PROFIBUS现场总线技术(技术讲解)
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第二章PROFIBUS现场总线
PROFIBUS-PA
PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA
PROFIBUS-DP
Promass 63
PCS Teleperm M
TMD 834
Segment coupler Pepperl+Fuchs
Valves Samson
Deltapilot S
Tank Farm
电气与控制工程学院
14 Buffer Tanks
化工厂的应用
项目从1997 年1月开始 使用仪器仪表和控制设备总值 5 百万马克 1,000 PROFIBUS-PA 的传感器和执行器
Profibus 现场总线
Control room
Engineering Commuwin II
Visualization
Tank Farm Reactor
RS 485 / FO
快速
-即插即用 - 高 效、廉 价
PROFIBUS-PA
IEC 61158-2
面向应用
-总线供电 -本质安全
电气与控制工程学院
5
PROFIBUS 给客户的好处
节省硬件和安装费用
减少硬件成份 (I/O, 终端块、隔离栅) 更容易、更快捷和低成本的安装
节省工程费用
更容易组态(对所有设备只需一套工具) 更容易保养和维修 更容易和更快捷的系统起动
3
工厂级
总线 循环时间
< 1000 ms
车间级
总线 循环时间
< 100 ms
Profibus 现场总线
通信透明 从 传 感 器／执 行 器 到 区 域 控 制 器
Ethernet/TCP/IP
区域 控制器
Profibus现场总线
• • • • • •
④． 电缆：双绞线，屏蔽式或非屏蔽式。 ⑤． 远程电源供电：可选附件，通过数据线。 ⑥． 防爆型：能进行本征及非本征安全操作。 ⑦． 拓扑：线型或树型，或两者相结合。 ⑧． 站数：每段最多32个，总数最多为126个。 ⑨． 中继器：最多可扩展至4台。
• 4．IEC1158传输设备安装要点 • （1）分段耦合器将IEC1158－2传输技术总线段与 RS－485传输技术总线段连接。耦合器使RS－485 信号与IEC1158－2信号相适配。它们为现场设备 的远程电源供电，供电装臵可限制IEC1158－2总 线的电流和电压。
• （6） RS－485传输技术的PROFIBUS网络最好使用 9针D型插头。 • （7） 当连接各站时，应确保数据线不要拧绞， 系统在高电磁发射环境（如汽车制造业）下运行 应使用带屏蔽的电缆,屏蔽可提高电磁兼容性（ EMC）。 • （8） 如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保 护接地连接，并通过尽可能的大面积屏蔽接线来 复盖，以保持良好的传导性。另外建议数据线必 须与高压线隔离。 • （9） 超过500K bit/s的数据传输速率时应避免使 用短截线段，应使用市场上现有的插头可使数据 输入和输出电缆直接与插头连接，而且总线插头 连接可在任何时候接通或断开而并不中断其它站 的数据通信。
• PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP、 PROFIBUS－PA、PROFIBUS-FMS 。主要使用主-从方 式，通常周期性地与传动装臵进行数据交换。 • 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24VDC或4－20mA信号传输。 •
• 耦合器或链接器用于各种传输技术之间的转换。 • 3、应用行规 • 描述与所使用的传输技术相一致的通信协议的内 部活动。最重要的：PA行规。 • Profibus 是一种多主站系统，可以实现多个控制、 配臵或可视化系统在一条总线上相互操作。拥有 访问权 ( 令牌 ) 的主站无需外部请求就可以发 送数据。而从站是一种被动设备，不享有总线访 问权。从站只能对接收到的消息进行确认，或者 在主站请求时进行发送。波特率支持 9.6k 至 12M 。总线上最多可连接 126 个设备。 Profibus 也支持广播和多点通讯。
《PROFIBUS总线》课件
Profibus用于化工、制药、食品等行业的自动化 控制系统，实现生产过程的监控和数据采集。
楼宇自动化
Profibus用于智能建筑和楼宇自动化系统，实现 照明、空调、安防等系统的集中控制和管理。
PART 02
Profibus总线的工作原 理
REPORTING
数据传输方式
串行通信
Profibus总线采用串行通信方式，数 据在总线上按位传输，按顺序排列。
Profibus总线技术将不断完善行业标准与规范，促进 技术的普及和应用。
详细描述
为了推动Profibus总线技术的普及和应用，相关的行 业标准和规范将不断完善，以确保技术的可靠性和互 操作性，同时也有助于技术的推广和交流。
THANKS
感谢观看
REPORTING
异步传输
Profibus总线采用异步传输方式，数 据传输速率可变，不受时钟信号控制 。
通信协议
主从结构
Profibus总线采用主从通信协议，主设备发起通信请求，从设备响应请求并发送数据。
寻址机制
Profibus总线采用寻址机制，主设备通过地址码选择从设备进行通信。
总线拓扑结构
线形结构
Profibus总线可以采用线形结构，设备串 联在总线上，首尾设备可连接至总线。
应用领域的拓展
总结词
Profibus总线技术的应用领域将不断拓展，从传统的制 造业向其他行业延伸。
详细描述
随着技术的进步和应用需求的增长，Profibus总线技术 的应用领域将不再局限于传统的制造业，而是向能源、 环保、城市管理等领域拓展，实现更广泛的自动化控制 和数据交互。
行业标准与规范
总结词
VS
树形结构
Profibus总线也可以采用树形结构，设备 并联在总线上，分支可连接至总线。
楼宇自动化
Profibus用于智能建筑和楼宇自动化系统，实现 照明、空调、安防等系统的集中控制和管理。
PART 02
Profibus总线的工作原 理
REPORTING
数据传输方式
串行通信
Profibus总线采用串行通信方式，数 据在总线上按位传输，按顺序排列。
Profibus总线技术将不断完善行业标准与规范，促进 技术的普及和应用。
详细描述
为了推动Profibus总线技术的普及和应用，相关的行 业标准和规范将不断完善，以确保技术的可靠性和互 操作性，同时也有助于技术的推广和交流。
THANKS
感谢观看
REPORTING
异步传输
Profibus总线采用异步传输方式，数 据传输速率可变，不受时钟信号控制 。
通信协议
主从结构
Profibus总线采用主从通信协议，主设备发起通信请求，从设备响应请求并发送数据。
寻址机制
Profibus总线采用寻址机制，主设备通过地址码选择从设备进行通信。
总线拓扑结构
线形结构
Profibus总线可以采用线形结构，设备串 联在总线上，首尾设备可连接至总线。
应用领域的拓展
总结词
Profibus总线技术的应用领域将不断拓展，从传统的制 造业向其他行业延伸。
详细描述
随着技术的进步和应用需求的增长，Profibus总线技术 的应用领域将不再局限于传统的制造业，而是向能源、 环保、城市管理等领域拓展，实现更广泛的自动化控制 和数据交互。
行业标准与规范
总结词
VS
树形结构
Profibus总线也可以采用树形结构，设备 并联在总线上，分支可连接至总线。
《PROFIBUS总线》PPT课件
8>使用半双工传输； 9>地址定义范围为:0～127； 10>使用两类站:主站 <主动站,具有总线存取控制权
>和从站 <被动站,没有总线存取控制权>； 11>总线存取基于混合、分散、集中3种方式； 12>数据传输服务有两类: 非循环的:有/无应答要求的发送数据;有应答要求的
发送和请求数据. 循环的 <轮询>:有应答要求的发送和请求数据.
〔1〕NC/RC行规 <3.052>:机床和装配机器人
〔2〕编码器行规 <3.062>:回转式、转角式 和线性编码器与PROFlBUS-DP的连接.
〔3〕变速传动行规 <3.071>:传动技术设备 生产厂商共同制定了PROFIDRIVE行规.
〔4〕操作员控制和过程监视行规 <HMI>:通 过PROFIBUS-DP与更高一级自动化部件的连
PROFIBUS通信模型
第三节 PROFIBUS的通信模型
一、物理层 1.DP/FMS<RS-485>的物理层 2.DP/FMS<光缆>的物理层 3.PA的物理层
1.DP/FMS<RS-485>的物理层
屏蔽双绞电缆符合EIA RS-485标准<也称 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
组成部分 <TYPEIII>； 20XX成为中国的机械行业标准/T10308-3-
2001.
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的第三部分为基础,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.
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
现场总线与工业以太网ProfiBus通讯技术
若有更多旳从站，能够在PROFIBUS网络上继续添加，所 能带从站个数与CPU类型有关。S7-300、S7-400 CPU集成旳DP 接口最多可带125个从站。假如某一种从站掉电或损坏，将产 生不同旳中断，需要调用不同组织块(OB)，假如在程序中没 有建立这些组织块，出于对设备和人身安全旳保护，CPU会停 止运营。
图3-10 PROFIBUS-DP旳“Network Setting” 参数设置设置
插入CPU时会同步弹出PROFIBUS组态界面，如图3-9所示。 点击“New”按钮新建PROFIBUS（1），组态PROFIBUS站地址， 本例中为4。点击“Properties”按钮组态网络属性，选择 “Network Settings”进行网络参数设置，在本例中设置 PROFIBUS旳传播速率为“1．5Mbit／s”，行规为“DP”。如图 3-10所示。双击CPU 313C-2DP项下旳“DP”项，会弹出 PROFIBUS-DP旳属性菜单，如图3-11所示。
图3-12 313C-2DP旳PROFIBUS网络参数 配置
在多从站系统中，为了预防某一点掉电而影响其他
CPU旳运营，能够分别调用调用OB82、OB86、OB122（S7-
第3章 ProfiBus通讯技术
3.1 ProfiBus通讯简介 3.2 掌握S7-00之间旳ProfiBUS通信实现
第3章 ProfiBus通讯技术
3．1 ProfiBus通讯简介
作为众多现场总线家族旳组员之一，ProfiBus是在欧洲工 业界得到最广泛应用旳一种现场总线原则，也是目前国际上通 用旳现场总线原则之一。ProfiBus是属于单元级、现场级旳 SIMITAC网络，合用于传播中、小量旳数据。其开放性能够允 许众多旳厂商开发各自旳符合ProfiBus协议旳产品，这些产 品能够连接在同一种ProfiBus网络上。ProfiBus是一种电气 网络，物理传播介质能够是屏蔽双绞线、光纤、无线传播。
图3-10 PROFIBUS-DP旳“Network Setting” 参数设置设置
插入CPU时会同步弹出PROFIBUS组态界面，如图3-9所示。 点击“New”按钮新建PROFIBUS（1），组态PROFIBUS站地址， 本例中为4。点击“Properties”按钮组态网络属性，选择 “Network Settings”进行网络参数设置，在本例中设置 PROFIBUS旳传播速率为“1．5Mbit／s”，行规为“DP”。如图 3-10所示。双击CPU 313C-2DP项下旳“DP”项，会弹出 PROFIBUS-DP旳属性菜单，如图3-11所示。
图3-12 313C-2DP旳PROFIBUS网络参数 配置
在多从站系统中，为了预防某一点掉电而影响其他
CPU旳运营，能够分别调用调用OB82、OB86、OB122（S7-
第3章 ProfiBus通讯技术
3.1 ProfiBus通讯简介 3.2 掌握S7-00之间旳ProfiBUS通信实现
第3章 ProfiBus通讯技术
3．1 ProfiBus通讯简介
作为众多现场总线家族旳组员之一，ProfiBus是在欧洲工 业界得到最广泛应用旳一种现场总线原则，也是目前国际上通 用旳现场总线原则之一。ProfiBus是属于单元级、现场级旳 SIMITAC网络，合用于传播中、小量旳数据。其开放性能够允 许众多旳厂商开发各自旳符合ProfiBus协议旳产品，这些产 品能够连接在同一种ProfiBus网络上。ProfiBus是一种电气 网络，物理传播介质能够是屏蔽双绞线、光纤、无线传播。
现场总线技术概述
现场总线技术概述现场总线技术（Fieldbus）是指在工业自动化系统中，用于连接现场设备和控制系统的一种通信协议和架构。
它通过将数据和控制命令从控制系统传输到现场设备，并将现场设备反馈的数据传输回控制系统，实现实时监控和控制。
现场总线技术的发展起源于20世纪80年代，旨在解决传统控制系统中布线复杂、成本高昂、可靠性低等问题。
与传统控制系统相比，现场总线技术具有可编程、分布式、开放性强等优点，是实现工业自动化和智能化的重要手段之一现场总线技术的核心是通信协议，常见的现场总线协议包括Profibus、Modbus、FOUNDATION Fieldbus、DeviceNet等。
这些协议定义了数据格式、通信速度、错误检测和纠正等通信规范，保证了不同设备之间的互通性和稳定性。
现场总线技术的架构通常由控制层、总线层和现场设备层组成。
控制层包括控制器和上位机，负责发送控制命令和接收反馈数据；总线层是控制器与现场设备之间的通信介质，包括总线线缆、连接器和信号转换设备；现场设备层包括传感器、执行器等各种设备，负责感知和执行现场操作。
现场总线技术在工业自动化中的应用广泛，涵盖了各个行业和领域。
它可以实现对现场设备的远程监控和控制，提高了系统的可靠性和灵活性。
同时，现场总线技术还可以对现场设备进行参数配置和诊断，减少了故障排除时间和维护成本。
然而，现场总线技术也存在一些挑战和限制。
首先，不同的现场总线协议之间，通常不能直接互联互通，需要通过网关或转换器进行数据的转换和交换。
其次，现场总线技术对硬件设备的要求较高，需要选择与总线兼容的设备进行接入。
此外，现场总线技术的通信速度相对较慢，对于一些对实时性要求较高的应用场景可能不够满足。
总的来说，现场总线技术是工业自动化领域的重要技术和工具，具有广泛的应用和发展前景。
随着工业互联网的兴起，现场总线技术将继续推动工业自动化向智能化、高效化的方向发展。
现场总线(PROFIBUS)技术简介
现场总线（PROFIBUS）技术简介摘要：本文详细的介绍PROFIBUS的概念以及相关的基础知识。
内容：第一章：现场总线技术及PROFIBUS1.1 现场总线技术的由来1.1.1 CIMS体系结构及工业数据结构的层次划分根据工厂管理、生产过程及功能要求，CIMS体系结构可分为5层，即工厂级、车间级、单元级、工作站级和现场级。
简化的CIMS则分为3层，即工厂级、车间级和现场级。
在一个现代化工厂环境中，在大规模的工业生产过程控制中，工业数据结构同样分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。
如图1-1所示。
图1-1：简化的CIMS网络体系结构1.1.2 现场级与车间级自动化监控及信息集成是工厂自动化及CIMS不可缺少的重要部分。
现场级与车间级自动化监控及信息集成系统主要完成底层设备单机控制、连机控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能，保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备生产及运行数据信息传送到工厂管理层，向工厂级MIS系统数据库提供数据。
同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之。
因此，现场级与车间级监控及信息集成系统是实现工厂自动化及CIMS系统的基础。
1.1.3 传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统（包括：基于PC、PLC、DCS 产品的分布式控制系统），其主要特点之一是，现场层设备与控制器之间的连接是一对一（一个I/O点对设备的一个测控点）所谓I/O接线方式，信号传递4-20mA（传送模拟量信息）或24VDC（传送开关量信息）信号。
如图1-2所示：图1-2：传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统1.1.4 系统主要缺点（1）信息集成能力不强：控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4-20mA 模拟量信号或24VDC等开关量信号，并以此监控现场设备。
这样，控制器获取信息量有限，大量的数据如设备参数、故障及故障纪录等数据很难得到。
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• 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。
体中光的传输来传送数据。
• 站之间的距离最大到：15 km。 • 用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆可用作
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 • ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱRZ（不归零）编码 • “1”——RXD/TXD-P（Receive/Transmit-
• (3)总线终端器 • 根据EIA RS-485标准，在数据线A和B两端均
加接总线终端器。
• 空闲状态：确定的空闲电位。 • 可以由跳接器或开关来启动。 • 传输速率大于1.5Mbit/s时，由于所连接站的
电容性负载而引起导线反射，因此必须使用 附加有轴向电感的总线连接插头。
• （4）传输技术 • 网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线
Data-P）线上的正电位，而在RXD/TXD-N线上 则正相反。
• 各报文的空闲（idle）状态对应于二进制“1” 信号
• A线对应于RXD/TXD-N信号，而B线对应于 RXD/TXD-P信号。
• （2）总线连接 • 国际性的PROFIBUS标准EN50170推荐使用
9针D型连接器用于总线站与总线的相互 连接（9针头）。 • D型连接器的插座与总线站相连接，而D 型连接器的插头与总线电缆相连接。
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。
终端器。
• 7)介质、距离、站点数取决于信号特性。 • 8)传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从
9.6 kbit/s ~ l2 Mbit/s不等。 • 9)可选第二种介质 (冗余)。 • 10)在传输时，使用半双工，异步，滑差
(Slipe)保护同步 。
• 11)报文数据的完整性，用海明距离 (HD)=4 • 12)地址定义范围为：0~126(对广播相群播而
终端电阻；
• 传输速率： 9.6 kbit/s～12 Mbit/s； • 介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取
决于环境条件（EMC）；
• 站点数：每段32站（无中继），126站（有 中继）；
• 插头连接：9针D型插头
• （5）拓扑结构
• 2.DP/FMS(光纤电缆)的物理层 • PROFIBUS第1层的另一种类型是通过光纤导
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。
培训资料
• 名称： PROFIBUS现场总线技术（技术讲解） • 所属班组：XXXX • 汇报人：xxXX
• 1 PROFIBUS的协议类型 • 2 PROFIBUS的通信模型 • 3 PROFIBUS的总线设备类型和数据通信 • 4 PROFIBUS的总线存取协议 • 5 PROFIBUS的应用(系统集成) • 6 PROFIBUS-DP系统开发 • 7 PROFIBUS协议的发展
• 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。
• 2. PA具有本质安全特性，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。
言，126是全局地址)。
• 13)使用两类站:主站 (主动站，具有总线存取控 制权)和从站 (被动站，没有总线存取控制权)。
• 14)总线存取基于混合、分散、集中3种方式。 • 15)数据传输服务有两类: • 非循环的：有/无应答要求的发送数据;有应答要
求的发送和请求数据。
• 循环的 (轮询)：有应答要求的发送和请求数据。
PROFIBUS通信模型
3.2 PROFIBUS的通信模型
• 3.2.1 物理层 • 3.2.2 现场总线数据链路层 • 3.2.3 应用层
3.2.1 物理层
• 1.DP/FMS(RS-485)的物理层 • 2.DP/FMS(光纤电缆)的物理层 • 3.PA的物理层
3.2.1 物理层
• 1.DP/FMS(RS-485)的物理层 • 屏蔽双绞电缆符合EIA RS-485标准(也
PROFIBUS 协议的特点
• 1) 不支持长信息段 > 235 B • 2)不支持短信息组块功能 • 3)本规范不提供由网络层支持运行的功能 • 4)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。
• 5)其他功能是可选的，如口令保护方法等。 • 6)网络拓扑是总线形，两端带终端器或不带