LC 技术培训班（第5讲）现场总线介绍ppt课件

1、12021-11-28中核集团的指点和工程师们！中核集团的指点和工程师们！北京机械工业自动化研讨所2021-11-282热热 烈烈 欢欢 迎迎参与参与PLC技术培训班的技术培训班的全体学员！全体学员！l北京精诚智合教学科技2021-11-283陈忠华陈忠华 教授教授PLC培训班培训班第第5讲讲现场总线规范引见现场总线规范引见2021-11-2841. 现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景2. 现场总线技术概念现场总线技术概念 3. 现场总线技术的主要特点现场总线技术的主要特点 4. 现场总线的主要优点现场总线的主要优点 5. 成熟的现场总线应该具有的技术特点成熟的现场总线应该具有的技术

2、特点 6. 现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响 7. 运用运用Profibus-DP进展数据通讯的实例进展数据通讯的实例2021-11-2852021-11-2862021-11-287 现场总线技术自现场总线技术自20世纪世纪80年代产生以来，不断遭到人们的年代产生以来，不断遭到人们的关注，被誉为自动化控制领域的一次新的革命进入关注，被誉为自动化控制领域的一次新的革命进入90年年代以后，现场总线技术一度成为人们研讨的热点代以后，现场总线技术一度成为人们研讨的热点 现场总线技术的产生是由多方面要素共同作用的结果，首现场总线技术的产生是由多方面要素共

3、同作用的结果，首先，现场总线技术的产生反映了当时仪器仪表本身开展的先，现场总线技术的产生反映了当时仪器仪表本身开展的需求，同时也反映了用户实现企业综合自动化，信息化的需求，同时也反映了用户实现企业综合自动化，信息化的实践运用的要求，是工业自动化技术和仪器仪表开展的必实践运用的要求，是工业自动化技术和仪器仪表开展的必然趋势，其次由于计算机技术，通讯技术和控制技术的迅然趋势，其次由于计算机技术，通讯技术和控制技术的迅速开展，为实现上述要求提供了技术根底因此，用户的速开展，为实现上述要求提供了技术根底因此，用户的需求是产生现场总线技术的动力，而计算机，网络通讯和需求是产生现场总线技术的动力，而计算机

4、，网络通讯和自动控制三种技术的开展那么为研讨开发现场总线提供了自动控制三种技术的开展那么为研讨开发现场总线提供了技术根底技术根底2021-11-288 传统控制系统有诸多缺乏：控制器与现场设备之间传统控制系统有诸多缺乏：控制器与现场设备之间靠靠I/OI/O连线衔接，传送连线衔接，传送4-20 ma4-20 ma模拟量信号或模拟量信号或24V DC24V DC等开关量信号，并以此监控现场设备这样，控制等开关量信号，并以此监控现场设备这样，控制器获取信息量有限，大量的数据如设备参数，缺点器获取信息量有限，大量的数据如设备参数，缺点及缺点记录等数据很难得到底层数据不全，信息及缺点记录等数据很难得到底

5、层数据不全，信息集成才干不强，不能完全满足自动化系统对底层数集成才干不强，不能完全满足自动化系统对底层数据的要求；除现场设备均靠规范据的要求；除现场设备均靠规范4-20 ma4-20 ma24V DC24V DC衔衔接外，系统其它软，硬件通常只能运用一家产接外，系统其它软，硬件通常只能运用一家产品不同厂家产品之间缺乏互操作性，互换性，因品不同厂家产品之间缺乏互操作性，互换性，因此开放性，可集成性差此开放性，可集成性差 2021-11-289 这种系统很少留出接口允许其它厂商将本人专长的控这种系统很少留出接口允许其它厂商将本人专长的控制技术，如控制算法，工艺流程，配方等集成到通用系制技术，如控制

6、算法，工艺流程，配方等集成到通用系统中去，因此，面向行业的监控系统很少；对于大范围统中去，因此，面向行业的监控系统很少；对于大范围的分布式系统，运用大量的的分布式系统，运用大量的I/OI/O电缆，以及敷设备工，电缆，以及敷设备工，不仅添加本钱，也添加了系统的不可靠性；由于现场级不仅添加本钱，也添加了系统的不可靠性；由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线缺点诊断，报警，记设备信息不全，现场级设备的在线缺点诊断，报警，记录功能不强，也很难完成现场设备的远程参数设定，修录功能不强，也很难完成现场设备的远程参数设定，修正等参数化功能，影响了系统的可维护性等正等参数化功能，影响了系统的可维护性等 20

7、21-11-2810 由于大规模集成电路的开展，许多传感器，执行机构，驱动由于大规模集成电路的开展，许多传感器，执行机构，驱动安装等现场设备智能化，即内置安装等现场设备智能化，即内置CPUCPU控制器，完成诸如线性化，控制器，完成诸如线性化，量程转换，数字滤波甚至回路调理等功能因此，对于这些智量程转换，数字滤波甚至回路调理等功能因此，对于这些智能现场设备添加一个串行数据接口能现场设备添加一个串行数据接口如如RS-232/485RS-232/485是非常方是非常方便的有了这样的接口控制器就可以按其规定协议，经过串行便的有了这样的接口控制器就可以按其规定协议，经过串行通讯方式通讯方式而不是而不是I

8、/OI/O方式方式完成对现场设备的监控假设想完成对现场设备的监控假设想象全部或大部分现场设备都具有串行通讯接口，并具有一致的象全部或大部分现场设备都具有串行通讯接口，并具有一致的通讯协议，控制器只需一根通讯电缆就可与分散的现场设备衔通讯协议，控制器只需一根通讯电缆就可与分散的现场设备衔接，采用数字通讯方式，完成对一切现场设备的监控和信息集接，采用数字通讯方式，完成对一切现场设备的监控和信息集成，这就是现场总线技术的初始想法成，这就是现场总线技术的初始想法 2021-11-2811 随着控制，计算机，通讯，网络等技术的开随着控制，计算机，通讯，网络等技术的开展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工

9、展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制，管理的各个层次，厂的现场设备层到控制，管理的各个层次，覆盖从工段，车间，工厂，企业乃至世界各覆盖从工段，车间，工厂，企业乃至世界各地的市场信息技术的飞速开展，引起了自地的市场信息技术的飞速开展，引起了自动化系统构造的变革，逐渐构成以网络集成动化系统构造的变革，逐渐构成以网络集成自动化系统为根底的企业信息系统现场总自动化系统为根底的企业信息系统现场总线就是顺应这一方式开展起来的新技术线就是顺应这一方式开展起来的新技术 2021-11-2812 20 20世纪末，世界最艰苦的变化是全球市场的逐渐世纪末，世界最艰苦的变化是全球市场的逐渐构成

10、，从而导致竞争空前加剧，产品技术含量高，构成，从而导致竞争空前加剧，产品技术含量高，更新换代快处于全球市场之中的工业消费必需加更新换代快处于全球市场之中的工业消费必需加快新产品的开发，按市场需求调整产品的上市时间快新产品的开发，按市场需求调整产品的上市时间T T，改善质量，改善质量Q Q，降低本钱，降低本钱C C，并不断完善售前售后，并不断完善售前售后效力效力S S，才干在猛烈的竞争之中立于不败之地追，才干在猛烈的竞争之中立于不败之地追求完善的求完善的T.Q.C.ST.Q.C.S是一个永无尽头的过程，它能不是一个永无尽头的过程，它能不断地促进技术提高与管理改革为了顺应市场竞争断地促进技术提高与

11、管理改革为了顺应市场竞争需求，在追求需求，在追求TQCSTQCS的过程中逐渐构成了计算机集成的过程中逐渐构成了计算机集成制造系统制造系统CIMSCIMS 2021-11-2813 它采用系统集成，信息集成的观念来组织工业消费把市它采用系统集成，信息集成的观念来组织工业消费把市场，消费方案，制造过程，企业管理，售后效力看做要一致场，消费方案，制造过程，企业管理，售后效力看做要一致思索的消费过程，并采用计算机，自动化，通讯等技术来实思索的消费过程，并采用计算机，自动化，通讯等技术来实现整个过程的综合自动化，以改善消费加工，管理决策现整个过程的综合自动化，以改善消费加工，管理决策等由于它把整个消费过

12、程看做是信息的采集，传送及加工等由于它把整个消费过程看做是信息的采集，传送及加工处置的过程，因此信息技术成为工业消费制造过程的重要要处置的过程，因此信息技术成为工业消费制造过程的重要要素综合自动化就是在信息采集，加工的根底上，运用网络素综合自动化就是在信息采集，加工的根底上，运用网络和数据库技术，实现信息集成，在集成信息的根底上进一步和数据库技术，实现信息集成，在集成信息的根底上进一步优化消费与操作，添加产量，改善优化消费与操作，添加产量，改善T.Q.C.ST.Q.C.S提高企业的市场提高企业的市场应变才干和竞争才干应变才干和竞争才干2021-11-2814 随着计算机功能的不断加强，价钱急剧

13、降低，计算随着计算机功能的不断加强，价钱急剧降低，计算机与计算机网络系统得到迅速开展据统计，过去二机与计算机网络系统得到迅速开展据统计，过去二十年中，计算机和通讯的年增长率不低于十年中，计算机和通讯的年增长率不低于25%25%，使计，使计算机集成制造系统的实施具备了良好的物质根底但算机集成制造系统的实施具备了良好的物质根底但处于企业消费过程底层的测控自动化系统，要与外界处于企业消费过程底层的测控自动化系统，要与外界交换信息要实现整个消费过程的信息集成，要实现交换信息要实现整个消费过程的信息集成，要实现综合自动化，就必需设计出一种能在工业现场环境运综合自动化，就必需设计出一种能在工业现场环境运转

14、的，性能可靠，造价低廉的通讯系统，以实现现场转的，性能可靠，造价低廉的通讯系统，以实现现场自动化智能设备之间的多点数字通讯，构成工厂底层自动化智能设备之间的多点数字通讯，构成工厂底层网络系统，实现底层现场设备之间以及消费现场与外网络系统，实现底层现场设备之间以及消费现场与外界的信息交换现场总线就是在这种背景下产生的界的信息交换现场总线就是在这种背景下产生的2021-11-2815 现场总线是运用在消费现场，在微机化丈量控制设备之间实现双向串行多节点数字通讯的系统，也被称为开放式，数字化，多点通讯的底层控制网络它把单个分散的丈量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们衔接成可以相互沟通讯息

15、，共同完成自控义务的网络系统与控制系统 2021-11-2816 根据国际电工委员会根据国际电工委员会IECIEC的定义，现场总线是安的定义，现场总线是安装在消费过程区域的现场设备仪表与控制室内的自装在消费过程区域的现场设备仪表与控制室内的自动化控制安装系统之间的一种串行，数字式，多点动化控制安装系统之间的一种串行，数字式，多点通讯的数据总线或者说，现场总线是以单个分散通讯的数据总线或者说，现场总线是以单个分散的数字化，智能化的丈量和控制设备作为网络节点，的数字化，智能化的丈量和控制设备作为网络节点，用总线相衔接，实现相互交换信息，共同完成自动控用总线相衔接，实现相互交换信息，共同完成自动控制

16、功能的网络系统与控制系统其中，消费过程制功能的网络系统与控制系统其中，消费过程应包括断续消费过程和延续消费过程现场设备仪应包括断续消费过程和延续消费过程现场设备仪表指位于现场层的传感器，驱动器执行机构等设表指位于现场层的传感器，驱动器执行机构等设备因此，现场总线是面向工厂底层自动化及信息集备因此，现场总线是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术成的数字化网络技术2021-11-2817 (1) (1) 现场总线运用数字化通讯信号取代传统的现场总线运用数字化通讯信号取代传统的4-20 4-20 mA mA 模拟信号，可用一条通讯电缆将控制器与现场设模拟信号，可用一条通讯电缆将控制器与现场设

17、备衔接，运用数字化通讯完成底层设备通讯及控制要备衔接，运用数字化通讯完成底层设备通讯及控制要求求(2) (2) 现场总线要求现场设备数字化，智能化，因此，现场总线要求现场设备数字化，智能化，因此，现场设备是带有串行通讯接口的智能化设备现场设备是带有串行通讯接口的智能化设备(3) (3) 现场总线系统中的控制器可从现场设备获取大现场总线系统中的控制器可从现场设备获取大量信息，可实现设备形状，缺点，参数信息传送，可量信息，可实现设备形状，缺点，参数信息传送，可完成设备远程控制，参数化及缺点诊断任务完成设备远程控制，参数化及缺点诊断任务2021-11-2818 (4) (4) 现场总线是计算机网络通

18、讯向现场级的延伸，现场总线是计算机网络通讯向现场级的延伸，现场总线技术采用计算机数字化通讯技术，使自现场总线技术采用计算机数字化通讯技术，使自控系统与设备参与工厂信息网络，完成了企业信控系统与设备参与工厂信息网络，完成了企业信息系统的覆盖范围不断延伸到消费现场的要求息系统的覆盖范围不断延伸到消费现场的要求 (5) (5) 现场总线技术是实现工厂底层信息集成的关键现场总线技术是实现工厂底层信息集成的关键技术，要胜利地实施技术，要胜利地实施CIMS,CIMS,各层次的信息集成及支各层次的信息集成及支撑技术撑技术计算机网络问题计算机网络问题就必需得到处理现就必需得到处理现场总线是工厂计算机网络到现场

19、设备的延伸，是场总线是工厂计算机网络到现场设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术根底支撑现场级与车间级信息集成的技术根底2021-11-2819 (1) (1)基于现场总线的自动化监控系统加强了现场级信息集成基于现场总线的自动化监控系统加强了现场级信息集成才干，现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，可以更才干，现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，可以更好地满足工厂自动化及好地满足工厂自动化及CIMSCIMS系统的信息集成要求，系统除系统的信息集成要求，系统除完成远程控制，还可完成远程参数化任务完成远程控制，还可完成远程参数化任务(2)(2)开放式，互操作性，互换性，可集成性，不同厂家

20、产品开放式，互操作性，互换性，可集成性，不同厂家产品只需运用同一总线规范，就具有互操作性，互换性，因此只需运用同一总线规范，就具有互操作性，互换性，因此设备具有很好的可集成性系统为开放式，允许其它厂商设备具有很好的可集成性系统为开放式，允许其它厂商将本人专长的控制技术集成到通用系统中去，因此，市场将本人专长的控制技术集成到通用系统中去，因此，市场上将会出现许多面向行业特点的监控系统上将会出现许多面向行业特点的监控系统2021-11-2820 (3) (3)系统可靠性高，可维护性好，基于现场总线的系统可靠性高，可维护性好，基于现场总线的自动化监控系统采用总线衔接方式替代一对一的自动化监控系统采用

21、总线衔接方式替代一对一的I/OI/O衔接，对于大规模衔接，对于大规模I/OI/O系统来说，减少了由接线系统来说，减少了由接线点呵斥的不可靠要素同时系统具有现场级设备的点呵斥的不可靠要素同时系统具有现场级设备的在线缺点诊断，报警，记录功能，可完成现场设备在线缺点诊断，报警，记录功能，可完成现场设备的远程参数设定，修正等参数化任务，也加强了系的远程参数设定，修正等参数化任务，也加强了系统的可维护性统的可维护性(4)(4)节省本钱，对大范围，大规模节省本钱，对大范围，大规模I/OI/O的分布式系统的分布式系统来说，省去了大量的电缆费用，来说，省去了大量的电缆费用，I/OI/O模块及电缆的模块及电缆的

22、敷设工程费用，降低了系统及工程本钱敷设工程费用，降低了系统及工程本钱2021-11-2821 目前，国际上流行的现场总线技术有很多，但一目前，国际上流行的现场总线技术有很多，但一种成熟的现场总线技术应该包括以下特点：种成熟的现场总线技术应该包括以下特点：(1)(1)现场总线组织：一个由产品制造商，系统集现场总线组织：一个由产品制造商，系统集成商，研讨院所组成的企业组织联盟，担任管理成商，研讨院所组成的企业组织联盟，担任管理现场总线的技术规范，研发，市场拓展，技术信现场总线的技术规范，研发，市场拓展，技术信息交流，产品技术认证等任务息交流，产品技术认证等任务(2)(2)现场总线规范：一部无知识产

23、权维护，开放的现场总线规范：一部无知识产权维护，开放的现场总线技术规范现场总线技术规范2021-11-2822 (3) (3)现场总线产品：有一批产品制造商开发并消费出相现场总线产品：有一批产品制造商开发并消费出相当数量和种类的现场总线产品，供用户选择运用当数量和种类的现场总线产品，供用户选择运用4 4现场总线认证：有独立于产品制造业的产品测现场总线认证：有独立于产品制造业的产品测试认证机构，担任产品的技术标准测试认证任务，试认证机构，担任产品的技术标准测试认证任务，以保证现场总线技术产品的规范一致性和可互换性以保证现场总线技术产品的规范一致性和可互换性 (5)(5)现场总线工程研讨：有一批系

24、统集成商针对行业现场总线工程研讨：有一批系统集成商针对行业运用，给出基于现场总线的自动化系统处理方案，并运用，给出基于现场总线的自动化系统处理方案，并可完成工程实施可完成工程实施2021-11-2823 现场总线是当今自动化领域技术开展的热点之一，现场总线是当今自动化领域技术开展的热点之一，被誉为自动化的计算机局域网，它导致了传统控制被誉为自动化的计算机局域网，它导致了传统控制系统构造的变革，构成了新型的网络集成式全分布系统构造的变革，构成了新型的网络集成式全分布控制系统现场总线控制系统控制系统现场总线控制系统FCSFCS，最终将取代传，最终将取代传统的统的DCSDCS它的出现，标志着工业控制

25、技术领域又它的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开场，并将对该领域的开展产生重要一个新时代的开场，并将对该领域的开展产生重要影响其深度与广度将超越历史上的任何一次，将影响其深度与广度将超越历史上的任何一次，将开创自动化的新纪元开创自动化的新纪元2021-11-2824 (1) (1)现场总线技术是实现现场级设备数字化现场总线技术是实现现场级设备数字化通讯的一种工业现场层网络通讯技术，计算通讯的一种工业现场层网络通讯技术，计算机网络及信息集成技术在自动化领域开展的机网络及信息集成技术在自动化领域开展的必然结果：是一次工业现场级设备通讯的数必然结果：是一次工业现场级设备通讯的数字化变革，正

26、像计算机网络给社会经济带来字化变革，正像计算机网络给社会经济带来宏大变化一样，现场总线技术将给自动化领宏大变化一样，现场总线技术将给自动化领域带来一场深化的革命域带来一场深化的革命2021-11-2825 (2) (2)现场总线技术以其开放性为重要特点，为现场总线技术以其开放性为重要特点，为自动化领域带来全新的技术概念现场总线技自动化领域带来全新的技术概念现场总线技术突破了自动化领域被少数几个国际性大公司术突破了自动化领域被少数几个国际性大公司垄断的局面，使众多中，小企业有时机参与技垄断的局面，使众多中，小企业有时机参与技术及市场竞争自动化产品，市场，及产业格术及市场竞争自动化产品，市场，及产

27、业格局将发生宏大变化，以技术为中心，具有技术局将发生宏大变化，以技术为中心，具有技术创新活力的企业在自动化产业中将占有重要位创新活力的企业在自动化产业中将占有重要位置置2021-11-2826 (3) (3)以现场总线技术，自动化技术，计算机网络及信息集以现场总线技术，自动化技术，计算机网络及信息集成技术，计算机软件技术为中心，推出基于现场总线技术成技术，计算机软件技术为中心，推出基于现场总线技术的先进控制系统平台不局限于工业自动化领域的先进控制系统平台不局限于工业自动化领域 , ,可广泛可广泛运用于市政建立，交通运输，能源电力，环保工程，智能运用于市政建立，交通运输，能源电力，环保工程，智能

28、楼宇及住宅小区的自动化控制及监控系统楼宇及住宅小区的自动化控制及监控系统现场总线技术促进与该系统平台相关的技术研讨，产品开发现场总线技术促进与该系统平台相关的技术研讨，产品开发及相关产业的开展，如现场总线技术及工业控制网络技术及相关产业的开展，如现场总线技术及工业控制网络技术和产品，计算机网络及信息技术和软件产品，自动化及机和产品，计算机网络及信息技术和软件产品，自动化及机电一体化技术和智能仪器仪表产品带出一个以相关高新电一体化技术和智能仪器仪表产品带出一个以相关高新技术为中心的自动化技术产业群体技术为中心的自动化技术产业群体2021-11-2827 (4) (4) 现场总线是工厂计算机网络到

29、现场级设备的延现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术根底基伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术根底基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通讯于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通讯技术，使自控系统与设备参与工厂信息网络，成为企技术，使自控系统与设备参与工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息系统的覆盖范围不断延业信息网络底层，使企业信息系统的覆盖范围不断延伸到消费现场伸到消费现场从工厂底层自动化及信息集成技术角度看，现场总线技从工厂底层自动化及信息集成技术角度看，现场总线技术不是一项单纯的以芯片换电缆的技术，是计算机及术不是一项单纯的

30、以芯片换电缆的技术，是计算机及其数字化通讯技术向工厂底层，即设备层的延伸，是其数字化通讯技术向工厂底层，即设备层的延伸，是工厂底层通讯技术的一次数字化革命是实现全厂自工厂底层通讯技术的一次数字化革命是实现全厂自动化及动化及CIMSCIMS系统的根底现场总线技术的开展，使传系统的根底现场总线技术的开展，使传统系统构造发生变革，并带来传统系统无法比较的优统系统构造发生变革，并带来传统系统无法比较的优良特性良特性2021-11-2828(5) 现场总线技术将使自动化和自动控制领域产生艰苦现场总线技术将使自动化和自动控制领域产生艰苦变化如传统的信号制，将由变化如传统的信号制，将由4-29mA模拟信号制

31、转换模拟信号制转换为双向数字通讯的现场总线信号制为双向数字通讯的现场总线信号制:自动控制系统的体自动控制系统的体系构造，将由模拟与数字的分散型系统系构造，将由模拟与数字的分散型系统DCS转换为转换为全数字现场总线控制系统全数字现场总线控制系统FCS进而，自动控制系进而，自动控制系统的设计方法和安装调试方式也将发生艰苦的变化；现统的设计方法和安装调试方式也将发生艰苦的变化；现行的现场设备和仪表的产品构造将发生艰苦变革；现场行的现场设备和仪表的产品构造将发生艰苦变革；现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中，构成总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中，构成为企业信息网络的底层从而为实现企

32、业信息集成和企为企业信息网络的底层从而为实现企业信息集成和企业综合自动化提供了可行的根底业综合自动化提供了可行的根底2021-11-2829经过国际协商，专家们认识到，以一种现场总线技术顺经过国际协商，专家们认识到，以一种现场总线技术顺应各行各业的自动化需求是不现实的。最后经过协商，应各行各业的自动化需求是不现实的。最后经过协商，妥协，于妥协，于19991999年底年底IEC TC 65(IEC TC 65(担任工业丈量和控制的第担任工业丈量和控制的第6565规范化委员会规范化委员会) )经过了包含经过了包含8 8种类型的现场总线的种类型的现场总线的IEC IEC 6115861158作为现场

33、总线国际规范，并于作为现场总线国际规范，并于20002000年正式发年正式发布此国际规范布此国际规范20002000所包含的所包含的8 8种类型的现场总线种类型的现场总线分别为：分别为：2021-11-2830类型类型1 IEC1 IEC技术报告技术报告以以 FFFF的的H1H1为原型为原型类型类型2 Control-Net(2 Control-Net(美国美国RockwellRockwell公司支持公司支持) )类型类型3 Profibus (3 Profibus (德国西门子公司支持德国西门子公司支持) )类型类型4 P-Net (4 P-Net (丹麦丹麦Process Dats Pro

34、cess Dats 公司支持公司支持) )类型类型5 FF HSE (5 FF HSE (即原即原 FF FF 的的H2 Fisher-RosemountH2 Fisher-Rosemount公公司支持司支持) )类型类型6 Swift Net (6 Swift Net (美国波音公司支持美国波音公司支持) )类型类型7 World FIP (7 World FIP (法国法国AlstomAlstom公司支持公司支持) )类型类型8 Interbus (8 Interbus (德国德国Phoenix contactPhoenix contact公司支持公司支持) )2021-11-2831由于

35、由于20002000年年IEC 61158 IEC 61158 规范的发布比较仓促，又由于规范的发布比较仓促，又由于现场总线技术的开展必需满足用户的新要求，于是，在现场总线技术的开展必需满足用户的新要求，于是，在以后各类型总线协议的提出者又分别做了修正，完善和以后各类型总线协议的提出者又分别做了修正，完善和补充，如今已进入第三版根据最新的补充，如今已进入第三版根据最新的IEC/TC65CIEC/TC65C文件，文件，该规范目前包括该规范目前包括1010种协议类型：除以上所说的种协议类型：除以上所说的8 8种外，种外，添加了：添加了：类型类型9:FF 9:FF 运用层运用层类型类型10: PRO

36、FInet(10: PROFInet(工业以太网工业以太网) )2021-11-2832 1987 1987年德国工业界开场起动了年德国工业界开场起动了ProfibusProfibus结合开发工结合开发工程。由这个结合体开发的规那么和规范成为德国的程。由这个结合体开发的规那么和规范成为德国的工业规范，即工业规范，即DIN E 192452 ProfibusDIN E 192452 Profibus规范。并于规范。并于19961996年，德国的国家现场总线规范成为国际性规范，年，德国的国家现场总线规范成为国际性规范，即欧洲规范即欧洲规范EN 50170EN 50170。20002000年年3 3

37、月，月，ProfibusProfibus规范规范被同意为国际现场总线规范被同意为国际现场总线规范IEC 61158IEC 61158的组成部分的组成部分TypeType。ISO/OSIISO/OSI模型模型 Profibus Profibus利用了现有的国家规范和国际规范。其利用了现有的国家规范和国际规范。其协议以国际协议以国际ISOISO国际规范组织的国际规范组织的OSIOSI开放系统开放系统互连参考模型为根底。图互连参考模型为根底。图5.1 5.1 用图讲解明用图讲解明ISO/OSIISO/OSI通讯规范模型通讯规范模型. . 2021-11-2833第一层第一层第七层第七层第六层第六层第

38、五层第五层第四层第四层第三层第三层第二层第二层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表达层表达层应用层应用层面向网络面向网络面向用户面向用户2021-11-2834ISO/OSI 通讯规范模型由通讯规范模型由7层组织，并分成两类。一层组织，并分成两类。一类是面向用户的第类是面向用户的第5层到第层到第7层，另一类是面向网络层，另一类是面向网络的第的第1层到第层到第4层。第层。第1层到第层到第4层描画数据从一个地层描画数据从一个地方传输到另一个地方，而第方传输到另一个地方，而第5层到第层到第7层给用户提供层给用户提供适当的方式去访问网络系统。适当的方式去访问网络系统。

39、2021-11-2835从图从图5.25.2可以看出可以看出 ，ProfibusProfibus协议采用了协议采用了ISO/OSIISO/OSI模模型中的第型中的第1 1层、第层、第2 2层以及必要时还采用了第层以及必要时还采用了第7 7层。第层。第1 1层和第层和第2 2层的物理介质和传输协议是根据美国规范层的物理介质和传输协议是根据美国规范EIA RS4858EIA RS4858、国际规范、国际规范IEC 870-5-13IEC 870-5-13和欧洲规和欧洲规范范EN 60870-5-14EN 60870-5-14制定的。总线存取程序、数据传制定的。总线存取程序、数据传输和管理效力是基于

40、德国输和管理效力是基于德国DIN192415DIN192415规范的第规范的第1 1到到3 3部分和部分和IEC 9556IEC 9556规范制定的。管理功能规范制定的。管理功能FMA7FMA7采用了采用了ISO DIS 7498-4ISO DIS 7498-4管理框架管理框架的概念。从用的概念。从用户的角度看，户的角度看，ProfibusProfibus提供了三种通讯协议类型：提供了三种通讯协议类型：DPDP，FMSFMS和和PAPA。2021-11-2836Profibus-DPProfibus-DP运用了第运用了第1 1层、第层、第2 2层和用户接口层。第层和用户接口层。第3 3到到7

41、7层未运用，层未运用，这种精简的构造能确保高速数据传输。采用直接数这种精简的构造能确保高速数据传输。采用直接数据链路映象程序据链路映象程序DDLMDDLM提供对第提供对第2 2层的访问。在用层的访问。在用户接口中规定了户接口中规定了Profibus-DPProfibus-DP设备的运用功能，以及设备的运用功能，以及各种类型的系统和设备的行为特性。各种类型的系统和设备的行为特性。 这种为高速传输用户数据而优化的这种为高速传输用户数据而优化的ProfibusProfibus协议特协议特别适用于可编程序控制器与现场级分散的别适用于可编程序控制器与现场级分散的I/OI/O设备之设备之间的通讯。间的通讯

42、。2021-11-28372021-11-2838Profibus-FMS运用了第运用了第1层、第层、第2层和第层和第7层。运用层第层。运用层第7层包括层包括FMS现场总线报文规范和现场总线报文规范和LLI低层接口。低层接口。FMS包包含运用协议和提供的通讯效力。含运用协议和提供的通讯效力。LLI建立各种类型的通讯建立各种类型的通讯关系，并给关系，并给FMS提供不依赖于设备的对第提供不依赖于设备的对第2层的访问。层的访问。 FMS处置单元级处置单元级PLC和和PC的数据通讯。功能强大的数据通讯。功能强大的的FMS效力可在广泛的运用领域内运用，并为处理复杂效力可在广泛的运用领域内运用，并为处理复

43、杂通讯义务提供了很大的灵敏性。通讯义务提供了很大的灵敏性。Profibus -DP和和Profibus -FMS运用一样的传输技术和总线运用一样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转。存取协议。因此，它们可以在同一根电缆上同时运转。2021-11-2839Profibus -PA运用扩展的运用扩展的Profibus -DP协议进展数据传输。此协议进展数据传输。此外，它执行规定现场设备特性的外，它执行规定现场设备特性的PA设备行规。传输技术根设备行规。传输技术根据据IEC 1158-27规范，确保本徵平安和经过总线对现场规范，确保本徵平安和经过总线对现场设备供电。运用段耦

44、合器可将设备供电。运用段耦合器可将Profibus -PA设备很容易地集设备很容易地集成到成到Profibus -DP网络之中。网络之中。Profibus -PA是为过程自动化工程中的高速、可靠的通是为过程自动化工程中的高速、可靠的通讯要求而特别设计的。用讯要求而特别设计的。用Profibus -PA可以把传感器和执行可以把传感器和执行机构衔接到通常的现场总线段上，即使在防爆区域的传感器机构衔接到通常的现场总线段上，即使在防爆区域的传感器和执行机构也可如此。和执行机构也可如此。2021-11-2840 DP/FMSRS 485的物理层的物理层第一层第一层 对于屏蔽双绞电缆的根本类型来说，对于屏

45、蔽双绞电缆的根本类型来说，Profibus的第的第1层实现对称的数据传输，符合层实现对称的数据传输，符合EIA RS 4858规范规范也称为也称为H2。一个总线段内的导线是屏蔽双绞。一个总线段内的导线是屏蔽双绞电缆，段的两端各有一个终端器见图电缆，段的两端各有一个终端器见图5.3。传。传输速率从输速率从9.6 k bit/sec到到12 M bit/sec可选，所选用可选，所选用的波特率适用于衔接到总线段上的一切设备。的波特率适用于衔接到总线段上的一切设备。2021-11-2841Profibus信号的传输程序信号的传输程序用于用于Profibus RS 485的传输程序是以半双工、异步、无间

46、隙的传输程序是以半双工、异步、无间隙同步为根底的。数据的发送用同步为根底的。数据的发送用NRZ不归零编码，即不归零编码，即1个个字符帧为字符帧为11位位bit见图见图5.4 。当发送位。当发送位bit时，由二进时，由二进制制“0到到“1转换期间的信号外形不改动。转换期间的信号外形不改动。在 传 输 期 间 ， 二 进 制在 传 输 期 间 ， 二 进 制 “ 1 对 应 于 对 应 于 R D / T D - PReceive/Transmit-Data-P线上的正电位，而在线上的正电位，而在RXD/TXD-N线上那么相反。各报文间的空闲线上那么相反。各报文间的空闲idle形状对形状对应于二进

47、制应于二进制“1信号见图信号见图5.5。在公用文献中，两根。在公用文献中，两根Profibus数据线也常称之谓数据线也常称之谓A线和线和B线。线。A线对应于线对应于RXD/TXD-N信号，而信号，而B线那么对应于线那么对应于RD/TD-P信号。信号。2021-11-2842RS485-RS485-总线段的构造总线段的构造 TxD/RxD-N(8)TxD/RxD-P(3)390 欧姆欧姆390 欧姆欧姆220 欧姆欧姆VP(6)DGND(5)390 欧姆欧姆390 欧姆欧姆220 欧姆欧姆VP(6)DGND(5)总线驱动器总线驱动器站站总线驱动器总线驱动器站站TxD/RxD-N(8)TxD/Rx

48、D-P(3)BA（最多32个站）（最多32个站）2021-11-2843Profibus信号的传输程序信号的传输程序信息位信息位（0或1信号）（0或1信号）b1b6b2b3b4b5b7b8p10MSB27LSB20起始位起始位奇偶奇偶校验位校验位停止位停止位位含义位含义LSB最低有效位最低有效位MSB最高有效位最高有效位图5.4 Profibs UART 符号帧图5.4 Profibs UART 符号帧2021-11-2844Profibus信号的传输程序信号的传输程序001111B导线B导线A导线A导线二进制信号二进制信号图5.5 用NRZ传输时的信号形状图5.5 用NRZ传输时的信号形状2

49、021-11-2845ProfibusProfibus总线导线长度与波特率的关系总线导线长度与波特率的关系对于对于Profibus而言，最大允许的总线长度，亦称而言，最大允许的总线长度，亦称为段长度，取决于所选用的传输速率见表为段长度，取决于所选用的传输速率见表5.1。在一个总线段中最多可以运转在一个总线段中最多可以运转32个站。个站。波特率波特率（kbit/sec)9.6到到187.5500150012000段长度段长度（m)10004002001002021-11-2846ProfibusProfibus的总线终端器的总线终端器根据根据EIA RS 485规范，在数据线规范，在数据线A和和

50、B的两端均加接总线终端的两端均加接总线终端器。器。Profibus的总线终端器包含一个下拉电阻与数据基准电的总线终端器包含一个下拉电阻与数据基准电位位DGND相衔接和一个上拉电阻与供电正电压相衔接和一个上拉电阻与供电正电压VP相衔接。相衔接。当在总线上没有站发送数据时，也就说在两个报文之间总线处当在总线上没有站发送数据时，也就说在两个报文之间总线处于空闲形状时，这两个电阻确保在总线上有一个确定的空闲电于空闲形状时，这两个电阻确保在总线上有一个确定的空闲电位。几乎在一切规范的位。几乎在一切规范的Profibus总线衔接器上都组合了所需求总线衔接器上都组合了所需求的总线终端器，而且可以由跳接器或开

51、关来启动。的总线终端器，而且可以由跳接器或开关来启动。当总线系统运转的传输速率大于当总线系统运转的传输速率大于1,500 K bit/s时，由于所衔接时，由于所衔接的站的电容性负载而引起导线反射，因此必需运用附加有轴向的站的电容性负载而引起导线反射，因此必需运用附加有轴向电感的总线衔接插头见图电感的总线衔接插头见图5.6。2021-11-2847 传输速率传输速率1500K bit/s1500K bit/s时的总线插时的总线插头衔接器和总线终端器的构造头衔接器和总线终端器的构造390 欧姆欧姆390 欧姆欧姆220 欧姆欧姆VP(6)DGND(5)TxD/RxD-N(8)TxD/RxD-P(3

52、)L 110 nHBBAA总线导线总线导线总线导线总线导线总线驱动器总线驱动器站站2021-11-2848现场总线数据链路现场总线数据链路第第2 2层层根据根据OSI参考模型，第参考模型，第2层规定总线存取控制、层规定总线存取控制、数据平安性以及传输协数据平安性以及传输协议和报文的处置。在议和报文的处置。在Profibus中，第中，第2层称为层称为FDL层现场总线数据链路层。层现场总线数据链路层。第第2层报文格式图层报文格式图5.11提供高等级的传输平提供高等级的传输平安性。一切报文均具有海明间隔安性。一切报文均具有海明间隔HD = 4。HD = 4的含意是：在数据报文中，可以检查出最多的含意

53、是：在数据报文中，可以检查出最多3个个同时出错的位。这一要求是经过运用国际规范同时出错的位。这一要求是经过运用国际规范IEC 870-5-1的规定、选择特殊的报文起始和终的规定、选择特殊的报文起始和终止标识符、运用无间隙同步以及运用奇偶校验位止标识符、运用无间隙同步以及运用奇偶校验位和控制字节来实现的。可以检查出以下类型的出和控制字节来实现的。可以检查出以下类型的出错：错：2021-11-2849现场总线数据链路现场总线数据链路第第2 2层层字符格式出错奇偶校验，溢出，帧出错字符格式出错奇偶校验，溢出，帧出错协议出错协议出错起始和终止定界符出错起始和终止定界符出错帧检查字节出错帧检查字节出错报

54、文长度出错报文长度出错 出错的报文至少要被自动地重发一次。在第出错的报文至少要被自动地重发一次。在第2 2层层中，报文的重发次数最多可设定为中，报文的重发次数最多可设定为8 8“retry“retry总总线参数。除逻辑的点对点的数据传输外，第线参数。除逻辑的点对点的数据传输外，第2 2层层还允许进展广播和群播通讯的多点传输。还允许进展广播和群播通讯的多点传输。2021-11-2850在广播通讯中，一个主站发送信息给一切其他在广播通讯中，一个主站发送信息给一切其他站主站和从站。数据的接纳不需应对。站主站和从站。数据的接纳不需应对。 在群播通讯中，一个主站发送信息给一组站在群播通讯中，一个主站发送

55、信息给一组站主站和从站。数据的接纳不需应对。主站和从站。数据的接纳不需应对。 第第2层提供的数据效力列于表层提供的数据效力列于表5.5中。中。 现场总线数据链路现场总线数据链路第第2 2层层2021-11-2851 Profibus传输效力传输效力服务功能DPPAFMSSDA发送数据发送数据需要应答需要应答有有SRD发送和请求发送和请求数据需要应答数据需要应答有有有有有有SDN发送数据发送数据不需要应答不需要应答有有有有有有CSRD循环地发送循环地发送和请求数据和请求数据需要应答需要应答有有2021-11-2852 PROFIBUSPROFIBUS的报文格式的报文格式 SD1SD4SD2SD3

56、DADADADASASASASAFCFCFCFCSFCSFCSEDEDEDDU（数据单元）（数据单元）DUSCSD2LErLEL=3 (固定)固定)L=11 (固定)固定)L=4到249到249有固定信息字段长度的格式有固定信息字段长度的格式带数据的有固定信息字段长度的格式带数据的有固定信息字段长度的格式有可变信息字段长度的格式有可变信息字段长度的格式令牌报文令牌报文短应答短应答2021-11-2853 PROFIBUSPROFIBUS的报文格式的报文格式 其中：其中：L 信息字段长度信息字段长度 SC单字符单字符 单字符，仅用于应对单字符，仅用于应对 SD1SD4 起始字节，用于区别不同的报

57、文格式起始字节，用于区别不同的报文格式 起始定界符起始定界符 LE/LEr 长度字节，指出可变长报文中信息字段的长度长度字节，指出可变长报文中信息字段的长度 DA目的地址目的地址 目的地址字节，指出将接纳此信息的站目的地址字节，指出将接纳此信息的站 SA源地址源地址 源地址字节，指出将发送此信息的站源地址字节，指出将发送此信息的站 FC帧控制帧控制 控制字节，包含用于此信息的效力和此信息的优先权控制字节，包含用于此信息的效力和此信息的优先权 的详细阐明的详细阐明 DU 数据单元，包含报文的有用信息，必要时还包含扩展数据单元，包含报文的有用信息，必要时还包含扩展 地址的详细阐明。地址的详细阐明。

58、 FCS帧检查顺序检查字节，包含报文检查和不进位地加一切报文帧检查顺序检查字节，包含报文检查和不进位地加一切报文 元素的和元素的和 ED终止定界符终止定界符 终止字节，指出此报文终止。终止字节，指出此报文终止。2021-11-2854 PROFIBUSPROFIBUS的报文格式的报文格式 Profibus-DP和和Profibus-PA各运用第各运用第2层效力的子集。例如，层效力的子集。例如，Profibus-DP只运用只运用SRD和和SDN效力。效力。 上一层经过第上一层经过第2层的层的SAP效力存取点调用这些效力。对效力存取点调用这些效力。对Profibus-FMS来说，这些效力存取点被用

59、来编址逻辑通讯来说，这些效力存取点被用来编址逻辑通讯关系。在关系。在Profibus-DP和和-PA中，每一个效力存取点分配一中，每一个效力存取点分配一个确定的功能。一切主站和从站允许同时运用假设干个效个确定的功能。一切主站和从站允许同时运用假设干个效力存取点。有两类效力存取点：力存取点。有两类效力存取点：SSAP源效力存取点和源效力存取点和DSAP目的效力存取点。目的效力存取点。2021-11-2855 ProfibusProfibus运用层运用层( (第第7 7层层) ) ISO/OSI参考模型的运用层参考模型的运用层(第第7层层)提供用户需求的各种通提供用户需求的各种通讯效力。讯效力。P

60、ROFIBUS的运用层由的运用层由FMS接口现场总线报文接口现场总线报文规范和规范和LLI接口低层接口组成。接口低层接口组成。FMS行规行规 为了使为了使FMS通讯效力顺应实践需求的功能范围和定义符合通讯效力顺应实践需求的功能范围和定义符合实践运用的设备功能，实践运用的设备功能，PNOProfibus用户组织制定了用户组织制定了FMS行规。这些行规。这些FMS行规确保由不同制造商消费的同类设行规确保由不同制造商消费的同类设备具有同样的通讯功能。目前已制定了如下的备具有同样的通讯功能。目前已制定了如下的FMS行规：行规：2021-11-2856 ProfibusProfibus运用层运用层( (