通信技术第二章 Profibus现场总线通信系统的组建
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总线》课件
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.
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。
PROFIBUSDP现场总线通信网络及应用系统
现场 设备
图8-32 PROFIBUS的典型应用
5.2 PROFIBUS-DP的通信模型
1. PROFIBUS-DP的物理层 PROFIBUS-DP的物理层支持屏蔽双绞线和光纤电缆两种
传输介质。
（1）DP（RS-485）的物理层 对于屏蔽双绞电缆的基本类型来说，PROFIBUS的物理层
（第1层）实现对称的数据传输，符合EIA RS-485标准 （也称为H2）。一个总线段内的导线是屏蔽双绞电缆，段 的两端各有一个终端器，如图8-33所示。
PROFRIBUS-DP协议的实现有两种方式：一种通过软件实 现，原则上只要微处理器或微控制器配有内部或外部的异 步串行通信接口（UART），PROFIBUS-DP协议在任何微 处理器或微控制器上都可以实现。但是，如果协议的传输 速率超过500kbps时，则应当使用ASIC通信控制器。
采用何种方式，主要取决于现场设备的复杂程度、需要的 性能和功能。
当总线系统运行的传输速率大于1.5Mbps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，如图8-36所示。
表8-11 9针D型连接器的针脚分配
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
信号名称
设计含义
SHIELD 屏蔽或功能地24V
M24
输出电压的地（辅助电源）
PROFIBUS-FMS：它的设计是旨在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。
为了满足苛刻的实时要求，PROFIBUS协议具有如下特点：
➢ （1）不支持长信息段>235B（实际最大长度为255B，数 据最大长度244B，典型长度120B）。
profibus现场总线论文
PROFIBUS现场总线摘要：现场总线技术是’" 20世纪"80年代兴起的一种集控制技术、仪表技术和计算机网络技术为一体的先进的工业控制技术。
这其中PROFIBUS现场总线是目前较为流行的五种现场总线中较为有仪表性的一种。
文中介绍了PROFIBUS现场总线的由来、构成、特性及其优点，展望了其未来的发展趋势。
1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 field-bus）标准，简称PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制订和产品开发的序幕.2PROFIBUS的协议结构PROF IBUS协议结构是根据IS07498国际标准、以开放式系统互联网络作为参考模型的。
该模型共有7层.PROF IBUS - DP定义了第1、2层和用户接口, 3到7层未加描述,这种流体型结构确保了数据传输的快速和有效。
直接数据链路映像提供易于进入第2层的用户数据。
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PROF IBUS - DP设备的设备行为。
PROF IBUS - FMS定义了1、2、7层,应用层包括现场总线信息规范和低层接口。
FMS包括了应用协议并向用户提供可广泛选用的强有力的通信服务。
LL I协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第2层访问接口。
第2层现场总线数据链路可完成总线访问控制和数据的可靠性[ 9 ]PROF IBUS - PA PA 的数据传输采用扩展的PROF IBUS - PA PA 的数据传输采用扩展的行为的PA 行规。
PROFIBUS现场总线的通信原理
PROFIBUS现场总线的通信原理PROFIBUS是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议，它具有高可靠性、高性能和广泛适应性的特点。
PROFIBUS采用串行通信方式，在现场设备和控制器之间传输数据，支持实时控制、远程诊断和设备管理等功能。
下面将详细介绍PROFIBUS的通信原理。
首先，PROFIBUS采用主-从式通信结构，主站负责组织和控制整个网络，从站负责接收和响应主站的指令。
主站可以是一个控制器，例如PLC或DCS；从站则是各种各样的现场设备，例如传感器、执行器和驱动器等。
通信过程中，主站发送指令和请求给从站，从站根据指令执行相应的操作，并将结果返回给主站。
主站可以使用轮询方式和点对点通信方式与从站进行通信。
在轮询方式中，主站按照一定的顺序逐个轮询从站，发送指令并接收响应。
在点对点通信方式中，主站直接与一些从站进行通信，这种方式适用于需要快速响应的实时控制应用。
PROFIBUS的通信过程分为数据通信和配置通信两个阶段。
在数据通信阶段，主站发送数据给从站，从站执行相应的操作并返回数据。
数据通过物理层的电缆线路传输，可以采用不同的物理层介质，例如RS485、Fiber Optic和PROFIBUS PA等。
在数据传输过程中，PROFIBUS使用分段传输技术将数据按照帧的形式进行传输，每个帧包括起始码、帧头、数据域、CRC校验和帧尾等字段。
在配置通信阶段，主站与从站进行参数的配置和诊断信息的交换。
主站可以配置从站的通信地址、数据传输速率和通信周期等参数，从而实现对从站的管理和控制。
主站还可以向从站发送诊断命令，获取从站的运行状态和故障信息，实现设备的远程诊断和维护。
为了保证通信的可靠性和实时性，PROFIBUS采用了一系列的通信协议和机制。
例如，PROFIBUS DP（Decentralized Peripherals）协议用于高速数据传输；PROFIBUS PA（Process Automation）协议用于现场仪器设备的连接和控制；PROFIsafe协议用于安全相关的应用；PROFIenergy 协议用于能源管理等。
PROFIBUS现场总线
RS-485总线段的结构
VP（6）
390Ohm
390Ohm
总线终端 电阻开关
220Ohm
220Ohm
390Ohm
……
390Ohm
DGND（5） 站点数 Max：32个
连接PROFIBUS电缆
1. 传输序列 半双工、异步、无间隙同步 NRZ（不归零）编码 1个字符祯 = 1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验
PROFIBUS第1层的另一种类型是通过光纤导体中光的 传输来传送数据。
站与站之间的距离最大到15km。 用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆。 玻璃光纤能处理的连接距离达到15km，而塑料光纤
只能达到80m（最新的塑料光纤能达到900m）。 距离较远或电磁干扰较大时使用。
4.2.3 光纤传输技术（用于DP和FMS） 1.总线导线 塑料纤维光纤，一般在百米以下使用 玻璃纤维光纤，一般在千米以下使用
光纤总线终端） 一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUS站或
一个RS-485段可以通过OBT连接到一个光纤电 路。
4.3 PROFIBUS的总线存取控制机制
PROFIBUS(DP、FMS、PA)均使用一致的总线存取协 议，通过模型的第2层来实现。
数据链路层(Fieldbus Data Link，FDL) ：保证数 据可靠性技术、传输协议和报文处理。
PROFIBUS-PA的数据传输
4.2.2 用于PA的IEC61158-2传输技术 2. 传输电缆 采用屏蔽/非屏蔽双绞线 4种电缆类型 总线长度：200-1900米
3. PA的总线连接
4. 拓扑结构
Profibus-PA的网络拓扑 树型、总线型和混合型
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(2)仅用一根双绞线进行数据通信和供电,进行控制、调节和监 视。
(3)可靠的串行数字传输,通过串行总线连接仪器仪表与控制系 统。
(4)适用于本质安全的应用区域，由于Profibus-PA行规，保证 了互操作性和互换性仪器仪表的维护和诊断信息。
（2）FMS提供一个 MMS-功能子集 （MMS 即 Manufacturing Message Specification, ISO9506)主要应用区域大数量的数据传输， 例如程序、数据块等若干个分散过程部分集成到一个公共过程中 智能站间的通信。
2.1 Profibus 基础
2.1.1 Profibus现场总线的分类 3.Profibus-FMS的特点
PA总线的结构
2.1 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 2.Profibus现场总线的传输技术
(3) 光纤
光纤是一种采用玻璃作为传输介质，以光的形式传递信息的技术。 光纤电缆对电磁干扰 不敏感并能保证总线上站与站的电气隔离，允许 Profibus系统站之间的距离最大可过15km。
(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术
RS-485总线结构
2.1 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 2.Profibus现场总线的传输技术
(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术
波特率/(kbit) 传输长度/m
传输速率所对应的最大传输长度 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 1200 1200 1200 1000 40 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 2.Profibus现场总线的传输技术
(2) IEC 1158-2: 用于 PA
IEC 1158-2传输技术能满足化工、石化等工作对环境的要求，可 保证本质安全，并通过总线向现场设备供电。这是一种位同步协议， 可进行无电流的连续传输，通常称为H1。
2.1.2Profibus总线的通信协议 2.Profibus现场总线的传输技术
(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术
使用中继器连接各点总线段
2.1 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 2.Profibus现场总线的传输技术
(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术
Profibus-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，并有本质安全规范。
Profibus-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实 时的多主网络。
2.1 Profibus 基础
2.1.1 Profibus现场总线的分类
1.Profibus-DP的特点 （1）代替 PLC/PC 与 I/O 之间昂贵的电线，减少组态和维护
费用。 （2）传输快速，传输 1 千字节的输入数据和 1千字节的输出
数据所需时间<2 ms。 （3）被所有主要的 PLC 制造商支持。 （4）单主和多主网络。 （5）每个站的输入和输出数据最多可达244字节
2.1 Profibus 基础
2.1.1 Profibus现场总线的分类 2.Profibus-PA的特点
纯主-主系统(令牌传送方式)
2.1 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 1.Profibus总线的通信协议
纯主-从系统(主从方式)
2.1 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 1.Profibus总线的通信协议
两方式的组合
2.1 Profibus 基础
典型的Profibus-FMS系统
2.1 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 1.Profibus总线的通信协议
纯主-主系统(令牌传送方式)，纯主-从系统(主从方式)以及两种方式的组合.
2.1 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 1.Profibus总线的通信协议
2.1 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 2.Profibus现场总线的传输技术
(1)用于DP和FMS的RS-485传输技术
型接头的内部电阻及其总线电缆连接
2.1 Profibus 基础
2.1.2Profibus总线的通信协议 2.Profibus现场总线的传输技术
3.更大的制造灵活性,改进功能减少故障时间，准确、可靠的诊断 数据，可靠的数字传输技术。
2.1 Profibus 基础
2.1.1 Profibus现场总线的分类
2.1 Profibus 基础
2.1.1 Profibus现场总线的分类
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。
第二章 Profibus 现场总线 通信系统的组建
2.1 Profibus 基础
2.1 Profibus 基础
Profibus优点:
1.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Profibus减少40%的安装费用。
2.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。
2.1 Profibus 基础
2.1.3Profibus系统的配置 1.现场设备的分类
（1）根据现场设备是否具有Profibus接口分为以下几种。 1）现场设备都不具有Profibus接口， 2）所有设备都有Profibus接口 3）部分设备有Profibus接口
2.1 Profibus 基础
2.1.3Profibus系统的配置
2.1 Profibus 基础
2.1.1 Profibus现场总线的分类 2.Profibus-PA的特点
Profibus-PA的典型配置系统
2.1 Profibus 基础
2.1.1 Profibus现场总线的分类 3.Profibus-FMS的特点
（1）FMS最佳适用于车间级智能主站间通用的、面向对象的通 信。