PROFIBUS基本知识
PROFIBUS 总线详解
PROFIBUS 总线简介及应用PROFIBUS 是一个用在自动化技术的现场总线标准，常用于PLC 与现场设备的数据通信和控制。
目前的PROFIBUS 可分为二种，分别是大多数人使用的PROFIBUS DP 和用在过程控制的PROFIBUS PA。
通信速率在9.6kb/s~12Mb/s。
PROFIBUS PA（过程自动化，Process Automation）应用在过程自动化系统中，由过程控制系统监控量测设备控制，是本质安全的通信协议，可适用于防爆区域（工业防爆危险区分类中的Ex-zone 0 及Ex-zone 1）。
PROFIBUS DP（分布式周边，Decentralized Peripherals）用在工厂自动化的应用中，可以由中央控制器控制许多的传感器及执行器，也可以利用标准或选用的诊断机能得知各模块的状态。
Profibus DP 是工业现场比较常用的总线形式。
Profibus DP 物理接口一般采用RS485形式，通信线缆包括RS485 的A 和B 两根数据线和一个屏蔽线。
因为Profibus DP 的通信速率较高(最高达12Mb/s),所以现场安装中一定要注意加入阻抗匹配，线缆尽量使用带有屏蔽的线缆。
DP 接头如下，红色的拨片就是匹配阻抗的开关，打到ON 及加入匹配电阻。
需要注意的是同一条Profibus 总线上，只能有两个DP 头打开阻抗匹配。
Profibus 由于其较快的通信速度和较强的故障诊断能力，在工业现场中的到非常广泛的应用。
然而在实际应用过程中，Profibus 总线总会出现一些不理想的情况。
如：1）PLC 控制器和其他需要通信的设备相距比较远，profibus 布线会比较长。
较长的电缆布线会使Profibus 信号不稳定，经常出现数据错误，丢包，设备掉线等情况，使整个系统运行很不稳定。
2）一些电磁干扰特别强的现场，采用电缆布线后也会出现Profibus 通信不稳定的情况。
PROFIBUS概述与应用
PROFIBUS概述与应用一、PROFIBUS的概述1 PROFIBUS现场总线技术的产生早在 20 世纪80年代中期，国外就提出了现场总线，但研究工作进展缓慢，且没有国际标准可以遵循。
直到1984 年，美国仪表协会（ISA ）下属的标准与实施组工作中的 ISA/SP50开始制订现场总线的标准。
1985 年国际电工委员会决定由 Proway Working Group负责现场总线体系结构与标准的研究工作。
1986 年德国开始制订过程现场总线（Process Fieldbus ）标准，简称为 PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制订和产品开发的序幕。
PROFIBUS 现场总线技术是德国国家科学技术部审视了数字技术发展的必然趋势以及德国工业经济对自控技术的需要，特别在规范化和开放性方面的要求，把它列为德国的国家科技研究项目，从1987 年开始集中了SIEMENS 等13 家公司和5家研究所的力量，按照ISO （国际标准化组织）OSI （开放系统互连参考模型）参考模型开始研究制订现场总线的德国国家标准。
经过两年多的努力，终于完成了制订工作，并于1989年4 月在DIN19245 中发表，成为德国国家现场总线标准。
同年12月一些自愿地在其产品中采用PROFIBUS标准的企业组成用户组织（PNO ），从而使这项标准得到进一步完善，相应的产品也不断地被开发、推广和应用。
1995 年PROFIBUS国际组织（PI）成立，1996年6月PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP 被批准为欧洲现场总线标准 EN50170 V.2,1998年PROFIBUS-PA被批准纳入EN50170 V.2,1999年成为国际标准IEC61158的组成部分。
PROFIBUS 现场总线技术是德国国家科学技术部审视了数字技术发展的必然趋势以及德国工业经济对自控技术的需要，特别在规范化和开放性方面的要求，把它列为德国的国家科技研究项目，从 1987 年开始集中了SIEMENS 等13 家公司和5家研究所的力量，按照 ISO （国际标准化组织）OSI （开放系统互连参考模型）参考模型开始研究制订现场总线的德国国家标准。
PROFIBUS-DP知识
什么是PROFIBUS-DP在有的电厂或化工厂中应用的控制系统是和利时的，和利时控制系统的控制网采用Profibus-DP，Profibus-DP工业现场总线与自动化系统各个I/O 模块及智能设备连接通讯，实时、快速、高效的完成过程或现场通讯任务。
而且我们都在使用，所以有必要了解一下什么是PROFIBUS-DP。
1．PROFIBUS-DP 是目前欧洲乃至全球应用最广泛的总线系统，安装简单、拓扑结构多样、易于实现冗余、通信实时可靠、功能比较完善，卓越的性能使得它适用于各种工业自动化领域。
随着PROFIBUS-DP 控制系统在我国越来越广泛的应用，将原有的不符合DP 标准的设备连接到PROFIBUS-DP 现场总线网络中，就需要开发DP 通讯转换接口。
因此，进行DP 通讯转换接口的开发是很有必要的。
本文主要讨论采用SPC3 通信协议芯片实现DP 通讯转换接口的硬件和软件。
2. PROFIBUS-DP 现场总线2.1 PROFIBUS-DP 基本特性PROFIBUS-DP 用于现场级的高速数据传输，中央控制器（如PLC/PC）通过串行连接与分散的现场设备（如I/O、驱动器和阀门及测量变送器）进行通信。
中央控制器（主站）期的读取从站的输入信息并周期的向从站发送输出信息，除周期性数据传输外，PROFIBUS-DP 还提供智能化设备所需的非周期通讯以进行组态、诊断和报警处理。
PROFIBUS-DP 具有快速、即插即用、高效低成本等优点。
2.2 PROFIBUS-DP 总线拓扑PROFIBUS-DP 系统有两种总线拓扑结构：一种是RS-485，采用屏蔽双绞线，拓扑结构为总线型，通信速率为9.6Kbps～12Mbps;另一种是采用光纤，用于电磁兼容性要求高和长距要求的场合。
2.3 PROFIBUS-DP 总线协议PROFIBUS-DP 协议根据ISO7498 国际标准以开放系统互联网络OSI 参考模型为基础，用了参考模型的第1 层物理层，第2 层数据链路层和用户自己定义的用户接口层，第3 层到第7 层未使用;这种精简的结构确保了快速、高效的数据传输。
ProfiBus通讯原理详解
7 P24
输出电压 ＋ 24V
8 RxD/TxD-N * 接收数据／传输数据阴极（-）
9 CNTR-N
中继器控制信号 （方向控制）
* 每个设备必须支持命令信号
9针D型插头外观
RS 485传输设备安装 要点(1)
站1
站2
VP (6)
RxD/TxD-P (3) DGND (5) VP (6)
RxD/TxD-N (8)
ProfiBus-FMS主要用于车间级监控网络，解决车间级 通用性通信任务，是一个令牌结构的实时多主网络
一般将DP和FMS混合使用
Profibus 的三个兼容产品，使得Profibus 既适合于自 动化系统与现场I/o单元的通讯，也可用于直接连接带接 口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表对现场 信号进行采集和监控。
电缆类型 A 屏蔽双绞电缆
135 ... 165
110 / km
0.64 mm > 0.34 mm
< 30 pF / m
PROFIBUS 电缆被列在 PROFIBUS 电子产品指南中。
A型屏蔽双绞电缆
9 针D 型连接器的针脚分配 （为RS 485用）
对 PROFIBUS-DP/FMS 提供的连接器类型是9 针 D 型连接器 插座部分被安装在设备上 如果其他连接器能提供必要的命令信号的话，也允许使用
RS 485 的屏蔽 / 接地
主
从
从
接地线
接地线
接地线
数据电缆
数据电缆
接地电缆
详细的安装指示在PROFIBUS-DP / FMS 的安装导则中说明，
订单号 2.112
RS-485 传输的数据位顺序
每个八位二进制数（１字节）按 11 位的顺序被传输 最小的有效位 (LSB) 被第一个发送 最大的有效位 (MSB) 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 此编码原理称非归零码NRZ （即 Non Return to Zero）
(完整)PROFIBUS网络的DP主站与DP从站
PROFIBUS网络的DP主站与DP从站PROFIBUS网络的硬件由主站、从站、网络部件和网络组态与诊断工具组成。
网络部件包括通信媒体（电缆)，总线连接器、中继器、耦合器；以及用于连接串行通信、以太网、AS-i、EIB等网络系统的网络转接器。
PROFIBUS — DP设备可以分为3种不同类型的站。
（1)1类DP主站1类DP主站（DPM1）是系统的中央控制器，DPM1在预定的周期内与DP从站循环地交换信息,并对总线通信进行控制和管理.DPM1可以发送参数给DP从站，读取从站的诊断信息，用全局控制命令将它的运行状态告知给各从站.此外，还可以将控制命令发送给个别从站或从站组，以实现输出数据和输入数据的同步。
下列设备可以作1类DP主站：1)集成了DP接口的plc，例如CPU 315 —2DP、CPU 313C -2DP 等。
2） CPU和支持DP主站功能的通信处理器(CP）.3）插有PROFIBUS网卡的PC，例如WinAC控制器.可以用软件功能选择PC作1类主站或是作编程监控的2类主站，可以使用CP 5511、CP 5611和CP 5613等网卡.4)连接工业以太网和PROFIBUS — DP的IE/PB链接器模块。
5) ET 200S/ET 200X的主站模块。
(2）2类DP主站2类DP主站（DPM2）是DP网络中的编程、诊断和管理设备。
PC 和操作员面板/触摸屏（ OP/TP)可以作2类主站。
DPM2除了具有1类主站的功能外,在与1类DP主站进行数据通信的同时，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.(3） DP从站DP从站是采集输入信息和发送输出信息的外围设备，只与它的DP 主站交换用户数据，向主站报告本地诊断中断和过程中断:支持DPV1的非智能DP从站称为“标准"从站，它没有CPU模块,通过接口模块（IM）与DP主站通信。
ET 200是用得最多的标准DP从站，它们按主站的指令驱动I/O，并将I/O输入及故障诊断等信息返回给主站。
PROFIBUS现场总线技术(技术讲解)
3.1 PROFIBUS的协议类型
• PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型 的第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。
• PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS的第1层和第 2层相同， PROFIBUS-FMS有第7层， PROFIBUS－DP无第7层。PROFIBUS－PA有第1 层和第2层，但与DP/FMS有区别，无第7层。
பைடு நூலகம்
PROFIBUS概述
• PROFIBUS (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、电力等其他自动化领域。
• 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，它以DIN19245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， DP传输速率可达：12 Mbit/s。
称H2) • 总线段的两端各有一个终端器 • 传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选
VP(6) 390Ω 220Ω 390Ω
DGND(5)
RS-485总线段的结构
RS485段
B RS485总线段的结构
A
VP(6) 390Ω 220Ω
....
最多32个站
390Ω DGND(5)
• （1）传输程序 • 半双工、异步、无间隙同步 • NRZ（不归零）编码 • “1”——RXD/TXD-P（Receive/Transmit-
PROFIBUS通信模型
3.2 PROFIBUS的通信模型
PROFIBUS接口简介
PROFIBUS接口概述Profibus是与一个自动化网络连接设备相关的串行通讯标准。
它是一个开放式协议，先为德国标准DIN19245，后又被纳为欧洲标准EN50170第2卷。
Profibus是由西门子公司推出的，在整个欧洲应用广泛。
它有三个不同的通讯协议DP、FMS和PA，该Profibus适用于许多自动化系统的要求。
Profibus DP 用于现场层的高速数据传送、Profibus FMS管理智能设备之间复杂通讯、Profibus PA管理过程自动化任务。
在这里将集中在Profibus DP（分布式外设），Profibus DP是一个标准解决方案，通过一根总线来管理设备，这些设备通常是：I/O模块、传感器/变送器/执行器等低层自动化系统。
PROFIBUS DP特性网络拓扑：它是一个公共的总线结构（总线两端封闭）能同时链接126个设备。
物理上支持是RS485接口，如果没有试用中继器，网络最多可接32个站。
物理层：除了RS485差分串行传输技术，也能使用光纤链接。
在任何情况下，DP和FMS设备能在一个网络中共同存在。
它们共享同一个物理通讯接口（它们在ISO/OSI堆栈中处于相同层1和层2）。
所建的标准要求非常高的通讯速度，从9.6波特率（最小）到12M波特率（最大）。
网络设备：可把设备分成三种等级：1级DP主站（DPM1）、2级DP主站（DPM2）、从站。
1级DP主站它包括能周期地与分布式外设（直接管理其它网络站点的输入/输出数据，主要指的是从站）交换数据的所有设备。
2级DP主站是组态设备、监视网络状态以及与它相连的设备。
从站是直接与外围进行输入和输出数据交换的设备。
典型的从站设备：数字I/O模块、编码器、驱动器、阀门、各种变送器等。
总线存储模式：一个总线上有单主或多主两种运行方式：一种是各主站间的‘令牌’传递，另一种是主站与从站间的主-从传送即‘轮讯’。
主要功能Profibus-DP有如下主要功能：在对从站初始化设定之后，每个主站为了达到每个从站最大244字节输入和244字节输出的数据交换而进行组态，有效的数据交换率取决于所选的波特率、网络中站点、指定的总线设置。
profibus总线概念
Profibus（Process Field Bus）是一种用于自动化和过程控制领域的现场总线协议，它是工业自动化领域中最常用的通信协议之一。
Profibus 旨在实现工业设备和系统之间的实时数据传输，用于监控、控制、诊断和配置各种设备，如传感器、执行器、PLC（可编程逻辑控制器）等。
以下是一些Profibus 总线的关键概念：总线拓扑结构：Profibus 支持多种拓扑结构，包括总线拓扑、星形拓扑和环形拓扑。
总线拓扑是最常见的，其中所有设备都连接到单个总线上。
物理层：Profibus 通信可以在不同的物理层上运行，包括RS-485、光纤和电缆。
这使得它适用于各种工业环境和距离要求。
数据传输速率：Profibus 支持多种数据传输速率，从9.6 kbps 到12 Mbps 不等，这取决于特定应用的需求。
帧结构：Profibus 帧包括头部、数据部分和尾部，其中包含了发送方和接收方的地址信息、控制信息以及数据内容。
帧结构的定义使得数据在总线上可以被准确地识别和解析。
主站和从站：在Profibus 网络中，有一个或多个主站（Master）负责控制通信，而其他设备则作为从站（Slave）响应主站的请求。
主站通常是控制系统或上级设备，而从站是各种传感器、执行器和外围设备。
通信协议：Profibus 支持多种通信协议，包括Profibus-DP（用于实时控制和数据交换）、Profibus-PA（用于过程自动化）和Profibus-FMS（用于制造过程管理系统）等。
诊断和监控：Profibus 提供了诊断和监控功能，可以用于检测网络故障、设备状态和通信问题。
这有助于维护人员及时识别和解决问题。
可扩展性：Profibus 是一个灵活的总线系统，可以根据需要扩展和定制。
新设备可以轻松添加到现有的Profibus 网络中，而不需要重大更改。
Profibus 通常用于工业自动化、制造业、工厂自动化、过程控制、建筑自动化和机器控制等领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PROFInet IEC 61158/61784 PROFIBUS IEC 61158/61784 AS-Interface IEC 62026
China PROFIBUS Organization(CPO)
自动化技术中的通信
2
PROFIBUS安装培训，2006现场源自线在自动化系统中的位置工厂级
区域控制器
车间级监控 网
控制 器
控制 器
现
现
场
场
总
总
线
线
China PROFIBUS Organization(CPO)
5
PROFIBUS安装培训，2006
什么是现场总线？
♦现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控 制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字 式、多点、双向通信的数据总线。其中，“生产过程”包 括断续生产过程和连续生产过程两类。
Type 7 WoeldFIP
Type 8 INTERBUS
15
PROFIBUS安装培训，2006
中国现场总线标准化工作的现状
。多种现场总线共存，由用户根据各自需要进行选择；
。对国际标准IEC 61158 的文本结构作适当调整，形成多种 独立的总线标准文本，并根据中国用户应用和产品开发的 需要建立相应的标准；
♦或者，现场总线是以单个分散的数字化、智能化的测 量和控制设备作为网络节点，用数据总线相连接，实现 相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控 制系统。
China PROFIBUS Organization(CPO)
6
PROFIBUS安装培训，2006
现场总线对自动控制系统和自动化系统的影响
57%
51%
12% 22%
工程费 安装费
23%
硬件费
Today (4...20mA)
PROFIBUS
Hardware Assembly Engineering
硬件
安装
工程
9
PROFIBUS安装培训，2006
二、现场总线国际/国内标准化现状
现场总线IEC 61158 的目
标
Industrial Automation
MBP *): Manchester Bus Powered
MBP-LP: Low Power MBP-IS: Intrinsic Safety
WWeeiigghhiinngg && DDoossiinngg
DP-V0...V2
EEnnccooddeerr
•• DDeessccrriippttiioonnss((GGSSDD,,EEDDDD)) •• TToooollss((DDTTMM,,CCoonnffiigguurraattoorrss))
。现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中，形成为 企业信息网络的底层。从而为实现企业信息集成和企业综合自 动化提供了可行的基础。
China PROFIBUS Organization(CPO)
7
PROFIBUS安装培训，2006
使用现场总线技术给用户带来的好处
。节省硬件成本； 。设计、组态、安装、调试简便； 。系统的安全、可靠性好，减少故障停机时间； 。系统维护、设备更换和系统扩充方便；
Type 1/5/9 FF+HSE +AL
Type 2 ControlNet/EthernetIP
Type 3 +10 PROFOBUS+PROFInet
Type 4 P-Net
IEC 61784 （2003）（250 页）
China PROFIBUS Organization(CPO)
Type 6 Swift-Net
。2005年,将PROFINET立项为GB/Z XXXXX，将PROFIBUS立项 为GB/T XXXXXX。
China PROFIBUS Organization(CPO)
16
PROFIBUS安装培训，2006
三、PROFIBUS技术简介
PROFIBUS技术的主要发展历程
。87年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发； 。89年批准为德国工业标准 DIN 19245； 。 96年批准为欧洲标准EN 50170 V.2 (PROFIBUS-FMS/-DP)； 。 98年PROFIBUS-PA批准纳入EN 50170 V.2； 。99年PROFIBUS成为国际标准 IEC 61158 的组成部分(Type 3)； 。2001年批准成为中国的行业标准JB/T 10308.3-2001； 。 2003年PROFInet成为国际标准 IEC 61158 的组成部分(Type 10); 。2004年根据IEC61158（2003）版本，对JB/T 10308.3-2001进行了
内容 概述和导则 物理层规范和服务定义 数据链路层服务定义 数据链路层协议规范 应用层服务定义 应用层协议规范
OSI 层
1 2 2 7 7
China PROFIBUS Organization(CPO)
13
PROFIBUS安装培训，2006
IEC 61784：连续和断续制造工业控制系统中 使用的现 场总线协议集（CPF）
PROFIBUS 技术简介
( IEC 61158-Type 3 )
中国机电一体化技术应用协会 现场总线专业委员会（CPO）
China PROFIBUS Organization(CPO)
1
PROFIBUS安装培训，2006
1、现场总线的概念
企业
数据通信
生产 自动化
现场通信
车间级 现场级
传感器/执行机构级
China PROFIBUS Organization(CPO)
12
PROFIBUS安装培训，2006
IEC 61158：测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线
IEC 61158 文本 IEC 61158-1 IEC 61158-2 IEC 61158-3 IEC 61158-4 IEC 61158-5 IEC 61158-6
10
PROFIBUS安装培训，2006
ISO/IEC 7489 开放系统互连-基本参考模型
发送方
接收方
各层的名称和功能
传输介质
应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
对面向应用要求的应用程序的 接口(读、写) 用于下一层分析和解释的 数据表达方式(编码) 建立和清除临时站连接;通信进 程的同步
ASCII Printer
ASCII Printer
控制器
I/O连线 现场信号 4-20mA/24VDC
控制器
4
PROFIBUS安装培训，2006
现场总线：使用一根电缆连接所有现场设备，采用数字通信方式
取代设备级的4-20mA/24VDC信号传递。
去工厂骨干网
ASCII Printer
ASCII Printer
Process Control
Factory Automation
Continuous
Process Control
Batch Process Control
Materials Handling Control
Robotics
Numerical Control
China PROFIBUS Organization(CPO)
China PROFIBUS Organization(CPO)
11
PROFIBUS安装培训，2006
IEC 61158中包含10种现场总线协议类型（2003）
Type 1 PhL,DDL以 FF H1为原型，AL是IEC TS Type 2 PhL,DDL是ControlNet,AL是 ControlNet+EtherNet/IP Type 3 PROFIBUS Type 4 P-NET Type 5 PhL,DDL无， AL 是FF HSE Type 6 SwiftNet Type 7 WorldFIP Type 8 INTERBUS Type 9 PhL,DDL无， AL是 Type 1的子集 Type 10 PROFInet
总线循环 时间
< 1000 ms
车间级
Ethernet TCP/IP
CNC
PC/VME
总线循环 时间
< 100 ms
现场级
总线循环 时间
< 10 ms
China PROFIBUS Organization(CPO)
驱动器
VME/PC
PROFInet based on Ethernet
PLC
PROFIBUS-DP
。传统的信号制将由4-20mA模拟信号制转换为双向数字通信 的现场总线 信号制；
。自动控制系统的体系结构，将由模拟与数字的分散型控制系统 (DCS)转换为全数字现场总线控制系统(FCS)。进而，自动控制 系统的设计方法和安装调试方式也将发生重大的变化；
。现行的现场设备和仪表的产品结构将发生重大变革；
•• MMaasstteerrCCoonnffoorrmmaanncceeCCllaasssseess •• IInntteerrffaacceess((CCoommmm--FFBB,,FFDDTT,,eettcc..)) •• CCoonnssttrraaiinnttss
。用户对系统配置、设备选型有最大的自主权；
。完善了企业信息系统，为实现企业综合自动化提供了 基础。
China PROFIBUS Organization(CPO)
8
PROFIBUS安装培训，2006
100%
100% 22%
50%
0%
China PROFIBUS Organization(CPO)