ProfiBus通讯原理详解
ProfibusDP数据传递通信原理
简单Profibus/DP实验系统的组建引言：为了让更多刚接触到Profibus系统的朋友能对Profibus的网络架构及系统运行机制有一个整体的认识，笔者根据自身的运用经历编写这篇文章，以期望能带领各位读者快速进入到Profibus的世界。
本文所采用的系统是Siemens S7 300的CPU，加上ET200M并带AI和DI 模块，另加一Siemens MMX420变频器带Profibus接口板组成。
系统的目的是实五、PLC编程当网络组态工作正确完成之后，接下来继续进行PLC端梯形图的编程，S7 Manager提供了强大的PLC编程系统。
我们的任务是编写一个简单的梯形图程序，以能过ET200M上的DI和AI模块来对MMX Drives进行操作及参数访问。
DI模块用来对变频器进行启动，停止，正向，反向等控制操作，AI模块用来设定变频器的频率。
回到S7 Manager的主窗口，因为在Configure的过程中，我们已经加入了S7-300的CPU系统，故在右边的列表里已经多了一个CPU 315-2 DP。
现远程控制变频器启动，停止，及频率给定的操作，并实现变频器参数的访问。
按右图所示的路径点开列表，在最后的Blocks里面，有一个OB1，这是PLC主程序的入口模块，一般的程序都在此模块中进行设计，PLC程序也从此模块开始调用执行。
OB1模块打开，如图所示。
这时便可以在此窗口进行PLC程序的设计。
有关S7-300PLC 的指令列表请参阅详细的手册，在此不再详述。
梯形图是一种最直观的PLC程序设计语言，使用即方便也便于维护。
我们先产生一个永远为True的变量M0.0。
梯形图程序必须存在一个Input和一个Output，故我们在很多地方会使用M0.0来作为永远为True的Input。
现在我们要实现变频器的启动操作，根据ET200M模块上挂接的DI模块，确定其输入端子上的接线方法，然后接上数字输入信号。
SM321 DI模块使用24VDC 信号输入。
profibus通讯协议
profibus通讯协议Profibus通讯协议。
Profibus是一种用于工业自动化领域的通讯协议，它是一种开放的标准，被广泛应用于工业控制系统中。
Profibus通讯协议的出现，为工业自动化领域的通讯提供了更加可靠和高效的解决方案。
本文将从Profibus通讯协议的基本原理、应用领域以及未来发展趋势等方面进行介绍。
首先，我们来了解一下Profibus通讯协议的基本原理。
Profibus是一种基于现场总线的通讯协议，它采用了现场总线技术，可以实现在工业控制系统中的各个设备之间进行数据通讯。
Profibus通讯协议采用了主-从结构，通过主站和从站之间的通讯实现数据的传输和控制。
同时，Profibus通讯协议还支持多种传输介质，包括RS-485、光纤等，可以满足不同工业环境下的通讯需求。
其次，Profibus通讯协议在工业自动化领域有着广泛的应用。
它可以应用于工业控制系统中的各种设备，如PLC、传感器、执行器等，实现它们之间的数据通讯和控制。
同时，Profibus通讯协议还可以应用于过程控制系统、制造执行系统等领域，为工业自动化系统的通讯提供了可靠的解决方案。
在工业现场布线中，Profibus通讯协议也有着较好的抗干扰能力，能够适应复杂的工业环境。
最后，我们来看一下Profibus通讯协议的未来发展趋势。
随着工业自动化的不断发展，对通讯协议的要求也越来越高，希望能够实现更加高效、可靠的通讯。
因此，Profibus通讯协议在未来的发展中，可能会面临着更高的性能要求和更广泛的应用场景。
同时，随着工业互联网的发展，Profibus通讯协议可能会与互联网技术相结合，实现工业设备之间的更加智能化的通讯和控制。
总的来说，Profibus通讯协议作为一种用于工业自动化领域的通讯协议，具有着较好的稳定性和可靠性，被广泛应用于工业控制系统中。
在未来的发展中，Profibus通讯协议可能会面临着更高的性能要求和更广泛的应用场景，但它依然会是工业自动化领域中重要的通讯协议之一。
《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总线》PPT课件
8>使用半双工传输； 9>地址定义范围为:0～127； 10>使用两类站:主站 <主动站,具有总线存取控制权
>和从站 <被动站,没有总线存取控制权>； 11>总线存取基于混合、分散、集中3种方式； 12>数据传输服务有两类: 非循环的:有/无应答要求的发送数据;有应答要求的
发送和请求数据. 循环的 <轮询>:有应答要求的发送和请求数据.
〔1〕NC/RC行规 <3.052>:机床和装配机器人
〔2〕编码器行规 <3.062>:回转式、转角式 和线性编码器与PROFlBUS-DP的连接.
〔3〕变速传动行规 <3.071>:传动技术设备 生产厂商共同制定了PROFIDRIVE行规.
〔4〕操作员控制和过程监视行规 <HMI>:通 过PROFIBUS-DP与更高一级自动化部件的连
PROFIBUS通信模型
第三节 PROFIBUS的通信模型
一、物理层 1.DP/FMS<RS-485>的物理层 2.DP/FMS<光缆>的物理层 3.PA的物理层
1.DP/FMS<RS-485>的物理层
屏蔽双绞电缆符合EIA RS-485标准<也称 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
组成部分 <TYPEIII>； 20XX成为中国的机械行业标准/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,它以
DIN19245的第三部分为基础,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.
第5章 PROFIBUS通信原理资料
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现场总线原理及应用
4.1 PROFIBUS的通信模型
4.1.1 PROFIBUS协议组成 4.1.2 PROFIBUS 的通信模型概述 4.1.3 PROFIBUS 的通信方式概述
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现场总线原理及应用
4.1.2 PROFIBUS 通信协议模型
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现场总线原理及应用
4.3.2 PROFIBUS数据链路层服务
1.发送数据需应答（SDA）
2.发送数据无需应答（SDN）
3.发送并请求数据需回答（SRD）
4.循环地发送并请求数据需回答（CSRD）
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现场总线原理及应用
4.3.2 PROFIBUS数据链路层提供的数据传输服务
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现场总线原理及应用
4.2.1 FMS/DP 的物理层
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现场总线原理及应用
4.2.1 FMS/DP 的物理层 三、拓扑结构
PROFIBUS网络的拓扑结构可以采用总线型、环形以及 冗余等结构。使用双绞线作为传输介质时，一般采用总线 型结构。
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现场总线原理及应用
4.3.1 PROFIBUS数据链路层概述
数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端 设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。媒体是长期的， 连接是有生存期的。在连接生存期内，收发两端可以进行 不等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信 联络和拆除通信联络的过程。这种建立起来的数据收发关 系就叫做数据链路.。
第6讲 PROFIBUS-DP从站之间的DX方式通讯
插入工作站 分别插入一个主站（命名为“Master”）、一个接收数据 的从站（命名为“Rec_Slave”）和一个发送数据的从站（命 名为“Send_Slave” 。
三、组态发送数据的从站
①选择 PROFIBUS-DP 站点地址
②点击新建按钮，建立网络
③选择波特率 ④选择行规
⑤确认
三、组态发送数据的从站
在接收从站的OB1中调用SFC14
七、编写读写程序
在发送从站的OB1中调用SFC15
下面用STEP软件进行组态。
创建数据交换区
四、组态DP主站
按照上述方法组态主站： CPU 选用CPU 314C -2DP ，将 PROFIBUS地址设为2，波特率设为1.5Mbit/s，行规设为DP。 在DP属性设置对话框中，切换到“Operating Mode”标签，选 择“DP Master”操作模式。
五、连接从站
在硬件组态窗口中，打开硬件目录，选择“PROFIBUS DP”→“Configured Stations”子目录，将CPU 31x拖拽到连接 主站CPU集成DP接口的PROFIBUS总线符号上，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“连 接”按钮确认。
六、组态接收数据的从站
建立DX和DS数据区
六、组态接收数据的从站
组态完该从站后，再打开主站的硬件组态窗口，将第二 个从站挂到PROFIBUS总线上去。点击“连接”按钮，建立主 从站的链接。设定主站与从站的地址对应关系，并将数据一 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 性选为ALL。
完成后的PROFIBUS总线系统
七、编写读写程序
在插入该从站CPU时创建PROFIBUS网络，注意将PROFIBUS 地址设为4 ，波特率设为 1.5 Mbit/s ，行规设为DP。并在 Configuration页面中新建两个数据交换区，分别设置为MS （主-从）模式和DX（直接交换）模式。设定DX模式下的通讯 交换区时，需要设定发送数据从站的站地址，本例为3。 本例在接收数据的从站中配置了2个数据区，分别与发送 数据的从站和DP主站建立如下的数据交换关系：
如何通过Profibus总线与ABB变频器实现S7—300的通信原理与实现方法
如何通过Profibus总线与ABB变频器实现S7—300的通信原理与实现方法摘要：随着我国国民经济与科学技术的不断发展，现场总线控制系统集成技术的地位不断上升，作为现场总线控制系统集成的一个重要组成部分，通讯问题也成为了当今社会广泛关注的热点问题之一，本文对通过PROFIBUS总线与ABB变频器实现S7-300的通讯原理与实现方法进行探讨，并且结合相应实例开始分析，以期为该项技术的发展提供相应的帮助。
关键词：Profibus总线;ABB变频器;S7-300;分析研究前言目前，PROFIBUS在工控系统中占有着相当重要的地位，并且在各行各业都有着应用，因为其能实现上位操作，并且将传统开关触电的接触方式进行修改，使得在生产建设过程中对设备的控制速度以及准确度也相应的得到了提高，并且能对变频器的重要运行数据时时进行监控，及时的对变频器出现的问题进行警示，维修人员会根据这些警示数据对变频器进行维修，确保了生产过程的顺利进行，对于我国的经济建设有着重大的意义。
1.PROFIBUS-DP现场总线的起重机控制网络系统分析讨论1.1PROFIBUS的通讯实现原理PROFIBUS通讯主要分为主站以及从站，通过混合的总线存取控制机制来保证PROFIBUS的正常通讯，主站与主站间互相发送逻辑令牌来完成传递，一旦主站拥有了逻辑令牌，那么就等于这个主站在这个时间段内拥有了总线的控制权，进而决定整个系统的通讯，通过主站到从站的循环方式和从站之间进行信息交流。
1.2PROFIBUS-DP现场总线的起重机控制网络系统的组成PROFIBUS-DP现场总线的起重机控制网络系统主要由两个从站，一个上位机以及一个SIMATICS7-300/400PLC通过一些辅助设备进行连接而成[1]。
其中上位机采用的是SIEMENS公司生产的工控机，并且使用CP5611接口卡将PROFIBUS与工控机相连接，因此，上位机能够实现现场总线的操作以及运行等功能的网络系统控制。
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。
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PROFIBUS 簇
EN 50170 Volume 2
通用目的自动化 工厂自动化 过程自动化
PROFIBUS-FMS
RS 485 / FO 通用
-大范围的应用 -多主通信
PROFIBUS-DP
RS 485 / FO 快速
-即插即用 - 高 效、廉 价
PROFIBUS-PA
IEC 1158-2 面向应用
RS 485 的屏蔽 / 接地
主 从 从
接地线
接地线
接地线
数据电缆 接地电缆
数据电缆
详细的安装指示在PROFIBUS-DP / FMS 的安装导则中说明， 订单号 2.112
RS-485 传输的数据位顺序
每个八位二进制数（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
数据链路层 (2)
物理层 (1) EN 50 170
FMS的协议结构
FMS定义了物理层、数据链路层和应用层和用户接口，三到 六层未加描述 物理层提供了光纤和RS485二种传输技术 数据链路层完成总线的存取控制并保证数据的可靠性 应用层定义了低层接口LLI和现场总线信息规范FMS LLI的作用是协调不同的通信关系并提供不信赖设备的第二 层访问接口，FMS提供了范围广泛的功能来保证它的普遍应 用 在不同的应用领域中，具体需要的功能范围必须与具体应用 要求要适应，这些适应性定义称之为行规，行规提供了设备 的可互换性，保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能 FMS在用户接口中规定了相应的用户及系统以及不同设备可 调用的应用功能，定义了现场设备行为的行规
*终羰电阻供电电源 +5V
数据线
RxD/TxD-P (3)
* 数据线B
数据线
RxD/TxD-N (8)
* 数据线A
屏蔽 保护地 保护地
390
DGND (5)
数据传输结束，即 +5V地
电缆接线
A型电缆的总线终端器
* 注: 中继器没有站地址，但它们被计算在每段的最多站数中
全部设备均与总线连接 每个分段上最多可接32个站 每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作 运行不发生误差。 两个总线终端电阻必须一直有电源 当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接 各总线段。串联的中继器一般不超过四个 电缆的最大长度取决于传输速度.一旦设备投入 运行，全部设备均需选用同一传输速度。
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
其它技术特点
信号线可用设备电源线。 每条总线区段可连接32个设备，不同区段用中继器连接。 传输速率可在9.6kB/S～12MB/S间选择。 传输介质可以用金属双绞线或光纤。 提供通用的功能模块管理规范。 在一定范围内可实现相互操作。 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)。 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)。
PROFIBUS 协议符合 ISO/OSI 的开放系统参考模型
FMS
DP
DP- 行规
PA
PA- 行规 DP- 扩充功能 DP 基本功能
Layer
FMS
用户层
设备 行规
应用层 (7) (3)-(6)
现场总线信息规范
未用 现场总线数据链路
RS-485 / 光纤 IEC 接口 IEC 1158-2
PROFIBUS 导则 + 行规
安装 RS 485 (2)
第一个站 总线终端 VP 390 最后一个站
总线终端
VP 数据线 B 数据线 A 390 B 220 A 390 DGND
B
220 A 390 DGND
A 站2
B
A 站3
B
总线的连接示意图
为了在高电磁辐射环境下获得良好的抗干扰性能，可以使用带屏蔽 的数据传输电缆，屏蔽电缆两端的屏蔽编织箔必须与地线连接，并 通过尽可能大面积的屏蔽接线来覆盖。此外，在铺设过程中建议把 数据线和高压线隔离
二 传输技术
现场总线系统的应用在很大程度上取决于选择哪种传 输技术 除了传输可靠性、传输速度、传输距离等通用的要求 以外，考虑一些使用的灵活性及其它一些机电因素也 十分重要 例如，当应用于过程自动化时，特别是涉及本质安全 防爆的应用场合，数据和电源在同一根总线上传输就 很有必要 由于单一的传输技术不可能满足所有要求，因此 Profibus提供了RS485传输、IEC1158-2传输和光纤传 输三种类型
PA的协议结构制领域，可以把测量变送器、阀 门、执行机构用一根总线连接起来 PA数据传输采用扩展的DP协议，只是在上层增加了描 述现场设备行为的PA行规 简单的说，PA就相当于DP通信协议加上最适合现场仪 表的传输协议IEC1158-2 根据IEC1158-2标准，PA可通过总线给现场设备供电， 并可确保数据传输的本质安全性 当使用分段耦合器，PA装置能很方便的连接到DP网络
表 9 针D 型连接器的针脚分配
信号 Shield M24 RxD/TxD-P * CNTR-P DGND * VP * P24 RxD/TxD-N * CNTR-N 规定 屏蔽/保护地 24 V 输出电压的地 接收数据/传输数据阳极 (+) 中继器控制信号 (方向控制) 数据传输势位（对地 5V） 终端电阻-P的供给电压, (P5V) 输出电压 ＋ 24V 接收数据／传输数据阴极（-） 中继器控制信号 （方向控制）
PROFIBUS
现场总线技术
ProfiBus(Process field Bus)通讯简介
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，它既符合德国标准DIN19345及 欧洲标准EN50170，同时也于2000年成为国际标准IEC61158的组成部 份，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是在1987年由Simens等13家企业和5家科研机构在德国联 邦研技部的资助下，联合研究开发的开放式现场总线标准。 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。
此编码原理称非归零码NRZ （即 Non Return to Zero）
1. 字节
空闲 LSB 位顺序:
开始 1 2 3 4 5 6 7
2. 字节
MSB
8
奇偶 终止 开始 校验
LSB
用于PA的IEC1158-2传输技术
根据IEC1158-2的传输技术用于PROFIBUS-PA，能满足石油和化 工工业要求，它可保证其本质安全，并通过总线对现场设备供电 。IEC1158-2是一种位同步协议，其技术特性如下： 本质安全 (可选) 和通过总线对站供电 (可选) ，能满足化工和 石油化工业的要求
拓朴
(PROFIBUS 支持总线型，树型和星型拓扑)
这里提供的拓扑是总线型拓扑 在总线的开头和结尾必须有终端 一段可以由最多 32 个站*组成
终端 终端 中继器
终端
站1
2
终端
中继器
3
30
31
62
61
33
32
* 注: 中继器没有站地址，但它们被计算在每段的最多站数中
在一个PROFIBUS 系统中最大可连接126个站，总线系统 分为若干段，每个分段最多可连接32个站（主站和从 站），每段的头尾都需要一个永远有源的总线连接器， 标准的总线连接器用一个开关来控制终端电阻。两个总 线终端必须一直有电源 如果总线上超过32个站点，各个总线分段之间用中继器 （线路放大器）连接，中继器也计数为其中的一个站点 作为被动的总线站，中继器的作用是保证能明确识别与 之连接站点之间所交换的数据 如果PROFIBUS总线要覆盖更长的距离，中间可建立连接 段，连接段内不挂接任何站点 一般情况下，建议使用的中继器不超过四个
DP的协议结构
DP定义了物理层、数据链路层和用户接口，三至七 层未加描述 这种结构是为了确保数据传输的快速有效地进行 DP中的物理层和数据链路层与FMS中的定义完全相同， 二者采用了相同的传输技术（光纤或RS485传输）和 统一的总线控制协议（报文格式），直接数据链路映 像DDLM为用户接口与数据链路层之间的信息交换提供 了方便。 用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应 用功能，并详细说明了各种不同DP行规
RS485传输的基本特征和A型导线的特 性参数
传输速率与A型电缆总线长度的关系
PROFIBUS 电缆要求 - RS 485
参数
电缆设计 浪涌阻抗 回路电阻
电缆类型 A
屏蔽双绞电缆
135 ... 165 110 / km
线径
线截面积 每单位长度的电容
0.64 mm
ProfiBus主要有三部分组成，包括：ProfiBus-DP、 ProfiBus-PA、 ProfiBus-FMS ，简称DP、PA和FMS ProfiBus-DP（H2）是一种经优化的高速低成本通信， 专为自动控制系统和设备级分散I/O之间的通信设计 ProfiBus-PA(H1)是专为过程自动化设计，提供本安传 输技术，可使传感器和执行机构联在一根总线上，主要 用于现场设备层的总线 ProfiBus-FMS主要用于车间级监控网络，解决车间级通 用性通信任务，是一个令牌结构的实时多主网络 一般将DP和FMS混合使用 Profibus 的三个兼容产品，使得Profibus 既适合于 自动化系统与现场I/o单元的通讯，也可用于直接连接带 接口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表对现 场信号进行采集和监控。