ProfiBus现场总线标准
(SIMENS)PROFIBUS 现场总线
PROFIBUS现场总线
A&D Region East Customer Support
CONTENT
1 Profibus简介 简介 2 用于 用于PC/PG的Profibus 网卡 的 3 用于 用于PLC S7 200/300/400的Profibus网卡 的 网卡 4 Profibus现场总线网络连接设备 Profibus现场总线网络连接设备 5 总线安装、布线和故障诊断 总线安装、
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PROFIBUS现场总线－简介
A&D Region East Customer Support
PROFIBUS 网络的构成 PROFIBUS 主站 一类主站，必需 主站(一类主站 必需) 一类主站， SIMATIC PLC ,SIMATIC WinAC 控制器 支持主站功能的通讯处理器 ,IE/PB 链路模块 ET 200S/ET 200X 的主站模块 PROFIBUS 从站 ET200 系列分布式I/O 支持DP 接口的传动装置 DP 支持从站功能的通讯处理器 其它支持DP 接口的输入、输出或智能设备 PROFIBUS 网络部件 通信介质-电缆 总线部件-总线连接器、中继器、耦合器、链路 网络转接器-串行通信、以太网、AS-i、EIB系统 人机界面设备(二类主站 可选) 二类主站， 人机界面设备 二类主站，可选 TP/OP 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 网络配置、诊断工具 、剥线工具
Profibus现场总线
PROFIBUS简介
PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是面向工厂自动化和流程自动化的 一种国际性的现场总线标准。
PROFIBUS被广泛的应用于制造自动化、过程自动化、楼宇自动化、交通管 理自动化、电子工业和电力输送等行业。
PROFIBUS技术的发展经历了如下过程:
因此，可以毫不夸张地说，采用PROFIBUS 现场总线的一 代过程控制系统必将成为保证电厂安全可靠运行的生力军
谢谢！
智能站间的通信
PROFIBUS的总线存取控制机制
一、概述
1、基本特性 • DP、FMS、PA等3种均使用一致的总线存取协议。 • 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。 • 介质存取控制(Medium access controI,MAC)具体控制数据传输程序， 确保任何时刻只有一个站点发送数据。 2、PROFIBUS协议满足介质控制的2个基本要求： 1)复杂系统(主站)间的通信，须保证限定时间间隔中，任一个站点要有 足够时间完成通信任务。
为解决车间级通用性通讯任务、提供大量通讯服务、完成 中等传输速率的环与非循环通讯任务而设计的
• PROFIBUS-PA（Progress Automation 过程自动化）
专门为过程自动化而设计的
PROFIBUS通பைடு நூலகம்模型
PROFIBUS通讯模型
• 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
PROFIBUS的三个子集：
• PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery 分散外 围设备）
CAN总线和PROFIBUS总线
CAN总线和PROFIBUS总线现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式．全数字化．多点通信的底层控制网络。
①现场总线的定义： 现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化，双向．多变量，多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面：现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络②现场总线的优点： 实现了全数字化通信，不同厂家产品互操作；实现了真正的分布式控制(分散式控制)：可以传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送，可以产生最先进的现场仪表，多变量变送器；提高了测试精度；增强了系统的自治性。
③几种有影响的现场总线技术Lonworks也叫LON(Locai Operating Network)是一种得到广泛应用的现场总线，由美国Echelon公司推出它采用了ISQ／OSI模型的全部七层通讯协议，采用面的对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设计，在智能建筑中得到广泛的应用；CAN(Control Area Network控制局域网)由德国BOSCH公司推出用于汽车内部测量与执行部门之间的数据通信。
国内在三表系统及楼宇自控系统中得到应用。
PROFIBUS：是德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，DP型用于分散外设间的高速数据传输适合于加工自动化领域的应用。
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有 力的技术支持。
CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
较 之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性： 首先, CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议 废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性 强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。
[现场总线]PROFIBUS–DP解析
![[现场总线]PROFIBUS–DP解析](https://img.taocdn.com/s3/m/cb7c3a1d5f0e7cd184253672.png)
GSD文件可分为三个部分：
（1）总规范：包括了生产厂商和设备名称．硬件和软件版本．波特率．监视时间间隔．总线插头指定信号。
（2）与DP有关的规范：包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数．上装／下装能力。
（3）与DP从站有关的规范：包括了与从站有关的一切规范，如输入／输出通道数．类型．诊断数据等。
①传输技术：RS－485双绞线．双线电缆或光缆。波特率从9.6K bit/s到12M bit/s。
②总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主－从传送。支持单主或多主系统。总线上最站点（主－从设备）数为126。
③通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主－从用户数据传送和非循环主－主数据传送。
2.扩展DP功能
DP扩展功能是对DP基本功能的补充，与DP基本功能兼容。
（１） DPM1与DP从站间非循环的数据传输。
（２） 带DDLM读和DDLM写的非循环读／写功能，可读写从站任何希望数据。
（３） 报警响应，DP基本功能允许DP从站用诊断信息向主站自发地传输事件，而新增的DDLM－ALAM－ACK功能被用来直接响应从DP从站上接收的报警数据。
[现场总线]PROFIBUS–DP解析
１．PROFIBUS –DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。
（本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高．压力过低。
（模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。
（通过诊断操作：一个单独输入／输出位的故障。
现场总线种类及标准
现场总线种类及标准现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。
随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，以全数字式现场总线（FIELDBUS）为代表的互联规范，正在迅猛发展和扩大。
由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。
近十几年由于现场总线的国际标准不能建立，现场总线发展的种类较多，约有40余种：如德国西门子公司Siemens的ProfiBus，法国的FIP，英国的ERA，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。
现场总线的种类主要有：基金会现场总线FF；ProfiBus；WorldFIP；ControlNet/DeviveNet；CAN等1、基金会现场总线FF现场总线基金会包含100多个成员单位，负责制订一个综合IEC/ISA标准的国际现场总线。
它的前身是可互操作系统协议ISP（InterperableSystemProtocol）--基于德国的ProfiBis标准，和工厂仪表世界协议WORLD （WorldFactoryInstrumentationProtocol）--基于法国的FIP标准。
ISP和WORLDFIP于1994年6月合并成立了现场总线基金会。
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
Profibus 与 profinet
Profibus 与profinet什么是PROFIBUS（1） 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。
（2） PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS－PA（Process Automation ）．PROFIBUS-FMS (Fieldbus 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。
（3） 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。
（4） 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。
（5） PROFIBUS－FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构．实时多主网络。
（6） 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。
（7）与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。
目前已应用的领域包括加工制造．过程控制和自动化等。
PROFIBUS现场总线的通信原理
PR ＯFIBU Ｓ现场总线的通信原理1． 引言PRO ＦIBU Ｓ是一种国际性的开放式现场总线标准,是唯一的全集成H1（过程）和H2(工厂自动化）现场总线解决方案[１]，它不依赖于产品制造商，不同厂商生产的设备无须对其接口进行特别调整就可通信，因此它广泛应用于制造加工、楼宇和过程自动化等自动控制领域。
它包括3个兼容版本，P ｒｏfibus －DP(H2)、Prof ｉｂus-PA(Ｈ１)、Ｐrofibu ｓ-F ＭS 。
DP 是经过优化的高速、廉价的通信接口,专为自动控制系统和设备级分散I ／O 之间通信设计,可取代2４Ｖ或0~2０ｍA 并行信号线。
也可用于分布式控制系统的高速数据传输。
FM Ｓ用于车间级通用性中等传输速度的循环和非循环通信,适用于传感器、执行器、ＰLC 等一般自动控制系统。
PA 是专为过程自动化设计的标准本质安全传输技术,满足IEC1158－2中规定的通信规程，适用于安全性要求高以及由总线供电的场合。
PROFI ＢUS 可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化,总线系统分为主站和从站,主站决定总线的数据通信,从站仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息[2]。
2． PROF ＩＢＵＳ的协议结构PR ＯＦＩＢUS 的协议结构是根据ＩS Ｏ７4９8国际标准化开发式互联网络（OSI ）作为参考模型，具体结构如图1所示。
图1 ＰROFIBUS 协议结构图PRO ＦIBUS －D Ｐ使用了第１、2层和用户接口，这样确保了数据传输快速和有效地进行，直接数据链路映像（DDL Ｍ)使用户接口易于进入第２层。
PROFIBU Ｓ-F ＭS 对第1、2、7层均加以定义。
应用层包括现场总线信息规范（FMS ）和底层接口(LLI)。
ＦM Ｓ包括了应物理（1数据链路（2（3）~（6（7...用协议并向用户提供可广泛选用的通信服务；ＬＬI 协调不同通信关系并保证FMS 不依赖设备访问第二层,第二层(F ＤL)提供总线访问控制并保证数据的可靠性。
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7
PROFIBBUS PA
8
Level of Data Integration
信息
Open
现场设备层
Modular
控制层
Embedded
设备层
车间监控
企业管理
9
PROFIBUS技术的发展
PROFIBUS技术的发展经历了如下过程: 1986年由德国SIEMENS公司等13家企业和5家研究
机构联合开发（来源于Foundation Fieldbus）； 1989年成为德国工业标准DIN19245； 1996年成为欧洲标准EN50160V.2(PROFIBUS-
由于西门子公司大力推广，市场占有率为首位。
来源于FF，有众多控制设备生产厂商支持,兼容性强。
6
PROFIBUS技术的发展
在最初的几年，PROFIBUS发展的重点 在于通信技术而现在侧重于系统集成和系 统工程等方面，尤其是侧重于应用行规的 研究开发。这些行规使PROFIBUS 成为唯 一能够全面覆盖工厂自动化和过程自动化 应用的现场总线。
4.2 PROFIBUS家族及其应用
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PROFIBUS家族成员
IEC61784“工业控制系统中与现场总线有关的连续和分散制 造业中用行规（profile）集”中规定，PROFIBUS家族被定为 CPF3（Communication pro），家族3又被细分为3种类型：
2007.2 V2.0
现场总线技术及应用教程 Copyright by Wang Yonghua
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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。
PROFIBUS簇
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PROFIBUS 应用领域
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PROFIBUS DP：主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。是专为自动控制系统与设备 级分散I/O之间的通信而设计的，用于分布式控制系统 设备间高速的数据传输. PROFIBUS PA：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。 适用于承担车间级通用性数据通信，可提供通信量大的 相关服务，完成中等传输速度的周期性和非周期性通信 任务。 PROFIBUS FMS：主要用于自动化系统中系统级和 车间级的过程数据交换。是专为过程自动化设计，采用 IEC1158-2中规定的通信规程，适用于安全性要求较高 的本质安全应用，及需要总线供电的场合。
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4.2 PROFIBUS家族及其应用
● PROFIBUS概述21
PROFIBUS家族成员
PROFIBUS-FMS
FMS（Fieldbus Message Specification）是最初的PROFIBUS系统，主要 用于车间级智能主站通用的、对等的（Peer to peer）、面向对象的通讯。 主要应用领域是大数量的数据传输，或把若干个分散过程部分集成到一 个公共过程中。（PI已不再支持FMS的12
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PROFIBUS是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线， 各种自动化设备可以通过同样的接口交换信息。
但各种设备传输速率不同，故PROFIBUS必须提供各 种传输速率的选择
PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS
FMS-DP); 1998年PROFIBUS-PA被纳入EN50160V.2； 1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成
部分 (TYPEIII)； 2001年成为中国的机械行业标准JB/T10308-3-
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PROFIBUS 国际组织
为了确保PROFIBUS技术的维护、进一步发展、市场优 势以及技术的开放性，需要有一个独立于公司的组织作为工 作平台。为了按这种方式促进PROFIBUS技术的发展，于年 成立了PROFIBUS User Organization e.V. (PNO) 。它是由制 造商、用户和研究院所组成的非赢利的行业组织。1995年成 立了国际的中央管理机构PROFIBUS International (PI)， PNO是PI的一个成员。目前，PI有23个地区性用户组织 (Regional PROFIBUS Associations, RPA)，其会员超过1,100 家，其中包括来自美国、中国和日本的会员。在工业通信现 场总线领域中，PI是世界上最大的行业组织.
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PROFIBUS的通信参考模型
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PROFIBUS 应用领域
1.PROFIBUS-DP:用于传感器和执行器级的高速数据传输，
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。主要针对PLC、相关控制设备。
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PROFIBUS 应用领域
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PROFIBUS 应用领域
PROFIBUS现场总线
ProfiBus现场总线标准
主要内容
2
1.PROFIBUS 现场总线概述 2. PROFIBUS 的通信协议 3. PROFIBUS-DP 4.PROFIBUS站点的开发与实现 5.PROFIBUS -PA
3
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PROFIBUS总线概述
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。
2. PROFIBUS-PA 具有本质安全特性。 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，采用数字信号进行通信，代替了4-20mA 模拟信号传输技术; 传输速率 31.25kbps; 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。