PROFIBUS现场总线介绍
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现场总线
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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）
第讲PROFIBUS现场总线
概述
1、PROFIBUS-DP
DP—— Decentralized Periphery 〔分布式外围设备〕.
是一种高速低本钱通信，即插即用， 最高传输速率12Mbps，用于中央控制 器〔PLC、PC〕与分散的现场设备 〔如I/O、阀门、驱动器等〕的通信。 使用PROFIBUS-DP可取代24VDC信 号传输。
主动站、主设备
PC
PLC
PROFIBUS
被动站、从设备
协议
四、总线访问协议的特点(1)
1、混合总线访问协议 主站间的逻辑令牌环 主从站间的主从协议
2、主站 主动站在一个限定时间内 (Token Hold Time) 对总线有控制权
3、从站 从站只是响应一个主站的请求，它们对总线 没有控制权
PLC
PLC / PC
e.g., I / O
协议
四、总线访问协议的特点〔2〕
4、主站或从站可以在任何时间点接入或断开。FDL 将自动地重新组织令 牌环。
5、令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务。因此，用 户必须计算全部目标令牌环时间 (TTR)。
6、总线访问协议有能力发现有故障的站、失效的令牌、重复的令牌、传 输错误和其他所有可能的网络失败。
概述
带有 PROFIBUS-PA 的典型系统配置
区域控制器 (PLC)
工程或 HMI 工具
H2
x
RS 485 up to 12 MBit/s
PROFIBUS-DP
I
耦合器／链接器
+ x
IEC 1158-2 with 31.25 kBit/s
PROFIBUS-PA
变送器
H1
概述
PROFIBUS-FMS 的特点:
[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。
PROFIBUS 现场总线
PROFIBUS 现场总线一、PROFIBUS 现场总线概述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。
二、PROFIBUS的通信模型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。
PROFIBUS通信模型三、协议通信方法PROFIBUS提供了三种通信协议类型：DP、FMS和PA。
1、PROFIBUS－DPPROFIBUS－DP通信协议定义了第1层、第2层和用户接口层，未定义第3层到第7层，这种精简的结构确保了数据传输的高速有效。
直接数据链路映象（DDLM，direct data link mapper）提供了访问第2层的用户接口，用户接口规定了用户和系统以及各类设备可以调用的应用功能，并描述了各种设备的设备行为。
物理层采用RS—485传输技术或光纤传输技术。
DP协议的用户层包括DP基本功能、DP扩展功能和DP行规。
2、PROFIBUS－FMSPROFIBUS－FMS通信协议定义了第1层、第2层和第7层，第7层又分为现场总线报文规范（FMS，fieldbus message specification）和低层接口（LLI，lower layer interface）。
FMS包括了应用协议并向用户提供通信服务。
LLI协调不同的通信关系，并向FMS提供不依赖于设备的对第2层的访问接口。
第2层现场总线数据链路（FDL，fieldbus data link）用于完成总线访问控制及保证数据的可靠性。
ProfiBus现场总线标准
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PROFIBBUS PA
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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
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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。
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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
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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。
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传输技术的比较
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实
现
方 法
18
19
RSIC 解 决 方 案
20
(3)所需相关知识： (3)所需相关知识： 所需相关知识
1. PROFIBUS协议的基本概念及技术术语等知识， 协议的基本概念及技术术语等知识， 协议的基本概念及技术术语等知识 无需了解细节； 无需了解细节； 2. ASIC芯片的技术内容； 芯片的技术内容； 芯片的技术内容 3. 4. 5. GSD文件； 文件； 文件
相对较高；缺点是开发周期与产品成本较高。 相对较高；缺点是开发周期与产品成本较高。
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单 片 机 加 软 件 方 案
技术局限性： 技术局限性：
1. 最高达 最高达12MBPS较难实现； 较难实现； 较难实现 2. 字符无间应无空闲时间、最大应答时间、 字符无间应无空闲时间、最大应答时间、 最小应答时间的限制。 最小应答时间的限制。
选择可选功能是时，需对功能的概念与要求有细致 选择可选功能是时， 了解并用程序实现之； 了解并用程序实现之； 搭建一个调试与测试平台，需要有PROFIBUS 配置 搭建一个调试与测试平台，需要有 有关的技术基础。 有关的技术基础
优缺点：优点是无需了解太多的PROFIBUS协议的细节； 成本 协议的细节； 优缺点：优点是无需了解太多的 协议的细建立系统简单，因此也便 由于集中组态，建立系统简单， 于维护工作，从而节省许多维护费用， 于维护工作，从而节省许多维护费用，降 低了总体成本。 低了总体成本。
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3. 适应本质安全区的安装。 适应本质安全区的安装。
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4. 更高的安全性与有 效性。 效性。 5. 开放的国际标准， 开放的国际标准， 投资安全。 投资安全。
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谢谢大家！ 谢谢大家！ 谢谢大家
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优缺点： 优缺点：
产品成本低是其优点；缺点有开发周期长，如果不能 产品成本低是其优点；缺点有开发周期长， 突破12MBPS的速率则其技术指标将打折扣。 的速率则其技术指标将打折扣。 突破 的速率则其技术指标将打折扣
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嵌 入 式 P R O F I B U S 接 口
实现方法： 实现方法：
1. 按照其管脚定义进行制板； 按照其管脚定义进行制板； 2. 3. 将用户源程序植入用户程序中； 将用户源程序植入用户程序中；
按照一个推荐的调试系统和GSD文件进行 文件进行 按照一个推荐的调试系统和 调试； 调试；
优缺点： 优缺点：
其优点是开发周期短、不必了解 其优点是开发周期短、不必了解PROFIBUS的技 的技 术细节。缺点是：产品结构受一定的限制、成本高。 术细节。缺点是：产品结构受一定的限制、成本高。
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外 置 式 P R O F I B U S 接 口
• 简介 • 特点
• 技术指标 • 实现方法
PROFIBUS 现场总线介绍 现场总线介绍
PROFIBUS
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由来
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PROFIBUS国际组织 国际组织(PI)现状 国际组织 现状
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应用范围
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协议特征
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1. 规化、设计、安装简单，从而使 规化、设计、安装简单， 得这方面的成本降低很多。 得这方面的成本降低很多。
实施方法： 实施方法： 可用协议转换器等。 可用协议转换器等。 优缺点： 优缺点： 优点是无需开发，直接用已知协议与 优点是无需开发， PROFIBUS协议总线通讯即可。缺点是成 协议总线通讯即可。 协议总线通讯即可 本高，结构固定。 本高，结构固定。
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产品认证
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认 证 过 程 框 图
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有效性： 有效性：
高速通信、 文件、 高速通信、GSD文件、行规等； 文件 行规等；
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技 术 指 标 DP/FMS的RS485传输技术。 的 传输技术。 传输技术 PA采用 采用IEC1158-2传输技术。 传输技术。 采用 传输技术 光纤（ ）传输技术。 光纤（FO）传输技术。
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DP/FMS传输速率 传输速率 9.6Kbit/s~12Mbit/s之间。 之间。 之间 主从备， 主从备，总线上站点数最多 为126。 。 诊断功能。 诊断功能。 标准化GSD文件。 文件。 标准化 文件 第三方产品的互操作性。 第三方产品的互操作性。