《现场总线技术》第7章 PROFIBUS 现场总线标准
现场总线技术
FF
• 支持单位:现场总线基金会(FisherRosemount等100多家公司)。
• 标准:IEC61158;IEC61784。 • 应用领域:流程工业及其它工业控制。 • 使用情况:已有试点工程投入运行。 • 多家生产各种有FFH1接口的产品，
现场总线标准
• FF • ControlNet • Profibus • P-NET • FFHSE • SwiftNet • WorldFIP • INTERBUS
FFHSE
• 支 持 单 位 : 现 场 总 线 基 金 会 (FisherRosemount等100多家公司)。
• 准 :IEC61158;IEC61784;IEC611313;IEEE80 和 RFC894 的 工 业 标 准 以 太 网;IETF(互联网管理任务要点)。
WorldFIP
• WorldFIP世界工厂仪表协议支持单位: 法国Alstom公司(原Honeywell公司为 北 美 参 加 单 位 ， 后 与 FF 合 并 ) 。 标 准 :IEC61158;IEC61784;EN50170(F IP为法国国家标准)。
• 应用领域:电力工业、铁路交通、工业控 制、楼宇自动化。
可以满足系统集成要求。
FF主要性能特点
·IEC支持，开放性好，可互操作性好it/s; ·支持本质安全防爆; ·有数据链路网桥连接与HSE相连。
Profibus
• Profibus-DP • Profibus-PA • Profibus-FMS
Profibus-DP
现场总线系统安全规范
功能块与设备描述规范
• 现场设备信息格式及功能描述规范 称为”行规”(Profile), 行规可有效 实现各种现场设备应用层互联。
《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）
现场总线技术
9.4.2 现场总线技术现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。
现场总线技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。
更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。
尤其是20世纪90年代现场总线技术逐渐进入中国以来，结合Internet和Intranet的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。
1．什么是现场总线技术从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。
而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。
数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。
现场总线技术就是将微处理器芯片嵌入到位于控制现场的检测仪表和执行机构中，使这些设备都具有了智能化的运算和通信能力，能成为独立承担各种检测、控制和通信任务的网络节点。
采用可进行简单连线的双绞线等传输途径作为总线，把多个测量控制设备连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，使得位于现场的多个测量控制设备之间以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，从而形成了各种适应实际需要的新型的自动控制系统。
传统控制系统的接线方式是并联接线方式，从可编程控制器（PLC）控制各个电器元件，每一个元件对应有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制或电源。
当PLC 所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护也十分不便。
为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。
因而这根线自然而然地成了总线，就如计算机内部的总线概念一样。
由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场总线。
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现场总线标准
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
20
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
5
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。
PROFIBUS 规范_7
PROFIBUS规范-标准部分第七部分：网络管理PROFIBUS Specification - Normative Parts Part7: Network Management第七部分网络管理目录页码1 范围 (4)2 引用标准及附加材料 (4)3 概论 (4)4 现场总线管理层7（FMA7） (4)4.1 概述 (4)4.2 FMA7的特性 (5)4.3 FMA7的模型 (5)4.3.1 本地管理 (6)4.3.2 远程管理 (6)4.3.3 FMA7状态机的形式描述 (8)4.4 上下关系管理 (9)4.4.1 模型描述 (9)4.4.2 FMA7通信关系表（CRL）对象 (9)4.4.3 服务 (11)4.4.3.1 FMA7启动 (11)4.4.3.2 FMA7中止 (13)4.4.4 FMA7中的上下关系测试 (15)4.4.5 管理连接的状态机 (16)4.4.5.1 状态机描述 (16)4.4.5.2 状态转换 (18)4.5 组态管理 (24)4.5.1 通信关系表（CRL）管理 (24)4.5.1.1 模型描述 (24)4.5.1.2 CRL对象 (24)4.5.1.3 CRL管理服务 (37)4.5.1.4 Read-CRL状态机 (43)4.5.1.5 Load-CRL状态机 (46)4.5.2 现场总线数据链路层（FDL）服务存取点 (50)4.5.2.1 模型描述 (50)4.5.2.2 链路服务存取点（LSAP）对象 (50)4.5.2.3 服务 (51)4.5.3 物理层/现场总线数据链路层（PHY/FDL）变量 (52)4.5.3.1 模型描述 (52)4.5.3.2 属性 (52)4.5.3.3 对PHY/FDL变量的服务 (53)4.5.3.4 FDL变量值的范围 (58)4.5.3.5 PHY变量值的范围 (59)4.5.4 标识 (60)4.5.4.1 模型描述 (60)4.5.4.2 标识表对象 (60)4.5.4.3 站标识表对象 (60)4.5.4.4 服务 (65)4.5.5 请求所有站（活动表）的FDL状态 (68)4.5.5.1 模型描述 (68)4.5.5.2 活动表对象 (68)4.5.5.3 属性 (68)4.5.5.4 服务 (68)4.6 故障管理 (69)4.6.1 复位 (69)4.6.1.1 模型描述 (69)4.6.1.2 服务 (69)4.6.2 网络事件 (70)4.6.2.1 模型描述 (70)4.6.2.2 服务 (70)4.7 对主站/从站服务和对对象服务的分配 (71)4.7.1 FMA7本地管理服务的映象 (75)4.7.2 FAM7远程管理服务的映象 (81)4.8 对象属性和服务参数表 (82)4.9 语法说明 (85)4.9.1 FMA7的协议数据单元（PDU） (85)4.9.2 需确认的服务请求和响应 (86)4.9.2.1 Read-CRL-Rem (86)4.9.2.2 Initiate Load-CRL-Rem (86)4.9.2.3 Load-CRL-Rem (86)4.9.2.4 Terminate Load-CRL-Rem (86)4.9.2.5 Set-value-Rem (86)4.9.2.6 Read-value-Rem (87)4.9.2.7 LSAP-Status Rem (87)4.9.2.8 Ident Rem (87)4.9.3 Service Error (87)4.9.3.1 FMA7 Terminate Load-CRL-Error (88)4.9.3.2 FMA7 Error-Type (88)4.9.4 FMA7 Initiate (89)4.9.4.1 FMA7 Initiate-Request (89)4.9.4.2 FMA7 Initiate-Response (89)4.9.4.3 FMA7 Initiate-Error (89)4.9.5 一般置换 (90)4.10 出错报告 (90)4.10.1 FMA7出错类别及FMA7出错代码的含义 (90)4.10.2 其余参数的含义 (92)1.范围参看第五部分2.引用标准及附加材料参看第五部分3.概论参看第五部分4.现场总线管理层7（FMA7）4.1概述作为对FMS服务的补充，FMA7提供用于总线和通信关系组态的服务、运行阶段的监视和诊断服务以及建立和释放管理连接服务。
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与PROFIBUS-FMS使用相同传输技术和总 线存取协议。因此他们可在同一电缆上同 时运行。
PROFIBUS-PA协议结构
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PROFIBUS-PA使用扩展的PROFIBUS-DP 协议进行数据传输。
执行规定现场设备特性的PA设备规范。
传输技术依据IEC 1158-2标准，确保了本质 安全和总线供电。
7.1 RPOFIBUS技术的由来
4
87年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合 开发;
89年批准为德国工业标准DIN 19245； 96年批准为欧洲标准EN 50170 V.2; 98年PROFIBUS-PA批准纳入EN50170 V.2; 99年PROFIBUS成为国际标准IEC 61158的组成部分
同步Manchester编码,31.25kBit/s 本质安全（可选）和通过总线对站供电（可选） 屏蔽或非屏蔽的双绞电缆 段距离达1900米，用中继器可延长到10公里 最多126个站，每段32个设备 （依赖于供电装置、导线类型和供电消耗）
提供三种不同的物理层选择：
RS－485：
用于DP和FMS
IEC 1158-2： 用于PA
光纤：
用于DP和FMS
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数据传输
传输特点（1） 高速（H2），RS－485； 依据RS－485，半双工、异步NRZ传输； 波特率从9.6kBit/s到12MBit/s,可选双绞屏蔽电缆； 每段32个站，最多允许127个站； 距离：12MBit/s=100m; 1.5MBit/s=400m; 小于等于187.5KBit/s=1000m; 有中继器距离可延长到10公里 9针，D型插头
PROFIBUS簇
7
PROFIBUS 应用领域
8
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。
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。
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。
•总线部件—总线连接器、中继器、耦合器、链路等
•人机界面设备(二类主站，可选)
• 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
PROFIBUS 协议结构
12
13
PROFIBUS-FMS协议结构
PROFIBUS-FMS使用了第1层、第2层和第 七层。应用层包括现场总线报文规范 （FMS）和底层接口（LLI）。
为过程自动化工程中的高速、可靠的通信 要求而设计，可把传感器和执行器连接到 通常的现场总线上。
与PROFIBUS-DP网络集成需使用段耦合器。
PROFIBUS 传输技术
16
PROFIBUS使用两端有终端的总线拓朴在运行 期间，接入和断开一个或几个站不会影响其它 站的工作，即使在本质安全区也如此。
1
第七章
PROFIBUS 现场总线
主要内容
2
7.1 PROFIBUS 现场总线概述 7.2 PROFIBUS ——DP 7.3 PROFIBUS ——PA 7.4 PROFIBUS ——FMS
主要内容
3
7.1 PROFIBUS 现场总线概述 7.2 PROFIBUS ——DP 7.3 PROFIBUS ——PA 7.4 PROFIBUS ——FMS
18
RS－485传输数据位顺序
每个八位二进数（1字节）按11位的顺序被传输 最小的有效位（LSB）被第一个发送 最大的有效位（MSB）被最后发送 每个八位二进数都补充三位，即开始、终止和奇偶校验位 此编码原理称NRZ（即 Non Return to Zero)
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传输特点（2）
低速（H1） IEC 1158-2
6
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9.6kB/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)。
9
PROFIBBUS PA
RPOFIBUS给客户的好处
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一、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 二、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 三、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
(Type III);
2001年批准成为中国的行业标准JB/T 10308.32001;
5
ProfiBus通讯技术
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 网络的构成
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•PROFIBUS 主站(一类主站，必需)中PC央,可支编持程主控站制功器能，的如通P讯LC处、
理器
PROFIBUS 从站 •分布式I/O、支持DP 接口的传动装置
•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
FMS包含应用协议和提供的通信服务。 LLI建立各种类型的通信关系。并为FMS提
供不依赖于设备的对数据链路层的访问。 适合单元级（PLC和PC）的数据通信，可
解决复杂的通信任务。
PROFIBUS-DP协议结构
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PROFIBUS-DP使用了第1层、第2层和用户 接口层。3－7层未使用，这种精简的结构 确保高速数据传输。直接数据链路映象程 序（DDLM）提供对第2层的访问。在用户 接口中规定了PROFIBUS-DP设备的应用功 能，以及各种类型的系统和设备的行为特 性。