第4章PROFIBUS概述.

2007.2V2.0现场总线技术及应用教程1●现场总线技术第四章PROFIBUS概述DeliveredbyDr.GAOFengTel:[phone]Email:[e-mail]2007.2V2.0现场总线技术及应用教程21.为什么选择PROFIBUS作为主讲内容？PROFIBUS(ProcessFieldBus)以其技术的成熟性、完整性和应用的可靠性等多方面的优秀的表现，使其在现场总线技术领域成为国际市场上的领导者。PROFIBUS不仅注重于系统技术，更侧重于应用行规的研究，使其成为唯一能够全面覆盖工厂自动化和过程自动化应用领域的现场总线；基于以太网（Ethernet）通信标准的PROFInet更使得PROFIBUS技术得到极大的增强。PROFIBUS是在世界范围内应用最广泛的现场总线，在我国也是这样，而且它已成为我国的标准。●PROFIBUS概述一个问题2007.2V2.0现场总线技术及应用教程3本章内容4.1PROFIBUS的发展及其成为标准的历程4.2PROFIBUS家族及其应用4.3PROFIBUS的协议结构4.4PROFIBUS的行规4.5PROFIBUS的GSD文件4.6PROFIBUS－DP版本的发展●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程44.1PROFIBUS的发展及其成为标准的历程1.一项研究课题20世纪80年代后期，围绕现场总线的竞争初见端倪。PROFIBUS的标准规范作为一个研究课题得到了德国政府的大力支持和资助，由12家组织（公司）和5家德国研究所共同开发研究。2.德国国家标准1989年发布了第一个PROFIBUS的草案，作为德国国家标准DIN19245的第1部分和第2部分，它被定义为PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification）。93年发布了被定义为PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）的第3部分。首先进入了德国国家标准。3.欧洲标准随着“现场总线战争”的到来和总线标准竞争的白热化，为了协调各方面的立场，争取欧洲的利益，1993年欧洲电工标准化委员会成立了一个组，来制定和发展欧洲的现场总线标准，可想而知这是一个多么艰苦的工作，因为当时欧洲已经有了很多种类的现场总线。1996年12月发布了欧洲现场总线标准EN50170。当时EN50170包括PROFIBUS（FMS和DP）、P-Net和WorldFIP。进入了欧洲标准。●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程54.1PROFIBUS的发展及其成为标准的历程4.国际标准2000年进入了国际标准，IEC61158－3和IEC61158－10。5.中国标准从2001年到2006年，PROFIBUS凭借其在中国广泛的应用、测试技术本地化、国内企业广泛参与其技术的应用和推广，06年10月，它被批准为中华人民共和国国家标准，它是目前中国唯一的现场总线国家标准。6.最成功的现场总线PROFIBUS是世界上应用最成功的现场总线之一，到2006年初为止，它的安装节点已达到1500万个，这些设备稳定运行在工业现场。PI的会员数达到1300多个，数百个制造商和供应商提供数千种PROFIBUS产品。7.继续强劲发展●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程64.2PROFIBUS家族及其应用1.PROFIBUS家族成员PROFIBUS-FMSFMS是最初的PROFIBUS系统，应用于车辆级智能主站通用的、对等的、面向对象的通信。FMS使用较复杂，成本较高，市场占有率低，并且DP可以稳定使用的通信速率越来越高，使PROFIBUS-DP已经能完全取代FMS，所以PI已经不再支持FMS的发展。PROFIBUS-DPDP（DecentrilizedPeriphery）用于电气自动化和设备自动化中快速的数据交换，它具有设置简单、价格低廉、功能强大的特点。DP的基本版本是DP-V0，扩展版本DP-V1和DP-V2。PROFIBUS-PAPA（ProcessAutomation）主要是为过程控制的特殊要求而设计的。它的数据传输和电源共用一根电缆，可以用于本质安全有要求或一般过程控制的场合。PROFINET严格说起来PROFINET不属于PROFIBUS的成员，它和PROFIBUS是两种完全不同的技术，PROFINET是作为一种新的总线类型出现的。在IEC61158中，它被列为第10种现场总线标准，它是工业以太网技术。●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程74.2PROFIBUS家族及其应用2.PROFIBUS组成的工业网络及其应用从现场层到管理层都可以使用相应的PROFIBUS技术作为解决方案来实现其功能。PROFIBUSDP技术适合于以逻辑顺序空盒子为主的制造业领域，在实际应用中，DP使用量占到PROFIBUS用量的90%；PROFIBUSPA技术用于控制过程复杂、安全性要求严格的石油、化工等以模拟量为主的过程控制领域；并且提供了一种适合于从工业企业的最高层到最底层、从一种总线到另一种总线的宽范围的现场总线解决方案。PROFINET提供了一种更适合于从工业企业最高层到最底层、从一种总线到另一种总线的宽范围的现场总线解决方案。PROFIBUS的主要应用领域是：汽车制造、石油化工、食品工业、矿山、冶炼、包装、运输、造船、装备工业、纺织、交通、制药、烟草和水处理等行业。●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程84.2PROFIBUS家族及其应用●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程94.2PROFIBUS家族及其应用●PROFIBUS概述应用实例冶金行业印刷、造纸行业饮料食品行业烟草机械行业飞机廊桥吹塑机医疗设备仓储传输设备机械行业电力行业楼宇自控汽车行业污水处理船舶行业2007.2V2.0现场总线技术及应用教程104.2PROFIBUS家族及其应用●PROFIBUS概述应用实例----冶金行业唐山恒通精密薄板有限公司唐山钢铁集团有限公司华西集团冷带厂450冷带石家庄鹿泉钢铁公司鞍山钢铁（集团）公司鞍山钢铁公司硅钢片厂采用PROFIBUS现场总线控制，共129个节点，I/O点数将近15000个。2007.2V2.0现场总线技术及应用教程114.2PROFIBUS家族及其应用●PROFIBUS概述瑞士伯尔尼WIFAG公司印刷设备广州日报印务中心吉林纸业股份有限公司山西运城萨瓦莱斯制版有限公司吉林纸业股份有限公司第六制纸车间第十期改造项目采用WAGOProfibus现场总线节点进行控制应用实例----印刷、造纸2007.2V2.0现场总线技术及应用教程124.2PROFIBUS家族及其应用●PROFIBUS概述应用实例----饮料食品行业Danonedairy德国乳品加工厂每天使用30万升牛奶用于制造酸乳酪和甜点共10条生产线及9条包装线均采用WAGO现场总线技术其点数共计15000点沈阳奶制品生产线内蒙古伊利集团天然乳品公司天津可口可乐有限公司广州可口可乐有限公司烟台台华食品有限公司西安汉斯啤酒厂哈尔滨啤酒集团新疆啤酒集团青岛啤酒有限公司2007.2V2.0现场总线技术及应用教程134.2PROFIBUS家族及其应用●PROFIBUS概述应用实例----机械行业瑞士斯德哥尔摩Arlanda机场无人操作系统在廊桥中的应用飞机廊桥2007.2V2.0现场总线技术及应用教程144.3PROFIBUS的协议结构1.协议结构PROFIBUS的协议结构以ISO/OSI为参考模型，所以它的协议结构符合开放性和标准化的要求。特点PROFIBUS只使用了ISO/OSI的第1层、第2层和第7层，另外加一个用户层（Profile，即行规），这样做大大简化了协议结构，提高了数据传输效率，符合工业自动化实时性高、数据量小等特点的要求。相互关系FMS、DP和PA的数据链路层是完全相同的，即它们的数据通讯基本协议是相同的，所以它们可以存在于同一个网络中；DP和FMS的物理层均使用RS485/光纤,所以他们可以使用同一根电缆进行各自的通讯；虽然PA的物理层使用MBP（IEC61158-2）（ManchestercodeBusPowered）技术，但PA也使用DP-V0的基本报文协议，所以DP和PA可以互相通讯；FMS的第7层规范只适合于FMS装置，所以FMS不能和DP、PA交换数据。●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程154.3PROFIBUS的协议结构●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程164.3PROFIBUS的协议结构2.物理层物理层定义了“物理的”（机械、电气、功能和规程）特性，在这其中包括编码类型和传输标准。（教材p70表4-2）RS485传输技术使用屏蔽双绞线铜质电缆，非归零码编码方式，用于需要高速传输速率的任务。RS485传输技术容易使用，安装无需特别的专门知识。其总线结构允许随时增加、拆除站点，简单、成本低。RS485-IS具有快速传输速度的RS485，支持在本质安全区域中使用。特殊的一类RS485技术。MBP使用固定传输速率31.25kbit/s和Manchester编码的同步传输技术。可满足化学工业和石化行业的特殊要求，即采用总线技术的本质安全和总线供电，MBP常用于过程控制自动化领域。光纤传输技术用于有强电磁干扰的环境或远距离的情况，常用的光纤是玻璃光纤和塑料光纤。●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程174.3PROFIBUS的协议结构3.数据链路层功能PROFIBUS的数据交换发生在主站（控制部分）和从站（测试部分）之间，而所有的这种数据交换都必须按一定的协议来完成。数据链路层中包含了对数据传输报文的一般结构描述、安全机制设置以及可能提供的服务。PROFIBUS传输服务包括：SDA（SendDatawithAcknowledge）：该服务只在FMS中使用。数据传输给主站或从站，然后必须要发送一个确认信息作为响应。SRD（SendandRequestDatawithAcknowledge）：在一个信息循环内完成数据发送和接收。借助该服务，DP把输出数据传送到相应的从站，如果这个从站有输入数据，则作为响应，从站把数据传送回主站；如果该主站是个纯输出装置或设备，则它发回一个短报文“0xE5”或“E5h”作为确认报文。SDN（SendDatawithNoAcknowledge）：用于广播传送和多点传送的报文中。SDN用于把数据送往指定的一组从站或全体从站，对SDN服务，没有响应报文。●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程184.3PROFIBUS的协议结构3.数据链路层报文形式SD（StartDelimiter）：报头。SDr：重复SD。LE（NetDataLength)：数据长度。LEr：重复LE。DA（DestinationAddress）：目标地址。SA（SourceAddress）：源地址。FC（FunctionCode）：功能码。FCS（FrameCheckSequence）：校验码。ED（EndDelimiter,ED=0x16）：报尾，固定为0x16。●PROFIBUS概述2007.2V2.0现场总线技术及应用教程194.3PROFIBUS的协议结构3.数据链路层报文的种类有下列几种：SD1＝0x10，用于请求FDL状态；SD2＝0xA2，用于SRD服务，数据长度固定（总为8字节）；SD3＝0x68，用于SRD服务，数据长度不固定；SD4＝0xDC，托肯（令牌）报文，用于2个主站之间发送总线通道授权。●PROFIBUS概述SD1DASAFCFCSEDSD4DASASC令牌报文短应答