工业数据通信和控制网络

联系方法：邮箱：[e-mail]电话：[phone]QQ：497420789网址：系统一、概述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，也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是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤和无线传输。PROFIBUS技术的发展经历87年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发;89年批准为德国工业标准DIN19245；96年批准为欧洲标准EN50170V.2;98年PROFIBUS-PA批准纳入EN50170V.2;99年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分(TypeIII);2001年批准成为中国的行业标准JB/T10308.3-2001;PROFIBUS在工厂网络中的应用PROFIBUS的实际应用汽车制造在GM,BMW,Ford,FIAT等水泥生产制造业自动化汽车制造装瓶系统仓储系统楼宇自动化交通管理自动化供热、空调系统过程自动化清洗工厂化工和石化工厂造纸和纺织品工业电力工业和电力输送发电厂开关装置啤酒生产污水处理聚合物储存胶制品生产RPOFIBUS给客户的好处一、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二、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三、更大的制造灵活性•改进功能•减少故障时间•准确、可靠的诊断数据•可靠的数字传输技术PROFIBUS的通信参考模型•PROFIBUS(ProcessFieldbus)包含有三个子集：–PROFIBUSDP(DecentralizedPeriphery)用于设备级分散I/O之间的通信，实现分布式控制系统设备间的高速数据传输，传输速率在9.6Kbps—12Mbps之间可选–PROFIBUSPA(ProcessAutomation)用于过程自动化，采用IEC61158-2通信规程，传输速率为31.25K，适用于有总线供电、本质安全要求的应用场合–PROFIBUSFMS(FieldbusMessageSpecification)用于车间级的数据通信，可提供通信量大的相关服务PROFIBUS簇PROFIBUS基本特性PROFIBUS可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，该系统分为主站和从站。主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权（令牌）时，没有外界请求也可以主动发送信息。主站从PROFIBUS协议讲也称之为主动站。从站为外围设备，典型的从站包括：输入输出装置、阀门、驱动器和测量发送器。它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。从站也称为被动站。由于从站只需总线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。PROFIBUS网络的构成PROFIBUS主站(一类主站，必需)•中央可编程控制器，如PLC、PC,支持主站功能的通讯器（通信控制和管理）PROFIBUS从站•分布式I/O、支持DP接口的传动装置•支持从站功能的通讯处理器•其它支持DP接口的输入、输出或智能设备PROFIBUS网络部件•通信介质—电缆•总线部件—总线连接器、中继器、耦合器、链路等人机界面设备(二类主站，可选)•经由通讯处理器连接到网络的计算机及编程设备•工程及诊断工具、网络配置、诊断工具协议结构PROFIBUS协议的结构定向根据ISO7498国际标准以开放系统互联网络OSI为参考模型。下图为PROFIBUS协议模型与ISO/OSI协议模型的关系：PROFIBUS协议结构通信透明从传感器／执行器到区域控制器CNC区域控制器Ethernet/TCP/IPTCP/IP/EthernetPROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PA工厂级总线循环时间1000ms车间级总线循环时间100ms现场级总线循环时间10msPC/VMEVME/PCPLCDCS总线访问混合总线访问协议主站间的逻辑令牌环主从站间的主从协议主站主动站在一个限定时间内(TokenHoldTime)对总线有控制权从站从站只是响应一个主站的请求，它们对总线没有控制权PLC/PCe.g.,I/OPLCPROFIBUS主动站、主设备被动站、从设备PROFIBUS总线访问方式：多主令牌环；主从通信PLCPLCPC令牌方式主从方式令牌调度原理在多主网络中，令牌调度必须确保：每个主站有足够的时间完成它的通信任务目标令牌循环时间TTR(TargetTokenRotationTime)站点的令牌持有时间TTH(TargetTokenHoldingTime)接收令牌后可用于完成通信任务的时间(TTH)令牌实际循环时间TRR(TargetTokenRealRotationTime)PROFIBUS的主站与从站–1类主站：有能力控制若干从站、可完成总线通信控制与管理的设备。PLC、PC机等可作为1类主站。–2类主站：有能力管理1类主站的组态数据和诊断数据的设备。具有1类主站所具有的通信能力。可完成站点的数据读写、系统组态、监视、故障诊断等。编程器、操作员工作站、操作员接口等都是2类主站。–从站：通信上从属于1类主站管理，提供I/O数据的现场设备。PROFIBUS－DP定义三种设备类型PROFIBUS-DP多主系统若干个DP-主可以用读功能访问一个DP-从PROFIBUS-DP多主系统的组成:-多个主设备(1类or2类)-1到最多124个DP-从-在同一个总线上最多126个设备备DP-主(2类)DP-主(1类)DP-主(1类)分散的I/O分散的I/OPROFIBUS-PDP-从PLCPROFIBUS-DPPCCNCIEC1158-2(国际电工委员会,InternationalElectrotechnicalCommission)双向L-Manchester编码,31.25kBit/s本质安全(可选)和通过总线对站供电(可选)屏蔽或非屏蔽的双绞电缆每段距离达1900米，用中继器可延长到10公里PA网段的物理连接PROFIBUS电缆要求-IEC1158-2电缆设计:屏蔽双绞电缆导线面积:0.8毫米2(AWG18)回路电阻:44/km阻抗（在31.25KHz时）:100+/-20%衰减（在39KHz时）:3dB/km每单位长度的电容:2nF/km对IEC1158-2传输的电缆被列在PROFIBUS电子产品指南中DP网段（RS-485）的物理连接RS485，NRZ异步传输比特率从9.6kBit/s到12MBit/s，可选双绞屏蔽电缆每段32个站，最多允许127个站传输距离:12MBit/s时100m;1.5MBit/s时400m;187.5kBit/s时1000m有中继器距离可延长到10公里9针,D型插头PROFIBUS电缆要求-RS485参数电缆类型A电缆设计屏蔽双绞电缆浪涌阻抗135...165回路电阻110/km线径0.64mm线截面积0.34mm每单位长度的电容30pF/mPROFIBUS电缆被列在PROFIBUS电子产品指南中。PROFIBUS电缆长度（对RS485）长度可以用中继器来延长传输速度在9.6Kbps—12Mbps之间可选，挂接在同一条网段上的所有设备均需选用同一传输速度电缆最大长度取决于传输速率。如使用A型电缆，则传输速率与长度如下表9针D型连接器的针脚分配（为RS485用）对PROFIBUS-DP/FMS提供的连接器类型是9针D型连接器插座部分被安装在设备上如果其他连接器能提供必要的命令信号的话，也允许使用针脚号信号规定1Shield屏蔽/保护地2M2424V输出电压的-3RxD/TxD-P*数据接收/发送线+B线4CNTR-P中继器控制+5DGND*数据地即0电位6VP*终端器电阻供电端(+5V)7P2424V输出电压＋8RxD/TxD-N*数据接收／发送线-A线9CNTR-N中继器控制-*每个设备必须支持命令信号RS232和RS485知识补充拓朴结构这里是总线型拓扑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(PROFIBUS支持总线型，树型和星型拓扑)终端终端终端23303162613332终端中继器中继器*注:中继器没有站地址，但它们被计算在每段的最多站数中站1安装RS485(1)390数据线数据线DGND(5)VP(6)220390RxD/TxD-P(3)RxD/TxD-N(8)A型电缆的总线终端站1站2屏蔽保护地RxD/TxD-P(3)DGND(5)VP(6)RxD/TxD-N(8)(3)RxD/TxD-P(5)DGND(6)VP(8)RxD/TxD-N电缆保护地安装RS485(2)VPBADGND第一个站390220390总线终端最后一个站总线终端VPBADGND数据线B数据线ABBAA站2站3390220390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此编码原理为NRZ（即NonReturntoZero，不归零）空闲开始12345678奇偶终止开始校验位顺序:1.字节LSBMSB2.字节LSB信号电平线A线B微分电压A-B121=数据传输开始2=空闲段、无数据传输、总线终端终止的电平120轴ca.2.5Vca.2.5Vca.2.5Vca.2.5V0轴axis0轴0轴PROFIBUS总线存取协议S1S2S4S7S9S10M3M5M6M8令牌环令牌传递轮询M:Master(activestations)S:Slave(passivestations)主站从站....在图中，PROFIBUS总线上的主设备M3获得令牌，即获得了总线控制权，此时，主设备M3与M5进行数据传递，同时M3也可以与从设备S1、S2、S3等进行通信，M3对从设备进行循环查询。当M3主站没有需要发送的帧或在规定时间内发送完了所需发送的帧，或者M3的控制时间终了时，它就将主站令牌传递给下一个主站M5。以后，令牌在M5-M6-M8-M3之间进行传递。PROFIBUS总线存取协议MAC（介质访问控制层，MediaAccessControl）二、PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP(DecentralizedPeriphery)用于设备级的高速数据传送，中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备（如I/O，驱动器、阀门等)进行通信，多数数据交换是周期性的，除此之外，智能化现场设备还需要非周期性通信，以进行配置、诊断和报警处理。1、PROFIBUS-DP的基本功能中央控制器周期地读取从设备的输入信息并周期地向从设备发送输出信息，总线循环时间必须要比中央控制的程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供了强有力的诊断和配置功能，数据通信是由主机和从机进行监控的。PROFIBUS-DP的基本功能如下：①传输技术·RS-485双绞线双线电缆或光缆。·波特率从9.6Kbps-12Mbps。②总线存取·各主站间令牌传送，主站与从站间数据传送。·支持单主或多主系统。·主-从设备，总线上最多站点数为126。PROFIBUS-DP数据传输Syn=同步时间SD2=帧前定界