PROFIBUS总线技术的基础知识
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
PROFIBUS
ROFIBUS或过程现场总线在1989年被引入，它有时与PROFINET混淆。
它链接的工厂自动化模块与所述过程掌握。
PROFIBUS采纳多支路单电缆连接设备。
相比于旧的方法时，此方法成本特殊是对于较大的站点有效。
其安装成本低，这是很简单找到故障以及由于它是一个单一的电缆。
PROFIBUS的类型
有两种类型或PROFIBUS版本通常被称为
1. PROFIBUS DP
2. PROFIBUS PA
下面是简要介绍了这两种类型。
PROFIBUS DP
它运行超过两芯屏蔽电缆，护套紫色和它的速度从的9.6Kbps到12Mbps的不同而不同。
一个特定的速度，可以选择一个网络，得到足够的时间用于与全部存在于网络中的设备。
假如系统渐渐地转变再下层通信速度是合适的，假如系统快速转变则有效的沟通将通过更快的速度发生。
即在PROFIBUS DP使用RS485的平衡传输只允许在一次要连接32个设备，但多个设备可以连接和网络可以通过使用集线器或中继器进行扩展。
PROFIBUS PA
它比PROFIBUS DP较慢，通过蓝色31.2Kbps的定速运行护套二芯屏蔽
电缆。
该通信可以开头以削减爆炸的或为本质需要平安设备的系统的风险。
在PROFIBUS PA的消息格式是相同的PROFIBUS DP。
注：PROFIBUS DP和PROFIBUS PA不应与PROFINET相混淆。
PROFINET 是以太网通信标准，它是用于过程掌握和处理的测量。
它基本上是用于计算机系统在办公室或一个网络链接。
PROFIBUS现场总线技术综述
PROFIBUS现场总线技术综述1 前言20世纪80年代中期，现场总线在要实现整个企业的信息集成、要实施综合自动化这一实际需求的驱动下应运而生，它作为现场设备之间互联的控制网络，沟通了生产过程控制设备之间及其更高控制管理网络之间的联系，为彻底打破由于设备之间采用传统的一对一连线，用电压、电流的模拟信号进行测量控制等难以实现设备之间以及系统与外界的信息交换的现状创造了条件。
随着科学技术的发展，PROFIBUS总线技术应运而生，并构成企业网络的基础[1-2]。
图1 PROFIBUS系统组成部分结构图2 PROFIBUS概述PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，并且是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术，广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。
PROFIBUS有PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS等3个兼容部分组成，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案[3-5]。
3 PROFIBUS的组成PROFIBUS系统主要由三部分组成，如图1所示。
3.1 PROFIBUS-DPPROFIBUS-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已进行组态、诊断和报警处理。
PROFIBUS-DP的基本特性：（1）PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。
（2）DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1按照确定的递归顺序自动进行的。
（3）除主-从功能外，PROFIBUS-DP允许主-主之间的数据通信，这些功能使组态和诊断设备通过总线对系统进行组态。
第二章PROFIBUS现场总线
PROFIBUS-PA
PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA
PROFIBUS-DP
Promass 63
PCS Teleperm M
TMD 834
Segment coupler Pepperl+Fuchs
Valves Samson
Deltapilot S
Tank Farm
电气与控制工程学院
14 Buffer Tanks
化工厂的应用
项目从1997 年1月开始 使用仪器仪表和控制设备总值 5 百万马克 1,000 PROFIBUS-PA 的传感器和执行器
Profibus 现场总线
Control room
Engineering Commuwin II
Visualization
Tank Farm Reactor
RS 485 / FO
快速
-即插即用 - 高 效、廉 价
PROFIBUS-PA
IEC 61158-2
面向应用
-总线供电 -本质安全
电气与控制工程学院
5
PROFIBUS 给客户的好处
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
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
3
工厂级
总线 循环时间
< 1000 ms
车间级
总线 循环时间
< 100 ms
Profibus 现场总线
通信透明 从 传 感 器／执 行 器 到 区 域 控 制 器
Ethernet/TCP/IP
区域 控制器
PROFIBUS-DP知识
什么是PROFIBUS-DP在有的电厂或化工厂中应用的控制系统是和利时的，和利时控制系统的控制网采用Profibus-DP，Profibus-DP工业现场总线与自动化系统各个I/O 模块及智能设备连接通讯，实时、快速、高效的完成过程或现场通讯任务。
而且我们都在使用，所以有必要了解一下什么是PROFIBUS-DP。
1．PROFIBUS-DP 是目前欧洲乃至全球应用最广泛的总线系统，安装简单、拓扑结构多样、易于实现冗余、通信实时可靠、功能比较完善，卓越的性能使得它适用于各种工业自动化领域。
随着PROFIBUS-DP 控制系统在我国越来越广泛的应用，将原有的不符合DP 标准的设备连接到PROFIBUS-DP 现场总线网络中，就需要开发DP 通讯转换接口。
因此，进行DP 通讯转换接口的开发是很有必要的。
本文主要讨论采用SPC3 通信协议芯片实现DP 通讯转换接口的硬件和软件。
2. PROFIBUS-DP 现场总线2.1 PROFIBUS-DP 基本特性PROFIBUS-DP 用于现场级的高速数据传输，中央控制器（如PLC/PC）通过串行连接与分散的现场设备（如I/O、驱动器和阀门及测量变送器）进行通信。
中央控制器（主站）期的读取从站的输入信息并周期的向从站发送输出信息，除周期性数据传输外，PROFIBUS-DP 还提供智能化设备所需的非周期通讯以进行组态、诊断和报警处理。
PROFIBUS-DP 具有快速、即插即用、高效低成本等优点。
2.2 PROFIBUS-DP 总线拓扑PROFIBUS-DP 系统有两种总线拓扑结构：一种是RS-485，采用屏蔽双绞线，拓扑结构为总线型，通信速率为9.6Kbps～12Mbps;另一种是采用光纤，用于电磁兼容性要求高和长距要求的场合。
2.3 PROFIBUS-DP 总线协议PROFIBUS-DP 协议根据ISO7498 国际标准以开放系统互联网络OSI 参考模型为基础，用了参考模型的第1 层物理层，第2 层数据链路层和用户自己定义的用户接口层，第3 层到第7 层未使用;这种精简的结构确保了快速、高效的数据传输。
《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。
《网络控制技术》第4章 Profibus现场总线
4.1.2数据链路层
数据链路层定义总线访问方式和数据传输服务。 PROFIBUS总线访问通信为主从式，具有对总线控制权限 的站点称为主站，而通信过程对总线不具备对总线控制权 限的站点为从站。主站决定了总线的数据通信，当主站获 得总线控制权时，可以主动发送信息，而不必有外界的请 求。从站无总线控制权，仅能对接收的信息进行确认或在 主站发出请求后向主站发送响应。 主站间的通信采用逻辑令牌控制方式，所有的主站构成一 个逻辑令牌环，令牌传递在环中传递保证每个主站在确定 的时间得到总线存取权，以确保在任何时刻只有一个站点 发送数据。令牌实际上是一种数据链路层一种特殊的帧， 按地址的升序依次在各主站间传递。令牌循环一周的时间 是事先规定的，各主站持有令牌的时间取决于令牌配置的 循环时间。拥有令牌的主站可与从站通信，向从站发送或令牌 TTH＝TTR－TRR 否
TTH< 0 是 否 有高先级 报文吗 是 处理高优先级报文
有高先级 报文吗 是 处理高优先级报文
否
有高先级 报文吗 是 处理高优先级报文
否
否
TTH< 0 是 否
TTH< 0 是
传递令牌
4.3.2数据链路服务
发送数据需应答
主站 FDL_SDA_ACK.req L_SDU L_PDU FDL_SDA_ACK.ind L_SDU FDL_SDA_ACK.con L_PDU 主站/从站
4.2物理层
每个站点通过9针连 接器与介质连接。连 接器的插座装在站内， 而插头安装在总线电 缆上。最好用金属的 连接器外壳。
1
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4.2.3物理层(PHY)的服务
Profibus 技术介绍 ppt课件
本征安全总线
设备配置 分路配置
图 1：各种 PROFIBUS 类型
Profibus 技术介绍
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
Profibus 技术介绍
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
帧类型 b7=0
0
肯定的确认消息
1
否定的确认消息
FDL/FMA 1/2 用户错误
2
否定的确认消息
无用于数据发送的资源（或无响应 FDL 数据）
3
否定的确认消息
未激活服务
4 to 7 8
预留 响应 FDL/FMA 1/2 数据低（及发送数据 OK） 否定的确认消息
无响应 FDL/FMA1、2数据（及数据送据OK）
Profibus 技术介绍
各章节中规定的格式
4.6.2/3A -“ – -“ – -“ –
4.6.1A 4.6.1 / 2 / 3A
-“ – 4.6.1A 4.6.1 / 3A
4.6.1B*) 4.6.1B
-“ – -“ –
4.6.2B,4.6.3B
4.6.1B*
4.6.2B,4.6.3B
4.6.2B,4.6.3B
Profibus 技术介绍
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）
Profibus 技术介绍
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 -
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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。
五、Profibus的主要应用
Profibus总线技术现在在国内的发展已经相对比较成熟，它应用的行业也比较广泛。
其中工厂自动化中有：车辆制造、灌装工厂、库存系统、开关设备玻璃生产等等；过程自动化中有：化学工业、石化工业、造纸和纺织工业、食品粮食工业、电站、污水处理等等；另外一些驱动技术和安全应用行业也是非常广泛的。
六、网络的调试、维护和诊断
众所周知，现在Profibus总线网络的应用已经越来越多，那么对于网络的维护和诊断也变得越来越重要，不可忽视。
那么对于网络诊断个工具我们可能了解的不是很多，我也只是接触了几种，其中它包含两种类型，一种是在线式的，T H LINK Profibus硬件加软件TH SCOPE；另一种是手持式的，NetTESTⅡ和Profibus Test 5。
两种类型的工具在诊断过程中的使用可以结合的，所谓在线式的就是长期在线监测，实时记录网络的状态，每个站点的工作状况，是否出现问题，什么时间出现的问题，可能出现了什么问题，并给出相应的建议，这种情况对于那种出现间歇性故障的网络是非常有帮助的，因为这种故障是我们完全没办法预期的，但是这种故障有时会严重影响生产质量的，因此诊断工具的重要性就可想而知了。
同时，检测到网络出现故障之后，可以带着手持式的诊断工具进行检测，一一排查网络中每一个站点可能出现的问题，我们可能都知道，对于Profibus网络的故障来说，百分之**十的故障都是发生在物理层的，那么这两款手持式的诊断工具-NetTESTⅡ和Profibus Test 5在这方面的诊断是非常强大的，他们可以：
comsoft NetTEST II网络分析测试仪，可以系统的检测每一段DP网络，其中大部分的常见错误，比如安装错误，短路，线缆中断，或者屏蔽中断都能够在实际操作之前被检测和解决，而且不管DP从站是连接还是断开，是通电还是断电都是可以的。
NetTEST II能够检测和准确找出以下错误：
◆两根信号线A和B之间的短路
◆信号线A或者信号线B以及屏蔽情况
◆线缆中断或者屏蔽中断
◆交叉的信号线A-B
◆不准确的或者丢失的总线终端
◆总线终端的错误位置
◆线缆长度不合适
◆错误的总线电缆波阻抗
◆错误类型的电缆
◆不够高的传送和接收级别
◆不允许的支线
◆反射
PROFIBUS Tester 5 BC-700-PB是一款功能强大的DP总线诊断和故障排除工具，用于PROFIBUS线缆测试、物理链路层信号质量检测和协议层通信分析。
PB-T5内置充电电池，单机模式下可以图形化显示信号质量柱状图，快速查看检测结果。
存储在PB-T5中的检测结果可导入到PC软件中用于更详细分析。
在不影响PROFIBUS正常运行的情况下，PROFIBUS-Tester 5对DP段内所有主从站的物理层和协议层同时进行完整检测，从而分析网络状况并定位故障
源。
它能准确检测出瞬时干扰和早期错误隐患，比如线缆老化、电阻丢失、接头松动等，可实现预防性维护，有效避免非计划性停机。
功能：
Ø 波特率自动扫描，站点自动检测
Ø PROFIBUS DP段所有主从站的电气信号质量，并以直观地柱状图显示
Ø 安装、调试和维护时的可靠工具
Ø 检测时无电磁干扰产生
Ø 主站仿真、拓朴扫描
Ø 内置示波器
Ø 定位PROFIBUS线缆中的错误、扫描RS-485接口驱动的损坏和其它电气错误
Ø PROFIBUS DP网络和设备的协议分析
Ø 实时清单 (总线上所有在线设备的列表)并以树形排列显示
Ø 全面地在线分析PROFIBUS DP网络中的所有关键参数 (包括主站和从站)
Ø 解析诊断报文、参数化报文、配置报文
Ø 矩阵形式记录重发报文、诊断报文次数
Ø 解码DP-V0、DP-V1、DP-V2报文
Ø 不同颜色记录全部报文，并可过滤记录或过滤显示
Ø 直观地用户界面，红绿灯实时显示物理层和协议层状态
增强型单机模式检测功能：
Ø 可脱离PC机独立检测
Ø 内置锂电池，最长可运行5小时
Ø 彩色图形化显示检测结果
Ø 可存储3组网络的检测结果，网络名称可自定义
Ø 每组可存储5个DP段的快速检测和长期检测结果
Ø 可记录长达99小时的长期检测
Ø 检测结果可导出到PC机用于深入分析
以上时个人的简单认识，仅供参考，谢谢！。