现场总线技术讲座第三讲基金会现场总线(续)
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现场总线技术第三章 PROFIBUS 总线(第3版)
上的正电位，而在RXD/TXD-N线上则正相反。 各报文的空闲（idle）状态对应于二进制“1”信号 A线对应于RXD/TXD-N信号，而B线对应于RXD/TXD-P信
号。
（2）总线连接
国际性的PROFIBUS标准EN50170推荐使用9针D型连接器 用于总线站与总线的相互连接（9针头）。
(4)设备类型
1)第一类DP主站 (DPMl):可编程控制器，如PLC、PC 等;
2)第二类DP主站 (DPM2):可编程、可组态、可诊断的 设备;
3)DP从站:带二进制或模拟输入、输出的驱动器、阀门 等。
(5)诊断功能（分为3类）
本站诊断操作:本站设备的一般操作状态，如温度过 高，电压过低。
1989年成为德国工业标准DIN19245； 1996年成为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS-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。
7)介质、距离、站点数取决于信号特性。 8)传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6kbit/s
到l2Mbit/s不等。 9)可选第二种介质 (冗余)。 10)在传输时，使用半双工，异步，滑差 (Slipe)保护同
步。 11)报文数据的完整性，用海明距离 (HD)=4 12)地址定义范围为:0~127(对广播相群播而言，127
载而引起导线反射，因此必须使用附加有轴向电感的总 线连接插头。
（4）传输技术
网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻； 传输速率： 9.6kbit/s—12Mbit/s； 介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件
号。
（2）总线连接
国际性的PROFIBUS标准EN50170推荐使用9针D型连接器 用于总线站与总线的相互连接（9针头）。
(4)设备类型
1)第一类DP主站 (DPMl):可编程控制器，如PLC、PC 等;
2)第二类DP主站 (DPM2):可编程、可组态、可诊断的 设备;
3)DP从站:带二进制或模拟输入、输出的驱动器、阀门 等。
(5)诊断功能（分为3类）
本站诊断操作:本站设备的一般操作状态，如温度过 高，电压过低。
1989年成为德国工业标准DIN19245； 1996年成为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS-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。
7)介质、距离、站点数取决于信号特性。 8)传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6kbit/s
到l2Mbit/s不等。 9)可选第二种介质 (冗余)。 10)在传输时，使用半双工，异步，滑差 (Slipe)保护同
步。 11)报文数据的完整性，用海明距离 (HD)=4 12)地址定义范围为:0~127(对广播相群播而言，127
载而引起导线反射，因此必须使用附加有轴向电感的总 线连接插头。
（4）传输技术
网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻； 传输速率： 9.6kbit/s—12Mbit/s； 介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件
现场总线讲义
Batch Process Control
Materials Handling Control
Robotics
Numerical Control
1998 年
IEC 61158
形成 IEC 61158
TS
TS
相当于 FF H1
1999 年 12月通过 月通过
Type 2:Control Net Type 3:PROFIBUS Type 4:P-Net Type 5:FF HSE Type 6:Swift Net Type 7:WorldFIP Type 8:Interbus
谢 谢 大 家
再 见
CPO
COM - Component Object Model DCOM- Distributed Component Object Model DCS - Distributed Control System OLE - Object Link and Embedding (ActiveX) OPC - OLE for Process Control TCP/IP-Transmission Control Protocol/Internet Protocol HMI - Human-Machine Interface RPC- Remote Process Call UDP- User Datagram Protocol
EN 50 170 DIN E 19245 T4
数据链路层 (2) 物理层 (1)
IEC 接口 IEC 1158-2
行规
现场总线欧洲标准的结构
CLC TC65C X
EN EN 50170 P-Net, PROFIBUS, WFIP, FF, Control Net EN EN 50254 DP, DWF, INTERBUS prEN EN 50325 Device Net, SDS
现场总线技术及应用课件：现场总线技术概述
现场总线技术概述
现场总线的主要任务，就是通过自动化系统的数据信息 来完成生产的执行。这些数据信息包括电机的电流、电机的 转速、管道的流量、阀门的状态、温度的高低、压力的大小 等，还包括控制电机的启动和停止、打开和关闭阀门、发送 警报等。现场总线传递的数据信息，是现场控制流程能够正 常进行下去的基础，也是企业级网络非常重要的部分。
接上。 现场总线的主站和子站有内置或外加的通信模块、通信
卡，而且支持相同的通信协议以实现互连。
现场总线技术概述
当然，如果现场总线的规模较大，也可能出现包含多个 不同通信协议的子网的情况，但每个子网使用的一定是同一 个通信协议。子网和子网之间，可以通过网关来实现协议的 转换，以组成大的主网。主站除了具备通信能力之外，还具 有强大的运算能力，因为在每一个扫描周期，主站都需要对 通信的数据进行处理并做出响应。通信的速度越快，主站的 运算能力的需求就越大，否则通信的实时性就无法体现出来。 子站作为受控设备，相对来说运算能力的要求比主站要小得 多，但也要能够及时执行主站的控制命令、监视命令并及时 反馈信息。当
现场总线技术概述
最后是降低了生产的稳定性。开关量信号和模拟量信号 都是纯粹的电信号，极易受到干扰。如果现场设计或施工不 当，则在信号受到干扰时很容易出现设备误动、信息错误、 无法安全停机等问题。如果是在施工阶段，技术人员尚可花 费大量的时间对其进行排查；如果已进入生产阶段才发现类 似问题，则需要花费大量的人力和物力来进行二次改造。
现场总线技术概述
现场总线的安全性则分为两个方向，一个是面向安全设 备的，另一个是面向通信本身的。面向安全设备方面，现在 很多通信协议都在自己的规范中单独加入了安全设备的部分， 牵涉安全设备的冗余、自检等，其目的是和安全设备做到更 优的适配，保证在出现安全问题时可以正常地停机。面向通 信本身方面，在前面稳定性的部分有必要的设置，如数据校 验、心跳协议等，其目的是保证通信自身信息的安全，并在 出现故障时可以做出正确的动作，如停机、报警等。得益于 通信速度的加快，目前这一部分的内容在整个通信协议的交 换信息中的占比越来越大，就是为了提高通信自身的安全性。
现场总线讲解
20
CUMT
(4) CAN
监控系统与现场总线
CAN是控制局域网络(Control Area Network)的简称，最早由德国 BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。 其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准。
CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，只 取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。
屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场 总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。
13
CUMT
监控系统与现场总线
基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。
CUMT
H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m( 可加中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安 全防爆环境。
can的性能特点can的技术规范can总线有关器件介绍制造商产品型号器件功能及特点intel82526825278xc196cacbcan通信控制器符合can20can通信控制器符合cab20b扩展的8xc196can通信控制器符合can20bphilips82c200sja10008xc5928xce59882c15082c250p51xac3can通信控制器符合can20acan通信控制器符合can20b8xc552can通信控制器去掉了ic符合can20a提高了电磁兼容性的8xc592带数字及模拟io的can总线扩展器件符合can20a高性能can总线收发器16位微控制器can通信控制器符合can20bmotorola68hc05x4系列68hc05微控制器can通信控制器符合can20asiemens81c9091c167ccan通信控制器符合can20a微控制器can通信控制器符合can20abnec72005can通信控制器符合can20absilicons19200can总线收发器can的性能特点can的技术规范can总线有关器件介绍531can通信控制器sja1000can控制器主要由实现can总线协议部分和与微控制器接口部分电路组成对于不同型号的can总线通信控制器实现can协议部分电路的结构和功能大都相同而与微控制器接口部分的结构及方式存在一些差异
CUMT
(4) CAN
监控系统与现场总线
CAN是控制局域网络(Control Area Network)的简称，最早由德国 BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。 其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准。
CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，只 取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。
屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场 总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。
13
CUMT
监控系统与现场总线
基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。
CUMT
H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m( 可加中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安 全防爆环境。
can的性能特点can的技术规范can总线有关器件介绍制造商产品型号器件功能及特点intel82526825278xc196cacbcan通信控制器符合can20can通信控制器符合cab20b扩展的8xc196can通信控制器符合can20bphilips82c200sja10008xc5928xce59882c15082c250p51xac3can通信控制器符合can20acan通信控制器符合can20b8xc552can通信控制器去掉了ic符合can20a提高了电磁兼容性的8xc592带数字及模拟io的can总线扩展器件符合can20a高性能can总线收发器16位微控制器can通信控制器符合can20bmotorola68hc05x4系列68hc05微控制器can通信控制器符合can20asiemens81c9091c167ccan通信控制器符合can20a微控制器can通信控制器符合can20abnec72005can通信控制器符合can20absilicons19200can总线收发器can的性能特点can的技术规范can总线有关器件介绍531can通信控制器sja1000can控制器主要由实现can总线协议部分和与微控制器接口部分电路组成对于不同型号的can总线通信控制器实现can协议部分电路的结构和功能大都相同而与微控制器接口部分的结构及方式存在一些差异
3现场总线技术[新版].ppt
![3现场总线技术[新版].ppt](https://img.taocdn.com/s3/m/6d0b8896ff00bed5b8f31d59.png)
演示课件
模拟仪表控制系统（ACS，ANALOG CONTROL SYSTEM）
• 缺点：难于实现复杂的控制；模拟信号的传递需一对一的物理连接，
信号变化缓慢，提高计算速度与精度的难度较大，信号传输的抗干扰 能力也较差。
演示课件
直接数字控制系统（DDC, DIRECT DIGITAL CONTROL）
演示课件
多个现场总线国际标准并存的原因
• 1.技术方面的原因： • (1)现场总线是一项新技术，正处在“百花齐放”的时期。 • (2)仪表和执行器层的通信在数据的数量上大大增加、内容上大大丰富了，
任何规约都不能面面俱到。
• (3)不同领域的应用需求不同，一种规约难以满足各种不同应用的需求。 • 在这样的技术背景下，形成统一标准的过程将十分漫长。
演示课件
现场总线控制系统的基本结构
• 网络拓扑结构可以选择总线型、星
型和环型等不同形式；通信介质不 受限制，可用双绞线、电力线、光 纤、无线和红外线等多种介质。
• 由FCS构成的Infranet控制网很容易与
Intraneห้องสมุดไป่ตู้（企业内部局域网）和 Internet（全球信息网）互连，形成 一个完整的企业网络三级体系结构。
演示课件
现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比
• 1. 现场总线设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与执行器直接
传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表， 直接在现场完成，实现彻底的分散。
• 2.由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信
号，同时又为多个现场总线设备提供电源；现场总线设备以外不再需要 A/D、D/A转换部件。这样就简化了系统结构、节约硬件设备、节约连接 电缆与各种安装维护费用。
模拟仪表控制系统（ACS，ANALOG CONTROL SYSTEM）
• 缺点：难于实现复杂的控制；模拟信号的传递需一对一的物理连接，
信号变化缓慢，提高计算速度与精度的难度较大，信号传输的抗干扰 能力也较差。
演示课件
直接数字控制系统（DDC, DIRECT DIGITAL CONTROL）
演示课件
多个现场总线国际标准并存的原因
• 1.技术方面的原因： • (1)现场总线是一项新技术，正处在“百花齐放”的时期。 • (2)仪表和执行器层的通信在数据的数量上大大增加、内容上大大丰富了，
任何规约都不能面面俱到。
• (3)不同领域的应用需求不同，一种规约难以满足各种不同应用的需求。 • 在这样的技术背景下，形成统一标准的过程将十分漫长。
演示课件
现场总线控制系统的基本结构
• 网络拓扑结构可以选择总线型、星
型和环型等不同形式；通信介质不 受限制，可用双绞线、电力线、光 纤、无线和红外线等多种介质。
• 由FCS构成的Infranet控制网很容易与
Intraneห้องสมุดไป่ตู้（企业内部局域网）和 Internet（全球信息网）互连，形成 一个完整的企业网络三级体系结构。
演示课件
现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比
• 1. 现场总线设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与执行器直接
传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表， 直接在现场完成，实现彻底的分散。
• 2.由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信
号，同时又为多个现场总线设备提供电源；现场总线设备以外不再需要 A/D、D/A转换部件。这样就简化了系统结构、节约硬件设备、节约连接 电缆与各种安装维护费用。
lec3 现场总线
3.2.2 CAN总线
CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的 简称，它最早是由德国的Bosch公司及几个半导体生产商 开发出来的，起初它是为汽车的检测和控制而设计的，后 来逐步发展到用于其它工业部门，值得指出的是，CAN得 到了Motorola、Intel、Philip、NEC等公司的支持，并广 泛应用在离散控制领域。
第3讲 建筑电气总线技术
3.3.3 LonWorks网络的技术组成
（1）LonWorks节点 典型的现场控制节点主要包括以下功能模块：应用 CPU、I/O处理单元、通信处理器、收发器和电源。 LonWorks智能节点主要分两种类型：以神经元芯片为 核心的控制节点和采用MIP结构的控制节点 。
LonWorks节点软件用Neuron C语言编写，开发出基于 通用型智能网络节点的Agent软件体，使其具有自主性、 协作性、适应性的特点。
第3讲 建筑电气总线技术
3.2.2 CAN总线
CAN总线特点：
CAN协议采用了ISO/OSI模型中的物理层、链路层与 应用层三层结构。
CAN最高通信速率为1Mb/s（通信距离为40m），其最 远通信距离可达10km（通信速率为5kbps），最多可 挂接设备数达110个。传输介质可以是双绞线，光纤等。
第3讲 建筑电气总线技术
3.2.1 EIB总线
EIB总线的主要适用范围： ⑴住房建筑尤其是独立型住宅如别墅等； ⑵公用建筑中部分单体建筑如报告厅、会议室、大堂等；
⑶大空间的单体建筑如影剧院、体育场馆等；
⑷大范围公共区域的电气控制如住宅小区、广场等； ⑸桥梁、道路等远距离照明控制。
第3讲 建筑电气总线技术
神经元芯片是由流水线作业的3个CPU组成： CPU-1：负责媒体访问控制(物理层、数据链路层)；
3PROFIBUS总线3
数据位 （“0”或“1”信号）
信号） 起始位 （“0”信号） 信号） 图3-3
停止位 （“1”
奇偶校验位 （“0”或“1”
B线 二进制 1 0 1 1 0 1 A线
PROFIBUS字符帧
图3-4 不归零码信号波形
2、传输长度与速率
传输长度与速率成反比.
3、总线连接
1)连接器
EN50170推荐9针D型连接器插座与总线站连接，插头与总线
3.1 PROFIBUS的通信模型和协议类型 一、PROFIBUS的通信模型
OSI的1、2、7层（FMS），物理层、数据链路层、应用层。
1、物理层包含
PA的物理层。
DP/FMS(RS-485)的物理层，DP/FMS(光纤电缆)的物理层，
2、数据链路层
数据链路层规定总线存取控制、数据安全性以及传输协 议和报文的处理。在PROFIBUS中，数据链路层 (第2层)称为 FDL层 (现场总线数据链路层)。
一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUS站或RS485段可以通过OBT连接到一个光纤电路。
3．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。
3.3 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。
PROFIBUS三个兼容部分:
DP（Decentralized Periphery分散外围设备)，PA（Progress Automation过程
自动化)，FMS(Fieldbus Message Specification，现场总线报文规范）
第4章-基金会现场总线FF-讲课教案
3
F集成；简化操作和维护；灵活的拓朴结构；实现与地点无关 的控制；对等实体间高速通信；真正的可互操作性；完善的售后服务与技术支持
4
FF 通信模型
每个具有通信能力的现场总线物理设备都应具有通信模型。
基金会现场总线的核心部分之一是实现现场总线信号的数字通信。
功能块应用 与设备描述
物理层 FF现场总线
1 去除前导码、 定界码 2 数据解码
H1区域
物理层用于实现现场物理设备与总线之间的连接，为现场
设备与通信传输媒体的连接提供机械和电气接口，为现场
设备对总线的发送或接收提供合乎规范的物理信号。
物理层作为电气接口，一方而接受来自数据链路层的信息，把
它转换为物理信号，并传送到现场总线的传输媒体上，起到发
国际电工委员会（International Electro technical Commission，简称IEC）
主要内容
20
1 概述 2 物理层 3 数据链路层 4 用户层及功能块
5 设备描述DD与DDL 6 通信控制器
3 数据链路层DLL
21
数据链路层位于物理层PHY与总线访问 子层FAS之间，为系统管理内核和总线 访问子层FAS访问总线媒体提供服务。
17
FF 现场总线类型
/H2
18
低速现场总线H1 传输速率 31.25Kbps 31.25Kbps 31.25Kbps
高速现场总线H2
1Mbps
1Mbps
1Mbps
信号类型 拓朴结构
通信距离 分支长度 供电方式
本质安全
电压
总线/菊花 链/树型
1900m
电压
总线/菊花 链/树型
1900m
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现场总线技术讲座第三讲基金会现场总线(续)
夏德海
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2005(020)006
【摘 要】@@ 2 FF的拓扑结构rnFF物理层支持双绞线、电缆、光缆、无线等多
种传输介质.目前应用较为广泛的是双绞线和电缆二种.FFH1的拓扑结构见图8.
【总页数】3页(P65-67)
【作 者】夏德海
【作者单位】中国仪器仪表学会
【正文语种】中 文
【中图分类】TP3;TH86
【相关文献】
1.经现场总线基金会授权的燕山仿真培训中心开展基金会现场总线技术培训 [J],
2.基金会现场总线功能块原理及应用 第三讲 基金会现场总线资源块和转换器块
[J], 斯可克
3.基金会现场总线功能块原理及应用第四讲控制和计算类基金会现场总线功能块
[J], 斯可克
4.现场总线技术讲座第三讲基金会现场总线 [J], 夏德海
5.基金会现场总线（FF）———：第三讲 基金会现场总线通信控制器及网板的设
计 [J], 杨佃福
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