMS的通信关系的通信关系站之间的数据传输通过通信关系来执行站之间的

52、数据传输通过通信关系来执行通信关系允许存取保护和自动的联接监视通信关系允许存取保护和自动的联接监视87878888PROFIBUSFMSPROFIBUSFMS设备的电子数据单设备的电子数据单l对每一个对每一个FMSFMS设备有一张由制造商定义的设备有一张由制造商定义的电子数据单（电子数据单（GSDGSD文件）文件）lFMS GSDFMS GSD文件包括所有相关设备的通信能文件包括所有相关设备的通信能力。力。l在组态期间，在组态期间，FMSFMS组态工具读组态工具读GSDGSD文件并将文件并将所有信息放入账号。所有信息放入账号。l在在PROFIBUSPROFIBUS导则导则No.2.101No.

53、2.101中，描述了中，描述了FMS FMS GSD GSD 文件的格式。文件的格式。8989ROFIBUSFMSROFIBUSFMS行规的概述行规的概述l控制器间通信的行规（订单号：控制器间通信的行规（订单号：3.0023.002） 这是一个通信行规，对标准的控制器类型描述了必要这是一个通信行规，对标准的控制器类型描述了必要的服务、参数和数据类型。的服务、参数和数据类型。l楼宇自动化的行规（订单号：楼宇自动化的行规（订单号：3.0113.011） 这是专为楼宇自动化制定的分支行规，它包括一般定这是专为楼宇自动化制定的分支行规，它包括一般定义，如楼宇自动化设备如何使用义，如楼宇自动化设备如何使用ROFIBUSFMSROFIBUSFMS协议进行协议进行通信。通信。l低夺开关装置的行规（订单号：低夺开关装置的行规（订单号：3.0323.032） 这是一个分支行规。它定义低夺开关装置如何作用这是一个分支行规。它定义低夺开关装置如何作用ROFIBUSFMSROFIBUSFMS协议进行通信。协议进行通信。