Profibus讲解
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现场总线技术(技术讲解)
3.1 PROFIBUS的协议类型
• 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。
பைடு நூலகம்
PROFIBUS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。
• 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第一部分为基础， 根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充， DP传输速率可达：12 Mbit/s。
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
VP(6) 390Ω 220Ω 390Ω
DGND(5)
RS-485总线段的结构
RS485段
B RS485总线段的结构
A
VP(6) 390Ω 220Ω
....
最多32个站
390Ω DGND(5)
• （1）传输程序 • 半双工、异步、无间隙同步 • NRZ（不归零）编码 • “1”——RXD/TXD-P（Receive/Transmit-
PROFIBUS通信模型
3.2 PROFIBUS的通信模型
profibus总线概念
Profibus（Process Field Bus）是一种用于自动化和过程控制领域的现场总线协议，它是工业自动化领域中最常用的通信协议之一。
Profibus 旨在实现工业设备和系统之间的实时数据传输，用于监控、控制、诊断和配置各种设备，如传感器、执行器、PLC（可编程逻辑控制器）等。
以下是一些Profibus 总线的关键概念：总线拓扑结构：Profibus 支持多种拓扑结构，包括总线拓扑、星形拓扑和环形拓扑。
总线拓扑是最常见的，其中所有设备都连接到单个总线上。
物理层：Profibus 通信可以在不同的物理层上运行，包括RS-485、光纤和电缆。
这使得它适用于各种工业环境和距离要求。
数据传输速率：Profibus 支持多种数据传输速率，从9.6 kbps 到12 Mbps 不等，这取决于特定应用的需求。
帧结构：Profibus 帧包括头部、数据部分和尾部，其中包含了发送方和接收方的地址信息、控制信息以及数据内容。
帧结构的定义使得数据在总线上可以被准确地识别和解析。
主站和从站：在Profibus 网络中，有一个或多个主站（Master）负责控制通信，而其他设备则作为从站（Slave）响应主站的请求。
主站通常是控制系统或上级设备，而从站是各种传感器、执行器和外围设备。
通信协议：Profibus 支持多种通信协议，包括Profibus-DP（用于实时控制和数据交换）、Profibus-PA（用于过程自动化）和Profibus-FMS（用于制造过程管理系统）等。
诊断和监控：Profibus 提供了诊断和监控功能，可以用于检测网络故障、设备状态和通信问题。
这有助于维护人员及时识别和解决问题。
可扩展性：Profibus 是一个灵活的总线系统，可以根据需要扩展和定制。
新设备可以轻松添加到现有的Profibus 网络中，而不需要重大更改。
Profibus 通常用于工业自动化、制造业、工厂自动化、过程控制、建筑自动化和机器控制等领域。
第三课_1(PROFIBUS)
一、PRPFIBUS-DP主从通信 主站DP接口参数设置
一、PRPFIBUS-DP主从通信 DP接口为主站
一、PRPFIBUS-DP主从通信
•
连接从站：在硬件组态（HW Config）窗口中，打开硬件目录，选 择“ PROFIBUS DPConfigured Stations”文件夹，将CPU31x拖 拽到主站系统DP接口的PROFIBUS总线上，这时会同时弹出DP从站 连接属性对话框，选择所要连接的从站后，点击“Connect”按钮 确认。 注：如果有多个从站存在时，要一一连接。
一、PRPFIBUS-DP主从通信
总线段长取决于波特率
波特率
9.6至187.5 500 1.5 3 至 12
主站设备
段长
1,000 米 400米 200米 100米
从站设备 从站设备
千波特 千波特 千波特 兆波特
从站设备
总线段长
一、PRPFIBUS-DP主从通信
•
网络组态及参数设置
新建项目：在STEP7中 创建一个新项目，然后 选择 InsertStationSimatic 300 station，插入两个S7 300站，这里命名为 Simatic 300(master)和 Simatic 300(slave)。当然 也可完成一个站的配置 后，再建另一个。 组态从站：在两CPU主 从通信组态配置是，原 则上要先组态从站。
PROFIBUS现场应用类型
•
•
PROFIBUS提供了三种通信协议类型：FMS，ＤＰ和PA
– PROFIBUS－FMS：用于现场通用通信任务的FMS接口（DIN 19245 T.2） – PROFIBUS－DP： 用于与分布式I/O进行高速通讯
profibus介绍
SST公司
SST-PFB-SLC 1个Profibus端口，可以将A-B SLC 5/03或者更 高版本的处理器连接到PROFIBUS网络。支持一 类主站和从站功能。
SST-PFB3-PCI 用于Profibus的PCI 3.3V和5V的网络接口卡，1 个Profibus端口，支持一类、二类主站和从站功 能。
Overview Date 09/06/00, Page 11
用于工控机的通讯处理器（PCI插槽）
CP 5511 用于将带有PCMCIA 插槽的编程器/ 便携式 PC 连接到PROFIBUS 和CP 5512 SIMATIC S7 的MPI 。支持PROFIBUS 主站和从站、PG/OP、S7 通讯。
CP 5611 用于工控机连接到PROFIBUS 和SIMATIC S7 的MPI。支持PROFIBUS 主站和从站、PG/OP、S7 通 讯。 CP 5613 用于工控机连接到PROFIBUS，一个 PROFIBUS接口，仅支持DP主站。 CP 5614 用于工控机连接到PROFIBUS，两个 PROFIBUS 接口，支持DP 主站和从站、PG/OP、S7 通讯。
协议芯片
Overview Date 09/06/00, Page 24
十.DP总线信息帧结构
令牌帧结构(发送帧)
SYN SD1 0xDC DA x SA x
无数据固定长度帧结构(发送帧)
SYN SD1 0x10 DA x SA x FC x FCS x ED 0x16
数据固定长度帧结构(发送帧)
Profibus 总线介绍
Overview Date 09/06/00, Page 1
PROFIBUS总线技术的基础知识
Profibus总线技术一、什么是Profibus现场总线？现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通讯的数字总线。
当然，生产过程包括连续生产和断续生产两种。
Profibus现场总线是其中的一种。
简单的说就是Profibus通过总线把各分散的现场设备（传感器和执行机构）连接到控制器或控制系统，同时支持工厂自动化和过程自动化以及驱动应用。
二、Profibus总线的三种行规Profibus现场总线包括：Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA。
相应的通信方式的应用领域及优点为;FMS主要是是通用目的的自动化，是大范围的应用，多主通信；DP主要是工厂自动化，它的特点主要是快速，即插即用，高效廉洁；而PA主要应用于过程自动化，面向应用，需要总线供电，要求符合本质安全的。
目前来看，市面上主要应用还是Profibus-DP网络，所以接下来的我将主要介绍DP网络的一些知识。
三、Profibus-DP定义的三种设备类型1、DP-1类主设备（DPM1）中央控制器，它与分散的I/O设备（DP-从）交换数据；允许若干个DPM1同时存在，典型性的设备是PLC,PC,VME。
2、DP2类主设备（DPM2）组态、监视或工程工具，它被用来设定网络或参数、监视DP-从设备3、DP-从设备直接连接I/O信号的外围设备；典型的设备是输入、输出、驱动器、阀、操作面板等等。
四、Profibus-DP-主站和DP从站间的数据传输1、参数化阶段从站由DP-主站用现行总线参数、监控时间和从站的特定参数进行参数化。
2、组态阶段DP-主站对DP-从站所需要的配置和现行的配置进项比较。
3、用户数据传输阶段在参数化和组态成功后，DP-从站改变其状态进入用户数据交换阶段。
在此阶段，从站的参数化能被更改，而不必中断数据传输。
注意：在这三个阶段中，都可以附加诊断数据和控制命令的传输。
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➢ Profibus-PA。Profibus-PA协议是需要本质安全或总线供电的设备 之间进行数据通信的解决方案，数据传输速率是固定的，大小为 31.25kbps,主要用于化工、石油、冶金、发电等领域的过程工业自
采用差分电路的优点主要有： ➢ 抑制噪声 ➢ 不受节点间地电平差异的影响
RS-485差分平衡电路
2.Profibus-DP的物理层
2.2 RS-485特点
➢ RS-485可以实现点对点 通信，也可进行广播式 通信。
➢ RS-485只对接口的电气 特性做出了规定，不涉 及连接器、信号功能、 引脚分配或协议，用户 可在此基础上建立自己 的高层通信协议。
SN75LBC184引脚图 RS-485应用电路
2.Profibus-DP的物理层
2.4 RS-485网络互联 ➢ 利用RS-485接口可以使一个或者多个信号发生器与接收器互联，实现远距离数据通
➢ 1989年德国正式将Profibus-FMS和Profibus-DP现场总线确立为现 场总线的德国标准DIN19245。
➢ 1996年经过欧洲电工标准化委员会投票，Profibus-FMS和 Profibus-DP被确立为现场总线欧洲标准EN50170Vol.2。
➢ 1998年具有本质安全功能的Profibus-PA现场总线标准又被加入到 现场总线标准EN50170Vol.2中。（通过设计等手段使生产设备或生 产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会 造成事故的功能。）
➢ 2000年，Profibus成为现场总线国际标准IEC61158 Type 3。
2.Profibus的特点
通信网络的构成：
➢ 最第一级：执行器/传感 器，采用AS-I位总线标准。
➢ 现场级：采用ProfibusDP或Profibus-PA现场总 线。
➢ 车间单元级：采用 Profibus-FMS现场总线。
动化系统。
2 Profibus-DP和Profibus-PA
1.Profibus总线体系结构
Profibus ISO/OSI模型
对于Profibus-DP,Profibus-FMS来说，物理层和数据链路层是相 同的，物理层采用RS-485标准的导线、光纤、连接器和中继器， 数据链路层的报文格式也一样。
➢ RS-485更适合于多台计 算机或微处理机的设备 之间的远距离数据通信。
➢ RS-485在远距离传输或 工作环境有干扰时，应 在RS-485的始端和末端 加入终端匹配电阻和驱 动保护电路，以减少终 端反射和削弱干扰信号
EIA-232-D,RS-422和RS485的主要性能指标
2.Profibus-DP的物理层
2.1 接口标准 RS-485接口为标准传输接口，用于Profibus-DP/FMS协议。经历了 EIA-232-D，RS-422的发展，而提出的采用两线差分平衡传输，使用 一对双绞线的接口。
采用+5V电源供电时: 差分电压信号-2500~-200mV时，为逻辑“0” 差分电压信号+200~+2500mV时，为逻辑 “1” 差分电压信号-200~+200mV时，为高阻态 RS-485采用一对差分平衡线路，而RS-422 采用两对。
Profibus-DP、FMS网络拓补结构为总线型，每段最多连接32个站， 可以通过另外增加总线段来增加连接的站数，总线段之间由中继器 相连接，最多可扩展126个站点。
Profibus规定，中继器不提供信号再生，在远距离传输时，会存在 位信号的失真和延迟，因此，限定串联的中继器数不超过3个。
2.Profibus-DP的物理层
2.3 RS-485收发器 如右图所示SN75LBC184引 脚图和应用电路。其中： ➢ 引脚1：接收端 ➢ 引脚2：接收使能 ➢ 引脚3：发送使能 ➢ 引脚4：发送端 ➢ 引脚6：差分正输入端 ➢ 引脚7：差分负输入端 RS-485应用电路中P10为低 电平时，接收数据；P10为 高电平时，发送数据。
➢ 工厂管理级：使用工业以 太网
Profibus现场总线网络结构
3.Profibus的分类
Profibus现场总线标准划分为Profibus-FMS,Profibus-DP和 ProfibusPA 3种不同协议。3个部分互相兼容，但他们应用的角度 以及针对的问题不同。
➢ Profibus-FMS。Profibus-MS协议旨在解决车间级通用性通信任务， 为用户提供强有力的通信服务功能选择，实现中等传输速度的周期 性和非周期性数据传输，用于电气、楼宇、纺织等领域的一般自动 化系统。
总线上两个站点之间运行的最大距离与总线的传输速率密切相关， 如下表所示：
传输距离与传输速率及中继器个数的关系
➢ 随着传输速率的提升，最大传输距离不断下降。 ➢ 中继器只起放大传输信号电平的作用。 ➢ 每增加一个中继器，最大传输距离增加1200m。
2.Profibus-DP的物源自层2. RS-485串行通信标准
Profibus-PA物理层符合IEC61158.2物理层规范，而数据链路层与 FMS、DP一样，只是增加了与IEC61158.2标准的接口。
只有FMS定义应用层，目的是为用户提供多种通信服务。
2.Profibus-DP的物理层
1. Profibus-DP的总线拓补结构
Profibus-DP、FMS总线扩展 Profibus总线扩展
Profibus现场总线技术
学生：秦健 李伟
目录
#1 Profibus现场总线概述 #2 Profibus-DP和Profibus-PA #3 DP和PA的区别及应用 #4 Profibus-FMS
1 Profibus现场总线概述
1.Profibus发展历程
➢ 1987 年开始，德国国家科学技术部集中SIEMENS 等13 家公司和5 个研究所的力量，以 ISO /OSI 通信参考模型为基础，建立适用于 工业现场数据通信的国家规范。