《SIMATIC-S7-300400-PLC原理及应用》精品课-教案

四川機電職業技術學院電子電氣工程教案用纸-第28次课-第28次课6.1PROFIBUS现场总线概述6.2工业以太网概述一、教学简要说明1.教学重点、难点及处理方法教学重点及处理方法：PROFIBUS现场总线协议结构和类型、PROFIBUS层的结构，总线拓扑结构、PROFIBUS总线存取控制、工业以太网的基本特性及网络参考模型。类比与归纳讲解。教学难点及处理方法：PROFIBUS层的结构，总线拓扑结构、PROFIBUS总线存取控制。类比与归纳讲解。2.教学方式（手段）、教学内容要点与时间分配教学方式（手段）：多媒体教学、课堂提问。教学内容要点与时间分配：引入5′1、PROFIBUS现场总线概述50′2、工业以太网概述30′小结5′3.师生活动设计课堂提问、讨论。四川機電職業技術學院電子電氣工程教案用纸-第28次课-二、授课内容1.引入S7－300/400PLC具有很强的通信联网功能。其中PROFIBUS现场总线及工业以太网是较常用的通信联网方式。本次课将就这两种通信方式的结构及特点作一定的介绍。2.教学内容6.1PROFIBUS现场总线概述前言：使用工业现场总线技术，由于减少了用于连接分散的输入/输出设备的电缆，因此工厂的仪器设备的机械安装、连接和布线方面的成本特别低，对于这种技术有各种各样的现场设备可供使用。现场总线必须是标准化的设计和开放的结构。2000年3月，PROFIBUS标准被批准为国际现场总线标准IEC61158的组成部分（TypⅢ）。6.1.1ISO/OSI模型PROFIBUS利用了现有的国家标准和国际标准。其协议以国际ISO（国际标准组织）标准OSI（开放系统互连）参考模型为基础。ISO/OSI通信标准模型有7层组织，分为两类。一类是面向用户的第5层到第7层，另一类是面向网络的第1层到第4层。6.1.2协议结构和类型1.PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP使用了第1层、第2层和用户接口层。第3层到第7层未使用，这种精简的结构高速数据传输。直接数据链路映象程序（DDLM）提供对第2层的访问，在用户接口中规定了PROFIBUS-DP设备的应用功能以及各种类型的系统和设备的行为特征。2.PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS使用了第1层、第2层和第7层。应用层（第7层）包括FMS（现场总线报文规范）和LLI（低层接口），FMS包含应用协议和提供的通信服务。LLI建立各种类型的通信关系，并给FMS提供不依赖于设备的对第2层的访问途径。PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS使用相同的传输技术和总线存取协议。因此，它们可以在同一根电缆上同时运行。3.PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输。此外，它执行规定现场设备特性的PA设备行规。四川機電職業技術學院電子電氣工程教案用纸-第28次课-PROFIBUS-PA是为过程自动化工程中的高速、可靠的通信要求而特别设计的。用PROFIBUS-PA可以把传感器和执行器连接到普通的现场总线段上，即使在防爆区域的传感器和执行器也可如此。6.1.3PROFIBUS层6.1.3.1物理层（第1层）1.DP/FMS（RS485）的物理层（第1层）2.传输程序3.DP/FMS（光纤电缆）的物理层（第1层）4.PA的物理层（第1层）6.1.3.2数据链路（第2层）根据OSI参考模型，第2层规定了总线存取控制、数据安全性以及传输协议和报文的处理。在PROFIBUS中，第2层为FDL层（现场总线数据链路层）。6.1.3.3应用层（第7层）ISO/OSI参考模型的应用层（第7层）提供用户需要的各种通信服务。PROFIBUS的应用层由FMS接口（现场总线报文规范）和LLI接口（低层接口）组成。6.1.4总线拓扑1．RS4852．光纤3．符合IEC1158-2（PROFIBUS-PA）的总线拓扑6.1.5PROFIBUS总线网络中的总线存取控制PROFIBUS的总线存取控制满足了现场总线技术的两个主要应用领域的重要需求，这两个领域就是自动化制造工业和和自动化过程工业。这种总线存取控方式允许有如下的系统配置：（1）纯主-主系统（令牌传递机制）（2）纯主-从系统（主-从机制）（3）两种程序的组合。6.2工业以太网概述工业以太网是基于IEEE802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。工业以太网，在技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。6.2.1工业以太网基本特性1.工业以太网技术上与IEEE802.3兼容，使用ISO和TCP/IP通讯协议。2.10/100M自适应传输速率。3.冗余24VDC供电。4.简单的机柜导轨安装。5.方便的构成星型、线型和环型拓扑结构。6.高速冗余的安全网络，最大网络重构时间为0.3秒。7.用于严酷环境的网络元件，通过EMC测试。8.通过带有RJ45技术、工业级的Sub-D连接技术和安装专用屏蔽电缆的Fast四川機電職業技術學院電子電氣工程教案用纸-第28次课-Connect连接技术，确保现场电缆安装工作的快速进行。9.简单高效的信号装置不断地监视网络元件。10.符合SNMP(简单的网络管理协议)。11.可使用基于web的网络管理。12.使用VB/VC或组态软件即可监控管理网络。6.2.2网络参考模型工业以太网主要有两个重要的网络体系，即OSI参考模型和TCP/IP参考模型。1.OSI参考模型OSI参考模型分为7层，分别是：（1）物理层（2）数据链路层（3）网络层（4）传输层（5）会话层（6）表示层（7）应用层2.TCP/IP参考模型TCP/IP是采用分层体系结构，它与开放系统互连OSI模型的层次结构相似，它可分为四层，由低到高依次为：（1）数据链路层（2）网络层（IP层）（3）传输层协议（TCP协议）（4）应用层3.讲课提纲、板书设计（或多媒体教学）讲课提纲：引入1、PROFIBUS现场总线概述2、工业以太网概述小结板书设计（或多媒体教学）：采用多媒体教学。4.作业布置习题205.小结PROFIBUS现场总线类型、PROFIBUS层的结构，总线拓扑结构、PROFIBUS总线存取控制、工业以太网的基本特性及网络参考模型。