现场总线系统集成与产品开发

关于系统集成（一）系统结构1、单主的系统2、带监控站的系统3、多主系统及分层的多主系统4、几种特殊结构5、-PA网络结构（二）非标通信设备及不同标准总线设备与PROFIBUS连接（三）现场安装及系统可靠性关于产品开发（一）可行性（二）可选择的解决方案（三）DP从站开发详谈关于系统集成（一）系统结构1、单主的系统2、带监控站的系统3、多主系统及分层的多主系统4、几种特殊结构（1）段、中继、站点（2）分支及树形结构（3）光纤网5、-PA网络结构关于系统集成（一）系统结构从系统结构角度对系统集成分类1、单主站的系统根据PROFIBUS技术原理，一个昀小系统至少由一个PROFIBUS（一类）主站和若干PROFIBUS从站组成。PROFIBUS总线访问协议：主站间的逻辑令牌环、主从站间的主从协议。主动站在一个限定时间内(TokenHoldTime)对总线有控制权，从站只是响应主站的请求，它们对总线没有控制权主站一类主站：一类主站完成总线通信控制与管理，完成周期性数据访问。PLC、PC或可做一类主站的控制器。二类主站：二类主站完成非周期性数据访问，如数据读写、系统配置、故障诊断等。二类主站包括：操作员工作站（如PC机加图形监控软件）、编程器、HMI等。主站(1类)PLC主站(1类)HMI主站(2类)从站(1)PLC或其它控制器：PLC可做PROFIBUS上的一个从站。PLC自身有程序存储，PLC执行程序并按程序指令驱动I/O。做为PROFIBUS主站的一个从站，在PLC存储器中有一段特定区域作为与主站通信的共享数据区。主站可通过通信间接控制从站PLC的I/O。(2)分散式I/O：分散式I/O不具有程序存储和程序执行，通信适配器部分接收主站指令，按主站指令驱动I/O，并将I/O输入及故障诊断等信息返回给主站。通常分散型I/O是由主站统一编址，主站编程时使用分散式I/O与使用主站的I/O没有什么区别。(3)智能现场现场设备：即带PROFIBUS接口的现场设备，可由主站在线完成系统配置、参数修改、数据交换等功能。至于那些参数可进行通信及参数格式由PROFIBUS行规决定。驱动器:执行机构:传感器:（1）PLC做PROFIBUS一类主站控制器：如S7-300（-2DP、CP342-5）；S7-400（-2DP、CP442-5）配置/控制软件：STEP7从站提供：GSD文件PROFIBUSPROFIBUSI/OPROFIBUS一类主站PROFIBUSI/OPLC做PROFIBUS一类主站构成应用广泛的单机控制系统：昀简单的单机控制系统：PLC+PROFIBUSI/O（2）另一种单主站系统：PC+网卡做PROFIBUS一类主站：网卡：如CP5×11；CP5613…….配置/驱动软件：COMPROFIBUS、SIMATICNET控制软件：WinAC、WinCC…….从站提供：GSD文件PROFIBUSPROFIBUSI/OPROFIBUSI/OPROFIBUS一类主站关于其他公司PLC或网卡做PROFIBUS一类主站：1、PLC中插入（第三方的）PROFIBUS通信模块，使用相关配置软件：如PLC-5、SLC500C插入SST公司PROFIBUS通信模块；其它：OMRON、MODICON、三菱PLC都有PROFIBUS主站解决方案。2、注意技术指标：昀大多少从站、每个从站昀大I/O、昀大波特率……..3、注意配置软件功能：如有些配置软件不支持复杂的GSD文件结构、少数配置软件不支持用户参数化功能……..4、使用多家第三方的产品互连的建议：①西门子主站+（经测试认证的）第三方从站：比较有把握；②其他：建议在下现场之前做连接实验。2、带监控站的系统（1）PC+组态软件（2）HMI（3）其他通信协议监控站的连接（1）PC+网卡+组态软件：二类主站PROFIBUSPLC：一类主站PC+网卡+组态软件：二类主站（2）HMI：图形、字符、触摸屏…….HMI通信PROFIBUS接口非PROFIBUS接口二类主站从站一类主站RS-232、-485、-422自定义协、MODBUSMPI、Ethernet、CAN、DeviceNet、InterBus……HMI与PLC连接：非总线式连接HMI：PROFIBUS二类主站或从站PROFIBUSPLC：一类主站HMI：二类主站HMI：二类主站或从站典型的单机控制系统结构带HMI的单主系统构成应用广泛的单机控制系统；适用于多种行业：机床、冶金、塑料机械、包装机械、纺织机械、印刷机械、制烟…….控制技术：顺序、过程、运动HMI做一类主站：HMI、PLC、主站一体化PROFIBUSHMI+网卡+SoftPLC(3)系统中连接其他通信协议的监控站常见1:RS-232/485(自定义协议、MODBUS）常见2:MPI、Ethernet、CAN、DeviceNet、InterBus……PROFIBUSMPIEthernetRS-232/485MODBUSCAN/DeviceNet3、多主系统及分层的多主系统（1）基于PROFIBUS的多主系统PROFIBUS链路层：支持基于令牌的多主系统；PROFIBUS应用层：定义信息规范FMS西门子PLC多主系统产品：两种①FMS②S7FUNCTIONPROFIBUS协议结构PA行规FMS设备行规IEC接口IEC1158-2未使用DP扩展功能DP基本功能现场总线数据链路现场总线信息规范DP行规RS-485/光纤FMSDPPA用户层Layer(3)-(6)应用层(7)数据链路层(2)物理层(1)EN50170DINE19245T4行规PROFIBUS总线访问方式兼有多主通信和主从通主动站、主设备PLCPLCPCPROFIBUS被动站、从设备3个主站、7个从站构成的PROFIBUS系统基于PROFIBUSS7FUNCTION多主系统PROFIBUS+S7FUNCTIONPROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS的混合系统VisualizationFMSFMSFMSDPDPDP条码阅读器072036324智能传感器DP-从站组合-从站FMS-从站FMSDPFMSPROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMSPLC分散的输入和输出基于PROFIBUS-FMS分层的多主系统PROFIBUS-FMSPROFIBUS-DP（2）基于ETHNET的多主系统：分层的多主系统IEEE802.3TCP/IPHubPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP分层的多主系统多用于工厂的信息集成系统；面向工厂、面向企业、面向一个集团公司工厂管理层工厂管理层生产控制层生产控制层自动化层自动化层从工厂管理层到自动化层的数据存取工厂自动化信息网络分层结构：工厂管理级、车间监控级、现场设备级IBMCompatibleASCIIPrinterPlotterTowerboxDataASCIIPrinterASCIIPrinter工厂管理级工厂骨干网车间监控网车间监控级现场级网络现场设备级PROFInet:现场总线与信息网络的结合EthernetPROFIBUSFieldDeviceDriveControllerEngineering,HMISafeInvestmentOpennessFieldbusXControllerEngineering,HMIIntelligentFieldDeviceProxy4、几种特殊结构（1）段、中继、站点终端终端终端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昀多站数中站1网络组态规则3:任意两设备之间,中继及有源偶合器总数不超过4个。网络组态规则4:任意两设备之间,昀大传输延时不超过20Tbit（2）分支及树形结构错误的分支结构101112132021223031(3)传输速率与电缆长度（3）光纤网光链路模块OLM——光电转换设备数据传输介质的延长PROFIBUS-DPHubPROFIBUS-DPEthernet5、-PA网络结构（1）PA物理层：MBP*):ManchesterBusPoweredMBP-LP:LowPowerMBP-IS:IntrinsicSafety（2）链路层：DP0+DPV1（3）用户层：应用行规II系统行规1…x通信技术PADevicesPADevices应用行规IIPROFIdriveV2.0andV3.0PROFIdriveV2.0andV3.0IdentSystemsIdentSystemsSEMISEMIEncoderEncoderRIOforPARIOforPA•Descriptions(GSD,EDD)•Tools(DTM,Configurators)•Descriptions(GSD,EDD)•Tools(DTM,Configurators)集成技术应用行规IDP-V0...V2IEC61158/61784•MasterConformanceClasses•Interfaces(Comm-FB,FDT,etc.)•Constraints•MasterConformanceClasses•Interfaces(Comm-FB,FDT,etc.)•ConstraintsWeighing&DosingWeighing&Dosing通用应用行规(可选):PROFIsafe,TimeStamp,Redundancy,etc.PROFIBUSDPFiber:GlassMultiModeOptics:GlassSingleModePCF/PlasticFiberRS485:NRZRS485-IS:IntrinsicSafetyMBP*):ManchesterBusPoweredMBP-LP:LowPowerMBP-IS:IntrinsicSafety传输技术PROFIBUS的技术体系结构PLCPROFIBUS-DPmax.12Mbit/sLink供电隔离器集成的终端器总线供电PROFIBUS-PA31,25Kbit/s....液体分析仪温度变送器DP/PA耦合器及连接器PROFIBUS-DP至12MBit/sPROFIBUS-DP45,45kBit/sPROFIBUS-PA31,25kBit/sJJDP/PA-链接器(模块式扩充,主板昀多含5个耦合器)DP/PA-耦合器24V非-Ex-产品:I400mA,max.30台现场仪表24V24V非-Ex:max.30台proDP/PA-LinkEx:max.10台proDP/PA-LinkEx-产品:I100mAmax.10台现场仪表PROFIBUS-PA31,25kBit/sJJDP/PA耦合器及连接器：编址的不同DP/PA-Link24V12324V12MasterPROFIBUS-PA31,25kBit/s23PROFIBUS-DP45,45kBit/sDP/PA-CouplerPROFIBUS-PA31,25kBit/s24V13224V4PROFIBUS-DP至12MBit/s1SlavePROFIBUS-DP/PA的编址极限SIMATICPCS7max.5DP-通路proCPUPROFIBUS-DP,至12MBit/smax.96DP/PA-LinkproDP-流路PROFIBUS-PADP/PA-Link24Vmax.5DP/PA-耦合器proDP/PA-Linkmax.10(30)现场仪表proDP/PA-耦合器,Ex-(非-Ex)-区理论编址极限:max.5x96x5x30(10)=72000(24000)现场仪表/proPCS7-CPUmax.30现场仪表proDP/PA-LinkDP/PA-Link24VT-支路SIMATICPCS7线形星形PROFIBUS-PA24VPROFIBUS-DPDP/PA-LinkDrivesPLC远程I/OHART气动阀MotorStarterPROFIBUSDPmax.12Mbit/sEthernetHARTPROFIBUS-PA31,25Kbit/sPROFIBUS-PA31,25Kbit/s....Flo