ProfiBus-DP总线设备及应用

HollySysProfiBuS-DP设备及应用控制网CNET1前言现场总线（FieldbuS）是应用在现场、在智能化测量控制设备之间实现双向串行多接点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。ProfiBus是比较有影响的现场总线技术之一，它符合欧洲标准EN50170。ProfiBus根据应用特点分为ProfiBUS-DP、ProfiBUS-FMS、ProfiBUS-PA三种协议。ProfiBus-DP是经过优化的高速通信连接，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计。使用ProfiBuS-DP模块可以取代价格昂贵的24V和0~20mA并行信号线，用于分布式控制系统的高速数据传输。2ProfiBuS-DP简介2.1ProfiBuS的基本特性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讯，当主站得到总线控制权，没有外界请求也可以主动发送信息。从站没有总线控制权，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。ProfiBuS提供了三种类型的传输技术：DP和FMS的RS485传输；PA的IEC1158-2传输；光纤。RS485是ProfiBuS最常用的一种，采用屏蔽双绞线，共用一根导线对。RS485为总线结构，最大总线负载32个单位负载（UL）,传输速度可选用9.6Kbps~12Mbps,一旦设备投运，每条链路上的全部设备需设定为同一传输速率。传输速度取决于电缆长度。2.2ProfiBuS-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信息。ProfiBuS-DP的基本功能如下：传输技术RS-485双绞线电缆或光缆波特率9.6Kbps~12MbPS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和多主系统主-从设备，总线上最多站点数126通信点对点（用户数据发送）或广播（控制指令）循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送3ProfiBus-DP总线在MACSTM系统中的应用MACSTM是和利时公司集多年的开发、工程经验设计的大型综合控制系统。该系统I/O站总线采用了目前世界上先进的现场总线技术（ProfiBus-DP总线）。I/O站的主控单元（如：FM811）为ProfiBus-DP主站，I/O输入/输出模块（如：FM1系列模块）为PrOfiBUs-DP从站。主/从站及他们之间的连接件构成了完整的PrOfiBUs-DP总线网络。网络的配置（包括主/从站数量、传输数率、传输距离等）的优化，在保证系统的正确、快速工作的前提下，可大大提高系统稳定性。支持最大站点标准ProfiBus-DP系统每条链路最多可连接126个站（站号从0~125），总线系统可以分为4个段，段与段之间用重复器连接。目前HOllySyS公司MACSTM系统DP网的最大配置为：（第一段：终端匹配器+2主站+21个从站+重复器）+（第二段：23个从站+重复器）+（第三段：23个从站+重复器）+（第四段：23个从站+终端匹配器）支持的传输速率标准DP支持以下传输速率：（单位：kbps）9.6、19.2、31.25、45.45、93.75、187.5、500、1500、（3000、6000、）12000Hollysy公司DP支持的传输速率1（单位：kbps）为：9.6、19.2、31.25、45.45、93.75、5001输入/输出模块类型不同，传输数率不同，详见各种模块的说明书3.3传输介质MACSm系统网络传输技术采用RS485双绞线电缆或者光纤。从工程应用的角度（施工难易度、可维护性、经济性等）考虑和根据实际产品应用现场实际情况，MACSlM系统中，传输介质通常采用屏蔽双绞线（LineA）。RS485双绞线电缆传输介质可以选择型式A和型式B两种导线，A为屏蔽双绞线，B为普通双绞线。但在EN50170标准中规定为型式A导线，型式A比型式B有较大的扩展长度，见表2。―^表~3-1 ：导线A和导线B说明— ^参 数^-LineA--LineB-特征阻抗意)¥QI/ι⅛Z1A1rhr÷? ( ,\135~165100~130单位长度的电容（PFm<30<60_回路电阻9Tkm— 110线心直径~（mm）0.64>0.53 线芯截面积（mm2） >0:34 >022 3.4传输线最大距离不同的介质，不同的波特率，信号可传输的的距离是不同的，见表3。表3-2传输速率与距离关系表波特率 (kbns) 9.6 19.293.75187.5500150012000<RUpsJ传输距离..”导线）...1200120012001200400200100（导线A）传输距离（导线B）120012001200600200不推荐不推荐*注：该传输距离指不加重复器的距离长距离时节点数的计算先根据通讯距离由表3查出最快通讯速率，再根据3.5.1~3.5.3的数据和方法计算该速率下最多能挂多少个站.FM1系列模块的数据量FM1的数据量表如下：表4FM1系列I/O模块通讯数据量表(每控制周期)FM1模块名称数据量M模块名称数据量 FM141341bitFM16187bitFM142341bit FM161-SOE 231bitFM143341bitFM162 341bitFM144187bitFM163 330bitFM145341bitFM171 2,42bitFM146528bitFM172 2,20bitFM147341bitFM148 341bitFM151550bitFM182 2(068bitFM152462bitFM148E 341bitMACS系统数据交换周期的概念在FM系列硬件系统中，用于数据交换的周期有两个：一个是主控单元CPU与DP主卡的数据交换周期，称为I/O周期；一个是DP主卡与I/O模块的数据交换周期，称为DP周期；为了实现系统中两个周期处理的同步性，系统规定：DP周期应该不超过I/O周期的2/3。在FM系列硬件系统中，I/O周期是设定的，当从站含有SOE功能时，I/O周期是30ms；当从站不含有SOE功能时，I/O周期是50ms；而DP周期是随模块数量和种类自动变化的。在FM系列硬件系统中，DP周期的工程计算可以采用如下公式：DP周期(s)=∑I/O总数据量(bit)/传输速率(bit/s)数据交换周期的工程应用虽然由表3：传输距离与电缆长度的关系，可以保证信号的正常传输。但从站数目太多时，可能会使在DP主卡与I/O模块的数据交换的数据量太大，使得上述DP周期大于I/O周期。此时，提高传输速率是解决问题的一个有效办法。例：当某IO站不含SOE时，假定有若干个FM模块，如果参考上述表4,得出一个控制周期中，该工程的DP总线中所有从站的数据量是1000（9，而总线的传输速率是9600bps，此时一个完整的数据交换周期是10000/9600＞＞（50x2/3）ms，会产生失控。若采用提高传输速率的办法，将传输速率提高到500kbps，则此时一个完整的数据交换周期为10000∕500000=20ms＜（50x2/3）ms，因此通讯传输速率设置合理。重复器与终端匹配器的应用用于MACS系统中的ProfiBus-DP，出于其网络拓扑的结构和工程安全考虑，必须要求加终端匹配器（FM192-TR）。目前的重复器或终端匹配器内的终端匹配电阻、偏置电阻均是与型式A的导线相配。重复器内的终端匹配电阻的需要与否可以依据网络拓扑需要，通过重复器上的相应拨码选择。通过重复器改变网络拓扑结构MACSTM系统最常见的是总线型网络拓扑结构，主站、从站和重复器通过传输介质串联构成。利用重复器，可以根据需要改变网络拓扑结构，详见下节“ProfiBus-DP重复器在MACSTM系统中的使用”。ProfiBus-DP重复器在MACSTM系统中的使用．1ProfiBus-DP重复器的功能说明西门子公司的DP重复器是ProfiBus-DP现场总线网络结构中的重要模块，它主要用于下列目的：z拓展总线的物理长度；z改变总线的拓扑结构；z增加总线的节点数目；z两段总线间的隔离或关断。MACSTM系统选用的DP重复器的原理框图如图1—1所示。A2A1'A2'470470PEM5.2GND1GND2图1-1原理框图4．2接线端子、指示灯及开关说明DP重复器的前面板布置如图2-1所示。图2-1DP重复器正视图6HollySys24V电源正极24V电源

指示灯保留的编程口24V电源负极保护地测试用端子电缆屏蔽层压紧夹总线1接线端子总线1终端电阻开关总线1指示灯关断传输开关总线2指示灯总线2终端

电阻开关总线2接

线端子电缆屏蔽层压紧夹导轨滑块各接线端子的定义见表2-1。端子标号表2-1DP重复器接线端子定义端子定义L+ 24V直流电源输入正极 M24V直流电源输入负极PE保护地，内部已与上下电缆压紧夹相连，模块安装后 自动与导轨相连。 M5.2模块测试用端子，不允许接线 A1总线第1段进线负极 一B1 总线第1段进线正极 一,IA1Illl总线第1段进线负极转出I1一,IB1 总线第1段进线正极转出 一A2总线第2段进线负极 一B2总线第2段进线正极 一.IA2总线第2段进线负极转出.IB2 总线第2段进线正极转出 DP重复器各开关设置见表2-3。表2-3DP重复器开关设置面板符号开关名称 设置 DP1总线1终端拨电阻开关：向。2总线1连接终端电阻，且A1和A1,断开，B1和B1,断开。远离。N：总线1不连终端电阻，且A1和A1,内连，B1和B1,内连。 DP2总线2终端拨电阻开关：向的总线2连接终端电阻，且A2和A2,断开，B2和B2,断开。远离。N：总线2不连终端电阻，且A2和A2,内连，B2和B2,内连。 OFF总线传输书关断开关殳向。FF：总线1和总线2断开。远离。FF：数据可在总线1和总线2之间传输。DP重复器指示灯定义见表2-2。表2-2DP重复器指示灯定义灯标号 灯定义 DC24V亮：24V电源正常；灭：24V电源失电 DP1亮/闪：总线第1段活动；灭：总线第1段寂静一DP2亮/闪：总线第2段活动；灭：总线第2段寂静一使用标准DP电缆时，电缆头剥线要求参见

图2-2。将通讯电缆的线头接入DP重复器时，应将电缆头用DP重复器的屏蔽层压紧夹将电缆

压紧，并保证剥开的8.5mm屏蔽网部分刚金属箔

屏蔽网外绝缘层好被夹子压紧。图2-2DP重复器通讯电缆线头剥线要求示意图4．3典型应用举例DP重复器的典型使用如图3-1和图3-2所示。在具体设计时，需要注意的是：1、图中每一个收发器表示主站或从站；2、建议A1、B1、A1'、Bl'上最多接23个主从站。如需扩展从站数目或长距离传输，需要通过重复器扩展。3、建议A2、B2、A2'、B2'上最多接23个主从站。如需扩展从站数目或长距离传输，需要通过重复器扩展。4、星型接法中，要注意将重复器分支处的终端匹配电阻拨码断开，即去掉重复器的终端匹配电阻。只用于扩展的重复器应该在接入端去掉终端匹配电阻，在输出侧加上终端匹配电阻。5、终端匹配器加在各支路末端。6、DP重复器的使用可以参见下述“ProfiBus-DP重复器。DP重复器R RT TR RT T重复器用于节点数扩展或总线延长RTRTRtFM192-TR图3-2DP重复器用于改变网络拓扑结构4.4DP重复器技术指标型号6ES7972-0AA01-0XA0模块电源供电电压24VDC(20.4V至IJ28.8V)电流消耗....200mA@24V传输速率9.6kbps,19.2kbps,45.45kbps,93.75kbps,187.5kbps,500kbps,1.5Mbps,3Mbps,6Mbps,12Mbps。波特率自适应，无需跳线选择。外型尺寸j¾×高×/深=45mm×128mm×67mm重量约350克安装DIN35mm导轨安装工作温度0℃~60℃存储温度-40℃~70℃相对湿度5~95%相对湿度,不凝结防护等级IP205DP有源终端匹配器FM192-TR5．1功能说明FM192-TRDP总线终端匹配器模块是为MACSTM系统配套设计的，用于DP总线终端匹配。模块为+24V供电，利用电阻消除信号不匹配，以克服干扰，提高通讯质量。5．2端子说明四针连接器信号定义如表2-1所示：表2-1序号.定义 1+24V2GND3DP通讯正端4DP通讯负端5．3使用说明本模块与MACS™系统现场控制站中ProfiBus-DP总线末端的IO模块相连。与导轨相连安装说明①用底座后面的两个卡槽卡住导轨的一