山大《运动控制系统》课件第3章 多闭环调速控制系统的构造及PROFIBUS网络组态-6 PROFIBUS通信和网络组态

1、第三章多闭环控制系统的构造及PROFIBUS网络组态本讲主要内容第六节 PROFIBUS通信和网络组态第351讲第361讲2第六节 PROFIBUS通信和网络组态 PROFIBUS是Process Field Bus的简称，它广泛应用于加工制造业自动化、流水线工业自动化和过程、楼宇等其他自动化领域。PROFIBUS现场总线已成为我国的行业标准。3第六节 PROFIBUS通信和网络组态 PROFIBUS是Process Field Bus的简称，它广泛应用于加工制造业自动化、流水线工业自动化和过程、楼宇等其他自动化领域。PROFIBUS现场总线已成为我国的行业标准。4第六节 PROFIBUS通信

2、和网络组态 PROFIBUS是Process Field Bus的简称，它广泛应用于加工制造业自动化、流水线工业自动化和过程、楼宇等其他自动化领域。PROFIBUS现场总线已成为我国的行业标准。 现场总线是低带宽的底层控制网络，它构造了新型的、开放的自动化系统。它可与因特网(Internet)相连。因为它位于生产控制和网络结构的底层，所以又称为基础网或底层网(Infranet)。 5第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 控制设备之间的信息交换一般称为通信。 1、数据传输方式 并行通信方式 并行通信在传送数据时，一个数据的所有位同时传送，因此每个数据位都需要一条单独的传输线。并

3、行通信的特点是：传送速率快，但硬件成本高，不宜于远距离通信。 串行通信方式 串行通信在传送数据时，数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送。串行通信的特点是：需要的信号线少，最少的只需要两根线(双绞线)，适合远距离传送数据。6第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 控制设备之间的信息交换一般称为通信。 1、数据传输方式 并行通信方式 并行通信在传送数据时，一个数据的所有位同时传送，因此每个数据位都需要一条单独的传输线。并行通信的特点是：传送速率快，但硬件成本高，不宜于远距离通信。 串行通信方式 串行通信在传送数据时，数据的各个不同位分时使用同一条传输

4、线，从低位开始一位接一位按顺序传送。串行通信的特点是：需要的信号线少，最少的只需要两根线(双绞线)，适合远距离传送数据。7第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 控制设备之间的信息交换一般称为通信。 1、数据传输方式 串行通信方式 串行通信在传送数据时，数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送。串行通信的特点是：需要的信号线少，最少的只需要两根线(双绞线)，适合远距离传送数据。 串行通信传输速率(又称波特率)的单位为“比特每秒”，即每秒钟传送的二进制位数，用bits表示。8第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 2、数据传送方向 单工

5、方式 在单工通信方式下，通信线的一端连接发送器，另一端连接接收器，它们形成单向连接，只允许数据按照一个固定的方向传送。如下图所示，数据只能由A站传送到B站， 而不能由B站传送到A站。 9第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 2、数据传送方向 半双工方式 在半双工通信方式下，系统中每一个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，通过收发开关接到通信线路上，如上图所示。在这种方式中，数据能从A站传送到B站，也能从B站传送到A站，但是不能同时在两个方向上传送，即每次只能一个站发送，另一个站接收。收发开关通过半双工通信协议进行功能切换。10第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信

6、基础知识 2、数据传送方向 全双工方式 在全双工通信方式下，系统中每一个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，数据可以同时在两个方向上传送，如下图所示 。11第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 3、传输介质 目前，普遍使用的传输介质有同轴电缆、双绞线和光缆。其中双绞线(带屏蔽)成本低、安装简单；光缆的尺寸小、质量轻、传输距离远，但成本高，安装维修不方便。 4、串行通信接口 工业网络中大多采用串行通信在设备或网络之间传送数据，常用的有以下几种串行通信接口。 RS-232C接口 ； RS-422接口 RS-485接口 12第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识

7、 3、传输介质 目前，普遍使用的传输介质有同轴电缆、双绞线和光缆。其中双绞线(带屏蔽)成本低、安装简单；光缆的尺寸小、质量轻、传输距离远，但成本高，安装维修不方便。 4、串行通信接口 工业网络中大多采用串行通信在设备或网络之间传送数据，常用的有以下几种串行通信接口。 RS-232C接口 ； RS-422接口 RS-485接口 13第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识4、串行通信接口 工业网络中大多采用串行通信在设备或网络之间传送数据，常用的有以下几种串行通信接口。 RS-232C接口 RS-232C接口是计算机普遍配备的接口，应用既简单又方便。它采用负逻辑，利用传输信号线与地

8、线之间的电压差表示逻辑电平，用-5-15V表示逻辑“1”，用+5+15V表示逻辑“0”。RS-232C可使用9针或25针D型连接器，当两台通信设备距离较近、不需应答信号时，只需连接三根线，如图所示。 RS:推荐标准232:标识号C:标准修改次数14第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识4、串行通信接口 工业网络中大多采用串行通信在设备或网络之间传送数据，常用的有以下几种串行通信接口。 RS-232C接口 RS-232C接口是计算机普遍配备的接口，应用既简单又方便。它采用负逻辑，利用传输信号线与地线之间的电压差表示逻辑电平，用-5-15V表示逻辑“1”，用+5+15V表示逻辑“0

9、”。RS-232C可使用9针或25针D型连接器，当两台通信设备距离较近、不需应答信号时，只需连接三根线，如图所示。 RS:推荐标准232:标识号C:标准修改次数15第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识4、串行通信接口 RS-232C接口 RS-232C使用单端发送、单端接收的电路，如图所示。发送器和接收器之间有公共 的信号地线，共模干扰信号不可避免地要进入信号传送系统中，使信号“0”变成“1”， “1”变成“0”。因此，这种电路限定了其传输的距离和速率，RS-232C的最大通信距离为15m，最高传输速率为20kbits，只能进行一对一的通信。 16第六节 PROFIBUS通信

10、和网络组态一、通信基础知识4、串行通信接口 RS-422接口 RS-422接口采用平衡驱动、差动接收电路，从根本上取消了信号地线，如图所示。 利用两条信号线之间的电压差表示逻辑电平，(VAVB)+0.2V表示逻辑“1”，(VAVB) -0.2V表示逻辑“0”。当外部的干扰信号作为共模信号出现时，两根传输线上的共模干扰信号相同，因接收器是差分输入，共模干扰信号可以互相抵消。RS-422接口抗干扰能力强，有较高的通信速率，适合远距离传输。例如：距离为1.2km时，通信速率可达100kbitS，而在12m较短距离内，通信速率可达10Mbits以上。17第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基

11、础知识4、串行通信接口 RS-4485接口 RS-485接口是RS-422的变形，与RS-422不同的是：RS-422是全双工的，如图上所示。RS-485是半双工的，如图下所示。RS-485只有一对平衡差分信号线，用最少的信号连线(双绞线)即可实现通信任务。许多工业计算机；PLC和智能仪表均配有RS-485接口，可以方便地组成串行通信网络，系统中最多可以有32个站，新的接口器件已允许连接128个站。 18第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述1、现场总线的产生及其发展 在20世纪7080年代，人们在测量、模拟和逻辑控制领域率先使用了数字计算机，从而产生了集中式数字控制(又称直接

12、数字控制)。 典型集中控制器是PLC和单片机。 控制器传感器及操作板执行机构19第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述1、现场总线的产生及其发展 但是，集中控制在实践中遇到了流水线比较大或执行机构和传感器相距比较远时，如果使用都集中在一起的控制方案，现场控制线施工难度增大、成本增大、可靠性反而又降低了。 控制器传感器及操作板执行机构20第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述1、现场总线的产生及其发展 为了解决这个问题人们只能使用若干个集中控制系统，就近就地的把执行机构和传感器集中在一起的控制方案。 但是，这样做又遇到了控制器之间的信息传递问题，如何解决呢？211

13、、现场总线的产生及其发展 在20世纪8090年代，出现了集散控制系统 DCS ( Distributed Control System)，又称为分散控制系统，其核心思想是集中管理、分散控制，即上位机用于集中监视管理，若干台下位机用于现场实时控制，下位机之间的信息传递通过上位机实现互连。221、现场总线的产生及其发展 由于DCS有如下缺点阻碍着自动化的发展潮流： 不同制造商制造的DCS难以实现网络互连和信息共享； 现场信号的检测、传输和控制还是采用420mA的模拟信号； 布线复杂、费用高。23第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述1、现场总线的产生及其发展 从20世纪90年代初期

14、开始，出现了现场总线。由于现场总线适应了自动化向网络化、智能化方向的发展，它一经产生便成为全球自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注。 24第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 按照国际电工委员会IEC61158的定义，现场总线(Field Bus)是“安装在过程区域的现场设备仪表与控制室内的自动控制装置系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。”25第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 也就是说基于现场总线的系统是以单个分散的，数字化，智能化的测量和控制设备作为网络的节点，用总线相连，实现信息的相互交换

15、，使得不同网络，不同现场设备之间可以信息共享。26第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场设备的各种运行参数状态信息以及故障信息等通过总线传送到远离现场的控制中心，而控制中心又可以将各种控制、维护、组态命令又送往相关的设备，从而建立起了具有自动控制功能的网络。27第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 通常我们将这种位于网络底层的自动化及信息集成的数字化网络称之为现场总线系统(FieldBus)。28第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 通常我们将这种位于网络底层的自动

16、化及信息集成的数字化网络称之为现场总线系统(FieldBus)。29二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点(1)全数字化通信 传统的现场层设备与控制器之间采用的一对一所谓IO接线的方式， IO模块接收或送出420mA15VDC信号。而采用现场总线技术后只用一条通信电缆就可以将控制器与现场设备(智能化，具有通信口)连接起来，信号传输是全数字化的。30二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点 (2)可以实现彻底的分散性和分布性 采用现场总线的控制系统FCS，它的控制单元全都可以分散到现场，控制器路由现场设备来实现，因此FCS可以认为是一个彻底的分布式控制系

17、统。31二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点 (3)具有较强的信息集成能力 传统自动化系统控制器获取的信息是有限的，采用现场总线后，连接的可以是智能化设备，所以控制器就可以从现场获取大量的信息，实现设备状态故障，参数信息的一体化传送。32二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点 (4)节省连接导线，降低安装和维护费用。33二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点 (5)具有互操作性和互换性 传统的自动化系统不开放，系统的软硬件一般只能使用一家的产品，不同厂家不同产品间缺乏互操作性和互换性。采用现场总线后，可实现互联设备间，系统间的

18、信息传送和沟通，不同生产厂家的性能类似的设备都可以进行互换。34二、网络通信概述2、现场总线的定义与主要特点 目前流行的几种现场总线是： FF基金会现场总线 (Foundation Field bus) 、 Profibus过程现场总线(Process Field Bus)、 LON局部操作网络(Local Operating Network)、 CAN控制器局域网(Controller Area Network) 等现场总线。35第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 OSI参考模型提供了大

19、多数协议栈共有的基本框架，上三层用来处理用户接口、数据格式和应用程序的访问，通常将上三层称为应用层。36第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互联OSI (Open System Interconnection)模型 下四层负责定义数据的物理传输介质和网络设备。 37第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、PROFIBUS网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的组成PROFIBUS目前有三种互相兼容的模块构成： PROFIBUS-FMS (用于一般自动化)PROFIBUS PROFIBUS-DP (加工自动化) PROFIBUS-PA (过程自动化) 38二、

20、PROFIBUS网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的组成 PROFIBUS-DP 是一种优化过的模块，适用于对时间要求苛刻的场合，而在自动控制系统和外围设备之间进行通信，用以取代价格昂贵的24V及420mA并行信号线。 39二、PROFIBUS网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的组成 PROFIBUSPA 用于对安全性要求较高的过程自动化场合及由总线供电的站点。 40二、PROFIBUS网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的组成 PROFIBUS-FMS 主要解决车间一级通用性通信任务，用以完成以中等传输速度进行的循环和非循环的通信任务。 41二、PROFIBUS网络通信

21、概述及主要特点1、PROFIBUS的组成 由于自动化专业对于控制与被控对象之间的实时性要求比较高，所以一般采用PROFIBUS-DP网络。42二、PROFIBUS网络通信概述及主要特点2、PROFIBUS的应用优点（1） 使用PROFIBUS后，可使分散式数字化控制器或控制系统，从现场到车间级网络化；注意：运动控制系统的反馈信号上网的目的是用于监视不是用于控制。注意：运动控制系统的反馈信号上网的目的是用于监视不是用于控制。为什么？第三章多闭环控制系统的构造及PROFIBUS网络组态本讲主要内容第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述 三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点第3

22、62讲44第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 1、(两种)数据传输方式 2、(三种)数据传送方向 3、传输介质 45第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 1、(两种)数据传输方式 2、(三种)数据传送方向 3、传输介质 46第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 1、(两种)数据传输方式 2、(三种)数据传送方向 3、传输介质 47第六节 PROFIBUS通信和网络组态一、通信基础知识 1、(两种)数据传输方式 2、(三种)数据传送方向 3、传输介质 4、串行通信接口 RS-232C接口 RS-422接口 RS-485接口48第六节 PRO

23、FIBUS通信和网络组态二、网络通信概述1、现场总线的产生及其发展 在20世纪7080年代，人们在测量、模拟和逻辑控制领域率先使用了数字计算机，从而产生了集中式数字控制(又称直接数字控制)。 典型集中控制器是PLC和单片机。 控制器传感器及操作板执行机构49第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述1、现场总线的产生及其发展 但是，集中控制在实践中遇到了流水线比较大或执行机构和传感器相距比较远时，如果使用都集中在一起的控制方案，现场控制线施工难度增大、成本增大、可靠性反而又降低了。 50第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述1、现场总线的产生及其发展 但是，集中控制

24、在实践中遇到了流水线比较大或执行机构和传感器相距比较远时，如果使用都集中在一起的控制方案，现场控制线施工难度增大、成本增大、可靠性反而又降低了。 51第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述1、现场总线的产生及其发展 但是，集中控制在实践中遇到了流水线比较大或执行机构和传感器相距比较远时，如果使用都集中在一起的控制方案，现场控制线施工难度增大、成本增大、可靠性反而又降低了。 52第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述1、现场总线的产生及其发展 为了解决这个问题人们只能使用若干个集中控制系统，就近就地的把执行机构和传感器集中在一起的控制方案。 但是，这样做又遇到了控

25、制器之间的信息传递问题，如何解决呢？531、现场总线的产生及其发展 在20世纪8090年代，出现了集散控制系统 DCS ( Distributed Control System)，又称为分散控制系统，其核心思想是集中管理、分散控制，即上位机用于集中监视管理，若干台下位机用于现场实时控制，下位机之间的信息传递通过上位机实现互连。541、现场总线的产生及其发展 由于DCS有如下缺点阻碍着自动化的发展潮流： 不同制造商制造的DCS难以实现网络互连和信息共享； 现场信号的检测、传输和控制还是采用420mA的模拟信号； 布线复杂、费用高。551、现场总线的产生及其发展 由于DCS有如下缺点阻碍着自动化的

26、发展潮流： 不同制造商制造的DCS难以实现网络互连和信息共享； 现场信号的检测、传输和控制还是采用420mA的模拟信号； 布线复杂、费用高。561、现场总线的产生及其发展 从20世纪90年代初期开始，出现了现场总线。由于现场总线适应了自动化向网络化、智能化方向的发展，它一经产生便成为全球自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注。 571、现场总线的产生及其发展 从20世纪90年代初期开始，出现了现场总线。由于现场总线适应了自动化向网络化、智能化方向的发展，它一经产生便成为全球自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注。 58第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特

27、点 按照国际电工委员会IEC61158的定义，现场总线(Field Bus)是“安装在过程区域的现场设备仪表与控制室内的自动控制装置系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。”59第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 也就是说基于现场总线的系统是以单个分散的，数字化，智能化的测量和控制设备作为网络的节点，用总线相连，实现信息的相互交换，使得不同网络，不同现场设备之间可以信息共享。60第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场设备的各种运行参数状态信息以及故障信息等通过总线传送到远离现场的控制中心，而控制中

28、心又可以将各种控制、维护、组态命令又送往相关的设备，从而建立起了具有自动控制功能的网络。61第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 通常我们将这种位于网络底层的自动化及信息集成的数字化网络称之为现场总线系统(FieldBus)。62第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 通常我们将这种位于网络底层的自动化及信息集成的数字化网络称之为现场总线系统(FieldBus)。63二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点(1)全数字化通信 传统的现场层设备与控制器之间采用的一对一所谓IO接线的方式， IO模

29、块接收或送出420mA15VDC信号。而采用现场总线技术后只用一条通信电缆就可以将控制器与现场设备(智能化，具有通信口)连接起来，信号传输是全数字化的。64二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点 (2)可以实现彻底的分散性和分布性 采用现场总线的控制系统FCS，它的控制单元全都可以分散到现场，控制器路由现场设备来实现，因此FCS可以认为是一个彻底的分布式控制系统。65二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点 (3)具有较强的信息集成能力 传统自动化系统控制器获取的信息是有限的，采用现场总线后，连接的可以是智能化设备，所以控制器就可以从现场获取大量的信息

30、，实现设备状态故障，参数信息的一体化传送。66二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点 (4)节省连接导线，降低安装和维护费用。67二、网络通信概述2、现场总线的定义与特点 现场总线的主要特点 (5)具有互操作性和互换性 传统的自动化系统不开放，系统的软硬件一般只能使用一家的产品，不同厂家不同产品间缺乏互操作性和互换性。采用现场总线后，可实现互联设备间，系统间的信息传送和沟通，不同生产厂家的性能类似的设备都可以进行互换。68二、网络通信概述2、现场总线的定义与主要特点 目前流行的几种现场总线是： FF基金会现场总线 (Foundation Field bus) 、 Prof

31、ibus过程现场总线(Process Field Bus)、 LON局部操作网络(Local Operating Network)、 CAN控制器局域网(Controller Area Network) 等现场总线。69第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 为了保证通信的正常运行，除需具有良好、可靠的通信信道外，还需通信各方遵守共同的协议，才能保证高效、可靠的通信。 通信协议一般采用分层设计的方法。对于局域网来说，分层设计非常重要，因为对某层协议的修改不会影响其他层，甚至也不影响相邻层的工作

32、，各层相互独立，通过接口发生联系。 1979年国际标准化组织(ISO)提出了开放系统互连参考模型OSI/RM (Open System InterconnectionReference Model)。该模型规定了7个功能层。 70第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 为了保证通信的正常运行，除需具有良好、可靠的通信信道外，还需通信各方遵守共同的协议，才能保证高效、可靠的通信。 通信协议一般采用分层设计的方法。对于局域网来说，分层设计非常重要，因为对某层协议的修改不会影响其他层，甚至也不影响相

33、邻层的工作，各层相互独立，通过接口发生联系。 1979年国际标准化组织(ISO)提出了开放系统互连参考模型OSI/RM (Open System InterconnectionReference Model)。该模型规定了7个功能层。 71第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 每层都使用自己的协议，目的就是使各终端设备、PLC、操作系统各进程之间互相交换信息的过程能逐步实现标准化。凡遵守这一标准的系统之间可以互相连接使用，而不对相应的信息变换和通信加上任何控制。物理层(Physical)。物

34、理层在信道上传送未经处理的信息，该层协议涉及通信双方的机械、电气和连接规程。如接插件型号，每根线的定义，“1”、“0”电平规定，Bit脉宽，传送方向规定，如何进行建立初始连接，如何拆除连接等等。如RS-232、RS-422、RS-485等均为物理层协议。 72第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 每层都使用自己的协议，目的就是使各终端设备、PLC、操作系统各进程之间互相交换信息的过程能逐步实现标准化。凡遵守这一标准的系统之间可以互相连接使用，而不对相应的信息变换和通信加上任何控制。物理层(P

35、hysical)。物理层在信道上传送未经处理的信息，该层协议涉及通信双方的机械、电气和连接规程。如接插件型号，每根线的定义，“1”、“0”电平规定，Bit脉宽，传送方向规定，如何进行建立初始连接，如何拆除连接等等。如RS-232、RS-422、RS-485等均为物理层协议。 73第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 数据链路层(Data Link)。数据链路层的任务是将可能有差错的物理链路，改造成对于网络层来说是无差错传送线路。它把输入的数据组成数据帧，并在接受端检验传送的正确性。若正确，则

36、发送确认信息；若不正确，则抛弃该帧，等待发送端超时重发。 同步数据链路控制(SDLC)、高级数据链路控制(HDLC)，以及异步串行数据链路协议，都属于此范围。74第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 数据链路层(Data Link)。数据链路层的任务是将可能有差错的物理链路，改造成对于网络层来说是无差错传送线路。它把输入的数据组成数据帧，并在接受端检验传送的正确性。若正确，则发送确认信息；若不正确，则抛弃该帧，等待发送端超时重发。 同步数据链路控制(SDLC)、高级数据链路控制(HDLC)，

37、以及异步串行数据链路协议，都属于此范围。75第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 网络层（Network）。网络层也称分组层，它的任务是使网络中传送分组。它规定了分组在网络中是如何传送的。网络层控制网络上信息的切换和路由的选择，因此本层要为数据从源点到终点建立物理和逻辑的连接。 传送层(Transpon)。传送层的基本功能是从会话层接受数据，把它传到网络层，并保证这些数据正确地到达目的地。该层控制端到端数据的完整性，确保高质量的网络服务，起到网络层和会话层之间接口作用。 76第六节 PROF

38、IBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 网络层（Network）。网络层也称分组层，它的任务是使网络中传送分组。它规定了分组在网络中是如何传送的。网络层控制网络上信息的切换和路由的选择，因此本层要为数据从源点到终点建立物理和逻辑的连接。 传送层(Transpon)。传送层的基本功能是从会话层接受数据，把它传到网络层，并保证这些数据正确地到达目的地。该层控制端到端数据的完整性，确保高质量的网络服务，起到网络层和会话层之间接口作用。 77第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI

39、 (Open System Interconnection)模型 会话层(Session)。它控制一个通信会话进程的建立和结束。该层检查并确定一个正常的通信是否会发生。如果没有发生，该层必须在不丢失数据的情况下，恢复会话，或根据在会话不能正常发生的情况下终止会话。 表示层。实现不同信息格式和编码之间的转换。常用的转换方式有正文压缩，例如：将常用的词用缩写字母或特殊数字编码，消去重复的字符和空白等；提供加密、解密；不同计算机之间文件格式的转换；不相容终端输入、输出格式的转换等等。 78第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Inte

40、rconnection)模型 会话层(Session)。它控制一个通信会话进程的建立和结束。该层检查并确定一个正常的通信是否会发生。如果没有发生，该层必须在不丢失数据的情况下，恢复会话，或根据在会话不能正常发生的情况下终止会话。 表示层。实现不同信息格式和编码之间的转换。常用的转换方式有正文压缩，例如：将常用的词用缩写字母或特殊数字编码，消去重复的字符和空白等；提供加密、解密；不同计算机之间文件格式的转换；不相容终端输入、输出格式的转换等等。 79第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 应用层

41、(Application)。应用层的内容，要根据对系统的不同要求而定。它规定了在不同情况下，所允许的报文集合和对每个报文所采取的动作。这一层负责与其他高级功能通信，如分布式数据库和文件传送。 80第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互连OSI (Open System Interconnection)模型 OSI参考模型提供了大多数协议栈共有的基本框架，上三层用来处理用户接口、数据格式和应用程序的访问，通常将上三层称为应用层。81第六节 PROFIBUS通信和网络组态二、网络通信概述3、开放系统互联OSI (Open System Interconnection)

42、模型 下四层负责定义数据的物理传输介质和网络设备。 82第六节 PROFIBUS通信和网络组态三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的通信协议PROFIBUS目前有三种标准和开放的互相兼容的通信协议： PROFIBUS-FMS (用于一般自动化)PROFIBUS PROFIBUS-DP (加工自动化) PROFIBUS-PA (过程自动化) 它考虑的主要是系统功能而不是系统的响应时间，应用过程中通常要求的是随机信息的交换，例如每包钢板的张数等信息。它专为自动控制系统和设备级分散I/O之间的通信设计的。它用于对安全性要求较高的场合及由总线供电的站点。83三、PROFIBU

43、S网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的通信协议 PROFIBUS-DP (Distributed Peripheral)使用了ISOOSI网络模型的第一层和第二层，这种精简的结构保证了数据的高速传送，用于PLC与现场分布式I0设备之间的实时、循环数据通信。 84三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的通信协议 PROFIBUS-DP 是一种优化过的模块，适用于对时间要求苛刻的场合，而在自动控制系统和外围设备之间进行通信，用以取代价格昂贵的24V及420mA并行信号线。 85三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的通信协议 PROFIBUS

44、PA 使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输，电源和通信数据通过总线并行传输，用于对安全性要求较高的过程自动化场合及由总线供电的站点。 86三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的通信协议 PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification)使用了ISOOSI网络模型的第一层、第二层和第七层，用于车间级(PLC和PC)的数据通信，可实现不同供应商的自动化系统之间传输数据。但是由于配置和编程比较繁琐，目前很少使用。 87三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点1、PROFIBUS的通信协议 由于自动化专业对于控制与被控对象

45、之间的实时性要求比较高，所以一般采用PROFIBUS-DP网络。88三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点2、PROFIBUS的应用优点 设计、调试简便，节省硬件安装费用 现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线上可连接多个设备，因而，电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。 89三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点2、PROFIBUS的应用优点 设计、调试简便，节省硬件安装费用 现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线上可连接多个设备，因而，电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。 90三、PROFIBUS网络通信

46、概述及主要特点2、PROFIBUS的应用优点 设计、调试简便，节省硬件安装费用 现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线上可连接多个设备，因而，电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。 当需要增加现场控制设备时，无需增设 新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既 节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。 一般可节约安装费用40以上，其它施工 情况如图所示。91三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点2、PROFIBUS的应用优点 系统维护、设备更换和系统扩充方便 由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息传送到上位监控设

47、备，用户可以查询所有设备的运行和诊断维护信息，能够早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间，同时，由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设备更换和系统扩充方便等优点。因为运动控制系统的过渡过程时间较短，所以用于控制的反馈信号直接送入现场的控制器，而不是送入网络后再由网络送入控制器。注意：运动控制系统的反馈信号上网的目的是用于监视与故障诊断而不是用于控制。为什么？92三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点2、PROFIBUS的应用优点 用户对系统配置、设备选型有最大的自主权 许多自动化产品企业的设备都支持PROFIBUS协议，这样就可以

48、在一个企业中由用户根据产品的性能和价格选择不同厂商提供的设备来集成系统，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，避免因选择了某一品牌的产品而限制了设备的选择范围，降低了控制系统的成本，使系统集成过程中的自主权完全掌握在用户手中。 互操作性：现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，集成在一起，避免了传统控制系统中必须选用同一厂家的产品限制，促进了有效的竞争，降低了设备安装企业的成本。93三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点2、PROFIBUS的应用优点 提高了系统的可靠性，减少故障停机时间 由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，从根本上提高了测量与控制的准确度，并能在部

49、件、甚至网络故障的情况下独立工作。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，大大提高了整个控制系统的容错能力和可靠性。94三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点3、PROFIBUS的网络特性 传输介质 1)电气网络：带屏蔽层双绞线电缆； 2)光纤网络：光纤电缆(玻璃、PCF和塑料)； 3)无线连接：红外线。 拓扑结构 1)电气网络：线形、树形； 2)光纤网络：线形、树形、环形； 3)无线连接：点对点、点对多点。95三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点3、PROFIBUS的网络特性 网络距离 1)电气网络：使用中继器最大9.6km； 2)光纤网络：最大90km；

50、3)无线连接：最大15m。 传输速率 从9.6kbit /s 12Mbits。 站点数目 总线支持的最多站点数为127个，地址编号为0126。96三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点3、PROFIBUS的网络特性 网络段的配置 电气传输时使用总线型拓扑结构，如下图所示。 编程口编程口97三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点3、PROFIBUS的网络特性 网络段的配置 每一个RS-485网段最多支持32个站点和有源网络元件。网段的最大传输距离与通信速率有关，距离越远，信号衰减得越严重，通信速率越低。98三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点3、PROFIBUS的网络特性 网络段的

51、配置 每一个RS-485网段最多支持32个站点和有源网络元件。网段的最大传输距离与通信速率有关，距离越远，信号衰减得越严重，通信速率越低。 PROFIBUS传输距离与通信速率的关系见下表所示。99三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点4、PROFIBUS网络连接部件 总线连接器 PROFIBUS的电气接口为RS-485接口，总线连接器使用9针D型连接器，D型连接器插座连接总线站，D型连接器插头与总线电缆相连。9针D型总线连接器的针脚定义见下表。100三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点4、PROFIBUS网络连接部件 总线连接器 PROFIBUS的电气接口为RS-485接口，总线连接

52、器使用9针D型连接器，D型连接器插座连接总线站，D型连接器插头与总线电缆相连。9针D型总线连接器的针脚定义见下表。101三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点4、PROFIBUS网络连接部件 总线连接器 西门子公司的总线连接器一般都配有终端电阻，有带编辑器接口的和不带编辑器接口的两种类型，进出线的角度有多种规格，快速连接插头可以不用工具快速连接总线电缆，如下图所示。 102三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点4、PROFIBUS网络连接部件 RS-485中继器 如果一条PROFIBUS网络上超过32个站点或者网络传输距离需要扩展时，就要使用RS-485中继器(RS-485 Repea

53、ter)实现网段的隔离和扩展。 RS-485中继器如图所示，是一个有源的网络部件，具有信号放大和再生功能，需要占用一个站地址，在一条PROFIBUS网络上最多可以安装9个RS-485中继器。 应用RS-485中继器还可以构成树形网络，可以使网段之间相互实现电气隔离。 103三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点4、PROFIBUS网络连接部件 RS-485中继器 例如：如果要求PROFIBUS网络的传输距离为500m，通信速率达到1.5Mbit/s。 对照传“输距离与通信速率关系表”可知，当通信速率为1.5Mbit/s时，最大的距离为200m，要扩展到500m，就需要使用两个RS-485中

54、继器，这样就可以同时满足距离和通信速率的要求。500m104三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点4、PROFIBUS网络连接部件 RS-485中继器 例如：如果要求PROFIBUS网络的传输距离为500m，通信速率达到1.5Mbit/s。 对照传“输距离与通信速率关系表”可知，当通信速率为1.5Mbit/s时，最大的距离为200m，要扩展到500m，就需要使用两个RS-485中继器，这样就可以同时满足距离和通信速率的要求。500m105三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点4、PROFIBUS网络连接部件 RS-485中继器 思考题：如果一条PROFIBUS网络的距离不长，但总线上有

55、80个站点，那么需要增加多少个RS-485中继器？ 第三章多闭环控制系统的构造及PROFIBUS网络组态本讲主要内容（第六节 ）四、PROFIBUS-DP的主要特点五、PROFIBUS协议专用集成电路及接口电路 六、PROFIBUS-DP网络组态过程及数据传输命令第363讲107三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点 4、PROFIBUS网络连接部件 终端电阻 为了防止回波干扰，在总线的两端必须使用终端电阻。西门子公司的PROFIBUS总线连接器都带有终端电阻，总线两端应将终端电阻拨到“0n”的位置，如下图所示。108三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点 4、PROFIBUS网络连接

56、部件 终端电阻 在一条PROFIBUS总线上；位于总线中间的站点掉电，从电路连接上不会影响整个网络通信功能。但是，如果总线两端任一站点掉电，终端电阻将失效，会导致整个网络通信中断。 解决此问题可利用专用的有源总线终端(Active Bus Terminal)，它是一个有源的网络元件，在一个网段里本身也是一个站点，仅作为总线终端使用，无中继功能，如图所示。109三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点5、 PROFIBUS总线访问协议 在PROFIBUS协议中有两种基本的媒体访问控制： 主站之间的数据传输（令牌传递方式） 每个主站拥有相同的总线访问权(令牌)。主站传递程序必须保证在确切限定的时

57、间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成其通信任务。令牌信息是一条特殊的报文，它在主站之间传递总线访问权。令牌在所有主站中循环一周的最长时间是事先规定的。在PROFIBUS中，令牌仅在各主站之间升序传递。 110三、PROFIBUS网络通信概述及主要特点5、 PROFIBUS总线访问协议 主站与从站之间的数据交换（主从方式） 主站在一个限定的时间内对总线有控制权。从站只是响应一个主站的请求，对总线没有控制权。主站和从站之间周期、实时数据的通信，应尽可能地快速和简单。主站-从站方式允许主站在得到总线访问权(令牌)时，可以与从站通信，每一个主站均可和向从站发送或索取信息。111第六节 PROFI

58、BUS通信和网络组态四、PROFIBUS-DP的主要特点 PROFIBUS-DP (Distrbuted Peripheral) 协议是为满足自动化工厂中分散I/O和现场设备之间所需要的高速数据通信的需求而设计的。用于现场设备级的高速数据传输，传输1K字节的输入数据和1K字节的输出数据，所需时间小于2 ms。一般用于单主场合。 1、PROFIBUS-DP总线循环时间 中央控制器(主站)周期地读取从站的输入信息，并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须小于中央控制器(主站)的程序循环时间，一般情况下主站程序循环时间不会高于10ms。主站和从站都能对数据通信进行监控。112第六节 PROFIB

59、US通信和网络组态四、PROFIBUS-DP的主要特点 2、PROFIBUS-DP系统配置和设备类型 PROFIBUS-DP允许构成多主站系统（一般是单主站），这就为系统配置提供了高度的灵活性。PROFIBUS-DP系统一般有如下三种不同类型的设备：（1） 一级DP主站 (DPMl) 一级DP主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的从站交换信息。典型的主设备包括可编程序控制器(PLC)、个人计算机(PC)、数控设备(CNC)和机器人控制器。113第六节 PROFIBUS通信和网络组态四、PROFIBUS-DP的主要特点 2、PROFIBUS-DP系统配置和设备类型（2） 二级DP主站 二

60、级DP主站是触摸屏、操作面板或编程器、组态设备等。它们在DP系统控制操作和组态时使用，以达到系统操作和监视的目的。（3）DP从站 DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围没备，这些外围没备可以成为DP从站：数字或模拟的输入偷出设备、直流调速器、变频器、阀门等.114第六节 PROFIBUS通信和网络组态五、PROFIBUS协议专用集成电路及接口电路 115直流调速器网卡与主控制板的安装过程网卡主控板基板基板架机壳116直流调速器网卡与主控制板的安装过程117第六节 PROFIBUS通信和网络组态六、PROFIBUS-DP网络组态过程及数据传输命令1、PROFIBUS-DP网络组态过程 PR