Profibus 技术介绍
现场总线技术的设计应用实例
现场总线技术的设计应用实例概述现场总线技术是工业控制系统中常见的一种通信协议，它通过将传感器、执行器与控制器连接到一个总线上，实现设备间的数据通信和控制。
本文将介绍几个现场总线技术的设计应用实例，包括Profibus、CAN总线和Modbus。
ProfibusProfibus是一种常用的工业自动化领域现场总线协议，它被广泛应用于物流自动化、工业控制和过程自动化等领域。
在物流自动化中，Profibus通信技术可以被用于连接传感器、执行器和控制器，实现自动化存储和分拣系统。
每个传感器和执行器都以从站的形式接入Profibus总线，并通过总线与控制器进行通信。
通过Profibus的高速通信和优化的数据传输机制，物流系统可以实现高效的物料搬运和分拣操作。
在工业控制领域，Profibus常被用于连接传感器、执行器和PLC（可编程逻辑控制器）。
PLC作为控制器可以通过Profibus实时监测设备状态，并根据需要发送命令和控制信号。
这种基于Profibus的控制系统可以实现复杂的工业过程控制和自动化。
CAN总线CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车行业的现场总线协议，它具有高可靠性和高实时性的特点，被广泛应用于汽车电子系统和航空航天领域。
在汽车电子系统中，CAN总线被用于连接车辆的各种传感器和执行器，并与车辆的ECU（电子控制单元）进行通信。
通过CAN总线的实时数据交换，车辆的各个子系统可以协调工作，实现诸如发动机控制、车身稳定性控制和驾驶辅助系统等功能。
在航空航天领域，CAN总线常被用于飞行控制系统和航空电子设备之间的数据交换。
航空电子设备需要实时高可靠的数据传输，以确保安全和可靠的飞行。
CAN 总线的高实时性和冗余特性使其成为航空电子系统中的理想选择。
ModbusModbus是一种最为常见的串行通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。
Modbus支持点对点和主从通信模式，适用于各种环境。
现场总线技术第2版课件教学配套课...
本章主要介绍PROFIBUS的通信模 型、协议类型、数据传输技术、拓 扑结构及总线存取控制机制，并对 PROFIBUS-DP、PROFIBUS－PA和 PROFIBUS－FMS技术做简要介绍。
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。
拓扑结构
用于数据传输的光纤技术可以构成环 型、总线型、树型和星型结构。
光链路模块（OLM）可以用于实现单光 纤环和冗余的双光纤环。
3.用于PA的IEC61158-2传输技术
数据传输
采用曼彻斯特编码，信号由0变到1时发送二进制数 “0”，信号由1变到0时发送二进制数“1”。
第8章 PROFIBUS现场总线及其应用
概述 8.1 PROFIBUS的协议类型和通信模型 8.2 PROFIBUS的数据传输和拓扑结构 8.3 PROFIBUS的总线存取控制机制 8.4 PROFIBUS的应用(系统集成)
PROFIBUS概述
PROFlBUS (Process Fieldbus)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。
DP); 1998年PROFIBUS-PA被纳入EN50170V.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-
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，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。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线（Fieldbus）是一种新型的工业通信技术，它是以数字化的方式将数据传输到工业现场设备和控制系统之间的通信总线。
现场总线的出现大大提高了工业自动化的可靠性、效率、安全和灵活性。
下面将介绍现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用和使用方法。
一、发展历程现场总线的发展可追溯到20世纪70年代，当时欧洲的一些机构开始研究数字控制系统。
80年代初，德国联邦教育研究部门的PLC工艺小组提出了“第三代工厂控制理论”，并提出了“现场总线”的概念。
90年代初，现场总线开始应用于工业自动化领域，并逐渐发展成为主流的工业通信技术。
二、特点及分类1. 特点（1）数字化传输：现场总线采用数字化通信方式，避免了模拟信号的干扰和失真，提高了数据的可靠性和准确性。
（2）灵活性：现场总线可以连接多种类型的设备和控制系统，实现设备之间的信息交换和协同工作。
（3）可扩展性：现场总线可以根据工业自动化系统的需求进行扩展和升级，具有很高的灵活性和适应性。
（4）实时性：现场总线可以实现实时数据传输和控制，提高了工业生产的效率和精度。
（5）安全性：现场总线支持加密和认证技术，保障了工业通信的安全性和可靠性。
2. 分类目前常用的现场总线主要有以下几种：（1）Profibus：是德国西门子公司研发的一种现场总线，可以实现高速数据传输和设备的实时控制。
（2）Modbus：是Modicon公司开发的一种现场总线，适用于数据采集和控制。
（3）CAN总线：是一种广泛应用于汽车和工业控制领域的现场总线，具有高速、可靠、抗干扰等特点。
（4）DeviceNet：是美国罗克韦尔公司开发的一种现场总线，适用于工业设备之间的通信和控制。
三、主要应用现场总线广泛应用于各个工业领域，包括制造业、石化、水处理、电力等。
主要应用包括以下几个方面：（1）数据采集和监控：现场总线可以实现对工业设备的数据采集和监控，提高了生产过程的可靠性和效率。
现场总线与工业以太网-ProfiBus通讯技术
ProfiBus通讯技术的概述
1
类型
按传输速度分为ProfiBus DP、ProfiBus PA和ProfiBus FMS三种类型。
2
特点
传输距离长、接口方便、可靠性高、实时性好、适用性强。
3
应用领域
广泛应用于工业自动化、过程自动化以及工控网络。
现场总线和工业以太网的区别
1 支持的节点类型不同
ProfiBus适用于工厂自动化现场的传感器、执行机构等自动控制设备，而工业以太网适用 于计算机网络中的各种数据传输节点。
身技术的改进和完善，与现有工业控制网络 相结合，不断满足不同行业的自动化需求。
方便的接口
标准的RS-485接口易于连接和维护。
适用性强
适用于多种设备和场合，能适应多变的现场环 境需求。
ProfiBus在工业自动化中的应用
生产过程中的控制
ProfiBus应用广泛，如轨道交通信号控制系统，飞机 发动机控制系统，生产过程中的各种控制以及机器 人控制平台等。
物流行业中的应用
Proபைடு நூலகம்iBus应用在物流行业中，如卷烟机设备、包装设 备、包卷设备和输送带设备。
ProfiBus的未来发展趋势
1
实现更高速率
为满足控制网络不断提升的数据传输速度和容量需求，ProfiBus正在不断研发设计更高速率的 新产品，比如ProfiNet IOC。
2
支持IEEE 802标准
正在开发能够支持IEEE 802标准的ProfiBus产品，以增强ProfiBus网络兼容性和互操作性。
现场总线与工业以太网ProfiBus通讯技术
现场总线与工业以太网是工业自动化领域中最常见的现场通讯技术。本次演 示将深入探讨其中最前沿的ProfiBus通讯技术。
PROFIBUS-DP介绍ppt课件
有的S7-300/400 CPU配备有集成的DP接口，S7-200/300/400 也可以通过通信处理器（CP）连接到PROFIBUS-DP
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二、PROFIBUS的物理层
ISO/OSI参考模型的物理层是第1层，PROFIBUS可以使用多种 通信媒体，例如带屏蔽的双绞线、光纤、红外线、导轨以及混 合方式。传愉速率为9.6kbit/s一12Mbit/s，每个DP从站的输入数 据和输出数据最大为244B。使用屏蔽双绞线电缆时最长通信距
PROFIBUS-DP符合EIARS-485标准（也称为H2)，采用价格便 宜的屏蔽双绞线电缆，电班兼容性（EMC）条件较好时也可以 使用不带屏蔽的双绞线电缆。一个总线段的两端各有一套有源 的总线终端电限。
PROFIBUS的站地址空间为0～127，其中的127为广播用的地
址，所以最多能连接127个站点。一个总线段最多32个站，超过 了必须分段，段与段之间用中继器连接。中继器没有站地址，
①以PC为硬件平台的2类主站 PC加PROFIBUS网卡可以做2类主站。程软件来做编程设备， 用PC和WinCC等组态软件做监控操作站。
②操作员面板/触摸屏（OP/TP） 操作员面板（OP）和触摸屏（TP）用于操作人员对系统的控制和
⑥使用PROFIBUS网卡的PC
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3.2、2类DP主站
2类DP主站是DP网络中的编程、诊断和管
理设备。2类DP主站除了具有1类主站的功
能外，在于1类DP主站进行数据通信的同
时，可以读取DP从站的输入/输出书和当
前的组态数据，可以给DP从站分配新的总
线地址。
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3.2、2类DP主站
下列设备可以作为2类DP主站：
Profibus总线的特点和应用
Profibus总线的特点和应用Profibus总线协议是基于OSI模型的，文介绍Profibus总线特点、Profibus总线的三个版本及Profibus总线的应用，对大家深化了解现场总线技术很有关心。
Profibus总线是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。
由Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA组成，Profibus-DP 型用于分散外设简洁高速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。
Profibus-FMS为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程掌握器、低压开关等。
Profibus-PA用于过程自动化的总线类型：它遵循IEC1158-2标准。
Profibus是唯一全集成H1(过程)和H2(工厂自动化)的现场总线解决方案，是一种国际化的、不依靠于设备制造商的开放式现场总线标准。
它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化、楼宇自动化以及交通、电力等其他自动化领域。
采纳Profibus标准系统，不同制造商所生产的设备不需对其接口进行特殊调整就可通信，Profibus可用于高速并对时间有苛刻要求的数据传输，也可用于大范围的简单通信场合。
1、Profibus总线特点Profibus作为业界最胜利、应用最广泛的现场总线技术，除具有一般现场总线的一切优点外，还有很多自身的特点，详细表现如下：①最大传输信息长度为255字节，最大数据长度为244字节，典型长度为120字节。
②网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。
③传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6kbps到12Mbps不等。
④站点数量取决于信号特性，如使用屏蔽双绞线，每段可以接入32个站点(无转发器)，最多可以接入127个站点(带转发器)。
⑤传输介质为屏蔽/非屏蔽式光缆。
⑥当用双绞线时，传输距离最长可达9.6km，用光缆时最大传输长度为90km。
⑦Profibus-DP和Profibus-FMS的传输技术为RS-485方式、Profibus-PA 遵守IEC1158-2传输标准和光缆传输。
profibus总线原理
profibus总线原理
Profibus是一种常用的工业领域数字通信总线技术，其采用主/
从结构的通信方式。
下面将介绍Profibus总线的原理。
Profibus总线采用了串行的通信方式，数据通过总线以二进制
的形式传输。
在Profibus总线中，主站负责控制通信过程，从
站负责接收并响应主站的指令。
在通信开始时，主站会发出一个帧同步序列，用于同步所有从站的时钟。
接着，主站发送一个许可帧，从站收到许可帧后开始准备发送数据。
主站会根据需要发送一帧或多帧的数据，每一帧都包含有关目标从站和传输数据的信息。
从站在收到数据后，会进行CRC校验，以确保数据传输的准
确性。
如果校验通过，从站会发送一个确认帧通知主站数据已经接收成功。
如果校验不通过，主站会请求从站重传数据。
当所有数据传输完成后，主站会发送一个结束帧，用于通知从站数据传输的结束。
从站收到结束帧后，会进行确认，并准备接收下一次的通信。
Profibus总线基于CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）
的冲突检测机制，即在数据传输过程中，节点会对总线上的信号进行监听，如果有多个节点同时发送数据，就会发生冲突。
当发生冲突时，节点会停止发送，并等待一个随机时间后再重新发送。
这样可以避免多个节点同时发送数据导致的干扰问题。
总的来说，Profibus总线通过主/从结构、帧同步序列、CRC 校验和CSMA/CD机制实现了可靠的工业领域通信。
它被广泛应用于自动化系统、工厂自动化、过程控制等领域，提高了工业生产的效率和安全性。
PLC控制系统采用PROFIBUS-DP技术实现变频器通讯控制的应用
PLC控制系统采用PROFIBUS-DP技术实现变频器通讯控制的应用摘要：本文简要介绍了施耐德PLC控制系统，采用PROFIBUS-DP方式实现与西门子MM440变频器通讯控制的应用，并例举了施耐德PLC控制器通讯控制程序实例，PTQ通讯模板配置实例，及西门子MM440变频器通讯参数设置实例。
关键词：PROFIBUS-DP通讯技术 PTQ通讯模块 MM440变频器通讯参数设置引言自动控制系统中，采用4个施耐德140CPU65150型PLC控制站，实现了配料混合系统、烧结冷却系统及其辅助系统、成品整粒系统及其运输、原燃料接受和循环加水等系统生产的全自动化控制。
在烧结机、环冷机和配料皮带秤等重要调速控制设备中，采用了先进的PROFIBUS-DP数字通讯控制技术和西门子MM440变频器，实现了高精度数字调速控制。
1 PROFIBUS-DP通讯技术简介PROFIBUS以ISO7498为基础，以OSI（open system interconnection）作为参考模型，定义了物理传输特性、总线存取协议和应用功能。
其传输速率为9.6kbps-12Mbps，最大传输距离在12Mbps时为100m，在1.5Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。
PROFIBUS-DP是专门为自动控制系统和设备分散的I/O之间进行的通讯而设计的。
直接数据链路映像（DDLM）提供的用户接口，使得对数据链路层的存取变的简单方便，传输可使用RS- 485传输技术。
2 PROFIBUS-DP通讯硬件配置2.1施耐德PLC控制站配置在施耐德PLC控制站硬件配置中，利用施耐德unity pro XL4.0编程组态软件，对PLC控制站中电源模块、CPU模块、以太网通讯模块、I/O模块等进行了如下图的基本硬件配置，其中PTQ-PDPMV1为PROFIBUS-DP通讯模块，安装于控制站中第6槽。
图1 施耐德PLC控制站基本配置示意图2.2 PTQ通讯模块配置PTQ-PDPMV1PROFIBUS DPV1 Master通讯模块是ProTalk公司为施耐德Quantum系列开发的第三方通讯组件，简称PTQ通讯模块。
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地址八位组（DA/SA）
帧头中的两个地址八位组（操作、确认及响应帧）包含了目标站点及源站点的地址（DA 和SA）。令牌帧中仅包含这样两个地址八 位组（位于开始分界符的后面）。
DA ＝0至127
SA＝0至126
图 15 地址八位组编码
地址 127（b1-b7=1）被预留用作广播及多播消息的全局地址（发送给所有站点或通过服务访问点选中的一组站点的帧；仅 允许存在于无确认请求的数据发送消息中，SDN）。
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带数据字段且长度不固定的帧
帧中还应发送数据长度的可变数目。该长度信息包含于帧开头的固定帧头内（两次）。由Hd=4 提供保护，防止丢失。 发送/请求帧的格式
响应帧的格式
其中
SYN 同步周期，至少为 33 个线路空闲位
SD2 起始分界符，值：68H
LB长度8位组，许可值：4至249
LBr 8位组重复长度
因此，对于主从站点共有 127 个站点地址（0-126）可用，其中，主站点占用的地址最好不要超过 32 个。
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层2
层1
物理介质
层0
图7
PHY 和FDL 之间的接口（相对层模型）
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表1
引脚名称 RS-485 参考编号
连接器名称
信号名称 含意
屏蔽
2） 屏蔽、保护地 -24V输出电压 数据接收/发送 + 数据接收/发送 + 数据地 电压+ +24V输出电压 数据接收及发送端口 – 控制 -
1). 仅位于总线端头的站点上需要该信号 2). 选用信号
主
从
主
从
图3a： SDN 服务
5
响应帧
立即响应
图3b： SRD 服务
数据帧及数据服务的结构：
为了提高传输的安全性， PROFIBUS 使用了 UART 标准的数据结构，即通过 11 位传输一个信息字节： ST：起始位（始终为逻辑 0） 信息字节 P： 校验证 SP：结束位（始终为逻辑 1）
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PROFIBUS 根据标准数据帧结构进行数据传输。具体结构如下：
无数据字段的数据帧
令牌帧
8
数据字段长度固定的数据帧 数据字段（8字节）
数据字段长度可变的数据帧
数据字段（最长 246 字节）
SD1…SD4：起始分界符 LE:长度 Ler：长度（重复） DA：目标地址 SA 源地址 FC 帧控制 FCS 帧检查序列 ED 结束分界符
总线长度及波特率 PROFIBUS 总线的最大许可长度取决于选定的波特率： 波特率[Kb/s] 最大总线长度[m]
2
主设备之间的逻辑令牌环
主动站点， 主设备
被轮询的被动站点（从设备）
图1：PROFIBUS 的等级结构
3
接收令牌
TRR=实际循环时间 TTR＝目标循环时间
是否有高优 先级的消息
处理一条高优 先级的消息
是否有高优 先级的消息
处理具有高优 先级的消息
是否有低优先 级的消息
处理低优先 级的消息
传递令牌
4
PROFIBUS 使用两种服务在主从设备之间传递数据。使用 SDN 服务（发送无确认请求的数据），主机可向从机发送数 据，而不需要等待响应（见图 3a）。使用 SRD 服务（发送带确认请求的数据）用于请求从机发送确认消息（见图 3b）。 请求帧可包含有要发送的数据，或是如要仅要轮询数据，还可使用无数据字段的数据帧。
响应帧的格式
其中
SD3 起始分界符，值：A2H DA 目标地址 SA 源地址
SYN 同步周期，至少为 33 个线路空闲位
FC 帧控制 DATA_UNIT 数据字段，固定长度（L-3）＝8个8位组
FCS 帧检查序列
ED 结束分界符
L 信息字段的长度，8位组的固定数目：L＝11
图11
带数据字段且长度固定的帧
DA 目标地址 SA 源地址
FC 帧控制 FCS 帧检查序列
DATA_UNIT 数据字段，可变长度（L-3），最长 246 位8位组
ED 结束分界符，值：16H
L 信息字段的长度，8位组的固定数目：L＝4至249
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图12 数据字段长度可变的帧
令牌帧
其中
SD4 起始分界符，值：DCH DA 目标地址 SA 源地址
参考文献：
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自/至应用程序 FMS 服务
FMA7 服务
应用层（层 7）
管 理 空白层（层 3至6）
数据链接层（层2）
物理层（层1）
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图 1. OSI 环境
PROFIBUSห้องสมุดไป่ตู้第2层接口
以下章节将概括地介绍 PROFIBUS 的数据传递（FDL=现场总线数据链接）及管理（FMA＝现场总线管理）服 务。用户通过第二层使用 FDL 服务。 FMA1/2服务通过与第一层和第二层相关的管理（FAM 1/2）使用。我们 在这里不介绍或规定控制器或各种软硬件及固件接口的实施方式。
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图6
总线端接器
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帧字符（UART字符）
每个帧都是由几个帧字符及 UART 字符组成。 UART 字符（UC）是异步传输的启停字符，其结构如下： 发送的字节序列
信息信号位 开始位
图 9 UART 字符
结束位 校验位偶数
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不带数据字段且长度固定的帧
请求帧的格式
确认帧的格式
短确认帧的格式
其中
SYN 同步周期，至少为 33 个线 路空闲位
图 13
令牌帧
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长度8位组（LE，LEr）
在长度可变的帧中，其帧头内有两个值相同的长度8位组，其包含了帧主体中信息8位组的数目。这其组成包括DA、SA、FC 及 DATA_UNIT。该值的范围为 4 至 249，因此，在一个帧的 DATA_UNIT中最多可传递 246 个8位组（见4.7.5）。由于帧中至少要包含 DA、SA、FA 及一个八位组的数据，因此，不允许其值小于 4。帧最长可包含 255 个八位组。
Profibus 技术介绍
车载系统部 2011.8.23
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EN50170 Vol.2 和 DIN 19245 第 4 部分
自动化一般 PROFIBUS-FMS
通用
生产自动化 PROFIBUS-DP
快速
应用范围广泛
经济、高效
过程自动化 PROFIBUS-PA
面向应用
本征安全总线
设备配置 分路配置
图 1：各种 PROFIBUS 类型
SD1 起始分界符，值：10H DA 目标地址 SA 源地址 FC 帧控制
FCS 帧检查序列 ED 结束分界符
L 信息字段的长度，8位组的固定数目：L
＝3 SC
单个字符，值：E5H
SYN 同步周期，至少为 33 个线路空闲 位
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图10 不带数据字段且长度固定的帧
带数据字段且长度固定的帧
发送/请求帧的格式