ProfiBus通讯技术
Profibus和ProfiNET通信上的区别
P r o f i b u s和P r o f i N E T通信上的区别Virtue carries wealth. On the morning of November 2, 2022Profibus/ProfiNET通信上的区别一、PROFINET和PROFIBUS的区别PROFINET和PROFIBUS是PNO组织推出的两种现场总线;两者本身没有可比性,PROFINET基于工业以太网,而PROFIBUS基于RS485串行总线,两者协议上由于介质不同完全不同,没有任何关联;两者相似的地方都具有很好的实时性,原因在于都使用了精简的堆栈结构;基于标准以太网的任何开发都可以直接应用在PROFINET网络中,世界上基于以太网的解决方案的开发者远远多于PROFIBUS开发者,所以,有更多的可用资源去创新技术;对于PROFIBUS,数据传输的带宽最大为12Mbps,对于PROFINET,数据传输的带宽为100Mbps;对于PROFIBUS,数据传输的方式为半双工,对于PROFINET,数据传输的方式为全双工;对于PROFIBUS,一致性数据最大为32bytes,对于PROFINET,一致性数据最大为254bytes;对于PROFIBUS,用户数据的最大为244bytes,对于PROFINET,用户数据的最大为1400bytes;对于PROFIBUS,12Mbps的最大总线长度为100m,对于PROFINET,设备之间的总线长度为100m;对于PROFIBUS,引导轴必须在DP主站中运行,对于PROFINET,引导轴可以运行在任意SIMOTION中;对于PROFIBUS,组态和诊断需要专门的接口模板,例如CP5512,对于PROFINET,可以使用标准的以太网网卡;对于PROFIBUS,如果一个PG接入,可能引起通讯问题,对于PROFINET RT,一个PG接入,可能产生极小的反应,而对于PROFINET IRT,接入不会引起任何问题;对于PROFIBUS,需要特殊的工具进行网络诊断,对于PROFINET,使用IT相关的工具即可;对于PROFIBUS,总线上一般只有一个主站;多主站系统,会导致DP的循环周期过长,对于PROFINET,任意数量的控制器可以在网络中运行;多个控制器不会影响IO的响应时间;对于PROFIBUS,总线上的主要故障来源于总线终端电阻不匹配或者较差的接地,对于PROFINET,不需要总线终端电阻;对于PROFIBUS,使用铜和光纤作为通讯介质,对于PROFINET,无线WLAN可用于额外的介质;对于PROFIBUS,一个接口只能做主站或从站,对于PROFINET,所有数据类型可以并行使用,对于PROFINET,一个接口可以既做控制器又做IO设备;对于PROFIBUS,不能确定设备的网络位置,对于PROFINET,可以通过拓扑信息确定设备的网络位置;二、Profibus的简介一分类PROFIBUS由三个兼容部分组成,即PROFIBUS-DPDecentralized Periphery、PROFIBUS-PAProcess Automation、PROFIBUS-FMSField Bus Message Specification;PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统与分散式I/O的通信;使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC的信号传输;常用于控制器之间,控制器与模块之间的通信;PROFIBUS-PA：可使传感器和处理机构联在一根总线上,可以取代4-20mA的模拟量传输;PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络,是一个令牌结构、实时多主网络;在控制器之间如PLC和PC传输大量的数据,但是通信的实时性要求不高;。
现场总线技术的设计应用实例
现场总线技术的设计应用实例概述现场总线技术是工业控制系统中常见的一种通信协议，它通过将传感器、执行器与控制器连接到一个总线上，实现设备间的数据通信和控制。
本文将介绍几个现场总线技术的设计应用实例，包括Profibus、CAN总线和Modbus。
ProfibusProfibus是一种常用的工业自动化领域现场总线协议，它被广泛应用于物流自动化、工业控制和过程自动化等领域。
在物流自动化中，Profibus通信技术可以被用于连接传感器、执行器和控制器，实现自动化存储和分拣系统。
每个传感器和执行器都以从站的形式接入Profibus总线，并通过总线与控制器进行通信。
通过Profibus的高速通信和优化的数据传输机制，物流系统可以实现高效的物料搬运和分拣操作。
在工业控制领域，Profibus常被用于连接传感器、执行器和PLC（可编程逻辑控制器）。
PLC作为控制器可以通过Profibus实时监测设备状态，并根据需要发送命令和控制信号。
这种基于Profibus的控制系统可以实现复杂的工业过程控制和自动化。
CAN总线CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车行业的现场总线协议，它具有高可靠性和高实时性的特点，被广泛应用于汽车电子系统和航空航天领域。
在汽车电子系统中，CAN总线被用于连接车辆的各种传感器和执行器，并与车辆的ECU（电子控制单元）进行通信。
通过CAN总线的实时数据交换，车辆的各个子系统可以协调工作，实现诸如发动机控制、车身稳定性控制和驾驶辅助系统等功能。
在航空航天领域，CAN总线常被用于飞行控制系统和航空电子设备之间的数据交换。
航空电子设备需要实时高可靠的数据传输，以确保安全和可靠的飞行。
CAN 总线的高实时性和冗余特性使其成为航空电子系统中的理想选择。
ModbusModbus是一种最为常见的串行通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。
Modbus支持点对点和主从通信模式，适用于各种环境。
关于PROFIbus总线
关于PROFIbus总线（１）三种PROFIBUS(DP．FMS．PA)均使用一致的总线存取协议。
该协议是通过OSI参考模型第二层（数据链路层）来实现的。
它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。
（２）在PROFIBUS中，第二层称之为现场总线数据链路层（Fieldbus Data Link - FDL）。
介质存取控制（Medium Access Control - MAC）具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。
（３） PROFIBUS协议的设计要满足介质控制的两个基本要求：①．在复杂的自动化系统（主站）间的通信，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。
②．在复杂的程序控制器和简单的I/O设备（从站）间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。
因此，PROFIBUS总线存取协议，主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。
（４）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（令牌）。
在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行。
（５）主站得到总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。
因此，可能有以下三种系统配置：①．纯主－从系统②．纯主－主系统③．混合系统（６）以一个由３个主站．７个从站构成的PROFIBUS系统为例。
３个主站之间构成令牌逻辑环。
当某主站得到令牌报文后，该主站可在一定时间内执行主站工作。
在这段时间内，它可依照主－从通讯关系表与所有从站通信，也可依照主－主通讯关系表与所有主站通信。
（７）在总线系统初建时，主站介质存取控制MAC的任务是制定总线上的站点分配并建立逻辑环。
在总线运行期间，断电或损坏的主站必须从环中排除，新上电的主站必须加入逻辑环。
（８）第二层的另一重要工作任务是保证数据的可靠性。
PROFIBUS第二层的数据结构格式可保证数据的高度完整性。
（９）PROFIBUS在第二层按照非连接的模式操作，除提供点对点逻辑数据传输外，还提供多点通信，其中包括广播及选择广播功能。
profibus DP通信报文的有效数据由pzd
profibus DP通信报文的有效数据由pzd一、Profibus概念PROFIBUS是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。
PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。
广泛适用于制造业自动化．流程工业自动化和楼宇．交通电力等其他领域自动化。
PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。
可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery)．PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)．PROFIBUSFMS(Fie ldbus Message Specification)。
主要使用主从方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换。
1)PROFIBUS–DP:是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。
使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA 信号传输2)PORFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。
3)PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构．实时多主网络。
二、PROFIBUS协议结构PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络(Open SystemInterconnectionOSI)作为参考模型的。
该模型共有七层。
(1)PROFIBUS-DP：定义了第一．二层和用户接口。
第三到七层未加描述。
用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
(2)PROFIBUS-FMS：定义了第一．二．七层，应用层包括现场总线信息规范(Fieldbus Message Specification FMS)和低层接口(Lower Layer Interface-LLI)。
3、Profibus通信
3、Profibus通信工业组态与现场总线控制技术Profibus通信一、PRIFOIBUS现场总线概述1.1工厂自动化网络结构（1）现场设备层主要功能是连接现场设备，例如分布式I/O、传感器、驱动器、执行机构和开关设备等,完成现场设备控制及设备间联锁控制。
（2）车间监控层车间监控层乂称为单元层，用来完成车间主生产设备Z间的连接，包括生产设备状态的在线监控、设备故障报警及维护等。
还有生产统计、生产调度等功能。
传输速度不是最重要的，但是应能传送大容量的信息。
一、PRIFOIBUS现场总线概述1.1工厂自动化网络结构（3）工厂管理层车间操作员工作站通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。
车间管理网作为工厂主网的一个子网，连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。
工厂自动化网络结构如图1-1所示。
一、PRIFOIBUS现场总线概述1.1 工厂自动化网络结构图1-1工厂自动化网络结构一、PRIFOIBUS 现场总线概述1.2PROFIBUS的组成部分PROFIBUS已被纳入现场总线的国际标准1EC61158和欧洲标准EN50170,并于2001年被定为我国的国家标准JB/T1030.6 —2001。
PROFIBUS在1999年12月通过的IEC61156中称为Type3,PROFIBUS的基本部分称为PROFIBUS-V0.在2002年新版的IEC61156中增加了PROFIBUS-V1,PROFIBUS-V2和RS-485IS等内容。
新增的PROFInet规范作为IEC61158的Type10.一、PRIFOIBUS现场总线概述1.2PROFIBUS的组成部分ISO/OSI通信标准由七层组成，并分两类。
一类是面向用户的第五层到第七层，一类是面向网络的第一到到第四层。
第一到第四层描述了数据从一个地方传输到另一个地方，第五层到第七层给用户提供适当的方式访问网络系统。
PROFIBUS协议使用了ISO/OSI模型的第一层、第二层和第七层.一、PRIFOIBUS现场总线概述1.2PROFIBUS的组成部分从用户的角度看，PROFIBUS提供三种通信协议类型：PROF1BUS-FMS,PROF1BUS-DP和PROFIBUS-PA。
现场总线与工业以太网-ProfiBus通讯技术
ProfiBus通讯技术的概述
1
类型
按传输速度分为ProfiBus DP、ProfiBus PA和ProfiBus FMS三种类型。
2
特点
传输距离长、接口方便、可靠性高、实时性好、适用性强。
3
应用领域
广泛应用于工业自动化、过程自动化以及工控网络。
现场总线和工业以太网的区别
1 支持的节点类型不同
ProfiBus适用于工厂自动化现场的传感器、执行机构等自动控制设备，而工业以太网适用 于计算机网络中的各种数据传输节点。
身技术的改进和完善，与现有工业控制网络 相结合，不断满足不同行业的自动化需求。
方便的接口
标准的RS-485接口易于连接和维护。
适用性强
适用于多种设备和场合，能适应多变的现场环 境需求。
ProfiBus在工业自动化中的应用
生产过程中的控制
ProfiBus应用广泛，如轨道交通信号控制系统，飞机 发动机控制系统，生产过程中的各种控制以及机器 人控制平台等。
物流行业中的应用
Proபைடு நூலகம்iBus应用在物流行业中，如卷烟机设备、包装设 备、包卷设备和输送带设备。
ProfiBus的未来发展趋势
1
实现更高速率
为满足控制网络不断提升的数据传输速度和容量需求，ProfiBus正在不断研发设计更高速率的 新产品，比如ProfiNet IOC。
2
支持IEEE 802标准
正在开发能够支持IEEE 802标准的ProfiBus产品，以增强ProfiBus网络兼容性和互操作性。
现场总线与工业以太网ProfiBus通讯技术
现场总线与工业以太网是工业自动化领域中最常见的现场通讯技术。本次演 示将深入探讨其中最前沿的ProfiBus通讯技术。
基于PROFIBUS现场总线的控制系统通信技术研究
ｅ ｔ ｒ ｉｅ Ｉ ｔ ｉ ｐ ｅｒ ｈ ｉ ｐｌ ｎ ｅ ｐｒ ． ｓ ｎ ｈｓ ａｐ ｔ ｅ ｍ ｅｍｅｎ ｍ ｅ ｈ ｄ ｆ ｏｍｍ ｕｎｃ ｔ ｉｔ ｒ ０ｎ ｅ ｔ ｄ ｔ ｔ ｏ ｏ ｃ ｉａ ｉ ｏｎ ｎ ｅ ｃ ｎ ｃ ｅ ｗｉ Ｐ ｔ ｈ ＲＯ Ｆ ＢＵＳ Ｉ ｐｒｔ ｃ ｂ — ｏ ｏ ｏｌ ｅ
将 这 些 节 点 及 它 们 的节 点 地 址 都 记 录 在 Ｌ ＡＳ（ 动 站 主 表 ） 。对 于 令 牌 管 理 而 言 ， 用 了两 个 地 址 概 念 ： Ｓ 中 使 Ｐ 节 点 （ 一 站 ） 地 址 ， 下 ～ 站 是 从 此 站 接 收 到 令 牌 前 的 即
系 统 中需 连 接 的 站 多 于 ３ ２时 ， 用 中 继 器 相 连 接 。使 使 用 中 继 器 可 以 实 现 树 型 和 星 型 总 线 结 构 。 Ｐ 采 用 Ａ ＩＣ １ ５ — Ｅ ８ ２连接 技 术 。 １ １２通 信 实 现 原 理 －． Ｐ ＲＯＦ Ｂ Ｉ ＵＳ使 用 混 合 的 总 线 存 取 控 制 机 制 来 实 现 Ｐ ＲＯＦＢ Ｉ ＵＳ通 信 ， 信 分 主站 和 从 站 。 主 站 间 的通 通 信 采 用 逻 辑 令 牌 传 递 方 式 通 信 ，拥 有 令 牌 的 主站 在 确 定 的 时 间 窗 口 内拥 有 总 线 控 制 权 ， 定 系统 的 通 信 ， 决 它 采 用 主— — 从 原 理 以轮 循 方 式 与从 站 通 信 ，同 时 采 用 循 环 或 非 循 环 报 文 实 现 主— — 主 通 信 。 系统 可 以 配 置 为 单 主— — 从 、 主 多 从 或 前 两 者 的 混 合 系 统 。 统 中 多 系 相 应 地 使 用 令 牌 总 线 程 序 和 主— — 从 完 数 据通 信 。
工业通信技术的发展
工业通信技术的发展
随着科技的不断进步和应用，工业通信技术也在不断发展。
工业通信技术是工业自动化的重要组成部分，可以通过网络将不同设备连接在一起，实现数据交换和控制。
最初的工业通信技术是基于模拟信号的，如4-20mA、0-10V等信号，但是这些信号的传输距离较短，且易受干扰。
随着数字信号的引入，工业通信技术得到了快速发展。
目前，常见的工业通信技术包括以太网、Profibus、Modbus等。
以太网是目前最常用的通信技术之一，它通过TCP/IP协议实现设备之间的通信。
以太网可以支持高速数据传输，且适用于复杂的工业控制系统。
Profibus是一种现场总线网络技术，它可以实现分布式控制，从而提高了生产线的可编程性和灵活性。
Modbus则是一种串行通信协议，它适用于小型控制系统，支持多种传输介质。
除了以上常见的工业通信技术，还有一些新兴的技术，如物联网技术和5G技术。
物联网技术可以将物理设备与互联网相连，实现设备之间的智能交互和数据共享。
5G技术则可以实现更高速的数据传输，为工业通信带来更多的可能性。
总之，工业通信技术的发展可以提高工业自动化的效率和质量，为工业生产带来更多的机遇和挑战。
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• 二、 通过CPU集成DP口连接智能从站
CPU集成DP口与ET200M之间远程的通信
ET200系列是远程I／0站，为减少信号电缆的敷设，可以在设备 附近根据不同的要求放置不同类型的I／0站，如ET200M、ET200B、 ET200X、ET200S等，ET200M适合在远程站点I／0点数量较多的情 况下使用，我们将以ET200M为例介绍远程I／O的配置。主站为集成 DP接口的CPU，下面进行详细介绍。
设定为4，如图9-2所示，即把数字“4”左侧对应的开关拨向
BUS ADDRESS
右侧即可。如果设定PROFIBUS地址为6，则把“2”、“4”
ON
64
两个数字左侧对应的开关拨向右侧，依此类推。
32 16
8
4
向右拨
2）、在STEP7中新建一个“ET。先插入一个S7-300站，然后双击“Hardware”选项，
ProfiBus主要有三部分组成，包括：
1．由现场总线报文——ProfiBus-FMS 2．分布式外围设备——ProfiBus-DP 3．过程控制自动化——ProfiBus-PA
其它技术特点：
1．信号线可用设备电源线。 2．每条总线区段可连接32个设备，不同区段用中继器连接。 3．传输速率可在6kB/S～12MB/S间选择。 4．传输介质可以用金属双绞线或光纤。 5．提供通用的功能模块管理规范。 6．在一定范围内可实现相互操作。 7．提供系统通信管理软件(包括波形识别、速率识别和协议识 别等功能)。 8．提供244字节报文格式，提供通信接口的故障安全模式(当 IO故障时输出全为零)。
3、网络组态以及参数设置
SF
BF
1）、按图9-1连接CPU315C-2DP集成的DP接口与ET200M 的PROFIBUS-DP接口。先用MPI电缆将MPI卡CP5611连接到 ON
CPU315-2DP的MPI接口，对CPU315-2DP进行初始化，同时
对ET200M的“BUS ADDRESS”拨盘开关的PROFIBUS地址
进人“Hw config”窗口。点击“catalog”图标打开硬件目
DC24V
录，按硬件安装次序和订货号依次插人机架、电源、CPU等进
电源 输入
行硬件组态，如图9-3所示。
图9-2 ET200M的外形图
图9-3 CPU315-2DP RPROFIBUS网络配置
3）、插入CPU同时，弹出PROFIBUS组态界面。点击New 按钮，新建PROFIBUS（1），组态PROFIBUS站地址为2。 点击“Properties”按钮组态网络属性，选择“Network Settings”，界面如图“9-4”所示，点击“OK”按钮确认， 完成PROFIBUS网络创建，同时界面出现PROFIBUS网络。
图9-5 加载IM 153-1至PROFIBUS（1）网络过程示
• 1 ProfiBus通讯简介 • 2 S7-300PLC的ProfiBus通讯方法 • 3 多个S7-300之间的ProfiBUS通信实现
作为众多现场总线家族的成员之一，ProfiBus是在欧洲工业界 得到最广泛应用的一个现场总线标准，也是目前国际上通用的现 场总线标准之一。ProfiBus是属于单元级、现场级的SIMITAC网 络，适用于传输中、小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商 开发各自的符合ProfiBus协议的产品，这些产品可以连接在同一 个ProfiBus网络上。ProfiBus是一种电气网络，物理传输介质可 以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输。
图9-4 PROFIBUS-DP的“Network Settings”的参数设置
4）、在PROFIBUS-DP选项中，通过左边的“PROFIBUSDP”→“ET200M”→“IM153-1”路径，选择接口模块IM1531，添加到PROFIBUS网络上，如图“9-5所示”。添加是通过拖 拽完成的，如果位置有效，则会在鼠标的箭头上出现“+”标记， 此时释放“IM 153-1”。在释放鼠标的同时，会弹出图9-6所示 对话框，进行IM153的PROFIBUS网络参数配置。图9-5 加载IM 153-1至PROFIBUS（1）网络过程示意，定义ET200M接口模块 IMl53-2的PROFIBUS站地址，组态的站地址必须与IMl53-2上拨 码开关设定的站地址相同，本例中站地址为4。然后组态ET200M 上I／O模块，设定I/O点的地址，ET200M的I／O地址区与中央扩 展的I／O地址区一致，不能冲突，本例中ET200M上组态了16点 输入和16点输出，开始地址为1，访问这些点时用I区和Q区，例 如输入点为I1.0，第一个输出点为Q1.0，实际使用时ET200M所 带的I/O模块就好象是集成在CPU 315-2DP上的一样，编程非常 简单。硬件组态结果见图9-7。
1、硬件连接
PG 带CP5611卡
输入 电源 315-2DP /
输出 模块
输入 输入 ET200M 或 或
输出 输出 模块 模块
ProfiBus总线连接
ProfiBus总线连接
图9-1 集成DP口CPU与ET200M硬件连 接
2、资源需求
• 带集成DP口的S7-300的CPU315-2DP作为主站。 • 从站为带I/O模块的ET200M。 • MPI网卡CP5611。 • ProfiBus总线连接器以及电缆。 • STEP7 V5.2系统设计软件
• 2.1 利用I/O口实现小于4个字节直接ProfiBus通信 • 2.2 系统功能SFC14、SFC15的ProfiBus通信应用 • 2.3 通过CP342-5实现ProfiBus通讯
利用I/O口实现小于4个字节直接ProfiBus通信
直接利用I/O口实现小于4个字节直接ProfiBus的通讯方法包 含两个方面的内容：⑴、用装载指令访问实际I/O口——比如主 站与ET200M扩展I/O口之间的通讯；⑵、用装载指令访问虚拟 I/O口——比如主站与智能从站的I/O口之间的通讯，下面分别予 以介绍。