《工业网络互联集成》课件-第六章 Profibus现场总线

实时工业网络设计与应用智能制造与装备学院Profibus现场总线第六章问题1：Profibus有哪三种通信协议？问题2：Profibus的三种通信协议分别有几层？哪几层？问题3：Profibus的最大传输速率是多少？关于Profibus的问题问题4：Profibus有几种报文格式？问题5：请说出Profibus数据链路层提供的四种服务。问题6：Profibus有几类主站？分别具有什么功能？现场总线PROFIBUS:ProcessFieIdbus一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他自动化领域概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用现场总线概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用发展历史198719891996德标欧标(FMS+DP)BCA开发200119991998国际标准欧标(PA)EDF中国机械行业标准标准化现场总线概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用组成解决车间级的通用性通信任务，提供大量通信服务用于传感器和执行器级的高速数据传输，单主站，主从采用循环数据传输用于安全性较高的场合，具有本安特性现场总线概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用组成Profibus-DP基础包Profibus-FMSProfibus-PA用于传感器和执行器级的高速数据传输传输速率可达12Mbit/s一般构成单主站系统，主站、从站间采用循环数据传输方式工作现场总线概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用组成Profibus-DP基础包Profibus-FMSProfibus-PA解决车间一级通用性通信任务完成以中等传输速率进行的循环和非循环的通信任务完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换，因此它考虑的主要是系统的功能而不是系统响应时间可用于大范围和复杂的通信系统现场总线概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用组成Profibus-DP基础包Profibus-FMSProfibus-PA具有本质安全特性是PROFIBUS的过程自动化解决方案将自动化系统和过程控制系统与现场设备，如压力、温度和液位变送器等连接起来，代替了4-20mA模拟信号传输技术尤其适用于石油、化工、冶金等行业的过程自动化控制系统现场总线概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用特点不支持长信息段>235B网络拓扑是总线形，两端带终端器或不带终端器传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6kbit/s到12Mbit/s不等可选第二种介质(冗余)现场总线概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用特点使用半双工传输地址定义范围为:0～127使用两类站:主站(主动站，具有总线存取控制权)从站

(被动站，没有总线存取控制权)现场总线概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用特点数据传输服务有两类:非循环的:有/无应答要求的发送数据有应答要求的发送和请求数据循环的

(轮询):有应答要求的发送和请求数据现场总线协议结构概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA屏蔽双绞电缆符合EIARS-485标准(也称H2)传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA最大允许的PROFIBUS总线长度（段长度）与所选的传输速率有关传输速率：9.6kbit/s—12Mbit/s一旦设备投入运行，全部设备都应选用同一传输速率站点数：每段32站（无中继），127站（有中继）现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA国际性的PROFIBUS标准EN50170推荐使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接（9针头）D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PAPROFIBUS第1层的另一种类型是通过光纤导体中光的传输来传送数据。站之间的距离最大到15km。用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆可用作传输介质。玻璃光纤能处理的连接距离达到15km，而塑料光纤只能达到80m现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PAOLM技术(OpticalLinkModule)现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PAOLP技术(OpticalLinkPlug)现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA曼彻斯特编码(也称H1编码)数据的发送采用对总线系统的基本电流IB调节±9mA的方法实现现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA传输介质采用屏蔽/非屏蔽双绞线IEC61158-2标准推荐了四种标准电缆类型：A型（基准）、B型、C型、D型C型和D型仅用于网络的升级改造工作现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA树型结构是典型的现场安装技术现场分配器负责连接现场设备与主干总线，所有连接在现场总线上的设备通过现场分配器进行并行切换现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA总线型结构提供了与供电电路安装类似的沿现场总线电缆的连接点现场总线电缆可通过现场设备连接成回路，其分支线也可连接一个或多个现场设备现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PA树型与线型的组合结构：基于IEC61158-2传输技术总线段与基于RS485传输技术总线段可以通过DP/PA耦合器或链接器相连，耦合器使RS485信号和IEC61158-2信号相适配现场总线物理层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用DP(RS-485)FMS(光缆)PAIEC1158-2传输技术特性数据传输:数字式、位同步、曼彻斯特编码传输速率:31.25kbit/s，电压式数据可靠性:前同步信号，采用起始和终止界定符避免误差电缆:双绞线，屏蔽式或非屏蔽式远程电源供电:可选附件，通过数据线防爆型:能进行本质及非本质安全操作拓扑:总线形或树形，或两者相组合站数:每段最多32个，总数最多为126个中继器:最多可扩展至4台现场总线数据链路层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用在PROFIBUS中，数据链路层(第2层)称为FDL层(现场总线数据链路层)根据OSI参考模型，数据链路层规定总线存取控制、数据安全性以及传输协议和报文的处理总线存取控制基础包数据安全性报文格式现场总线数据链路层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用PROFIBUS的报文格式：1.有固定信息字段长度的格式2.带数据的有固定信息字段长度的格式3.有可变信息字段长度的格式4.短应答5.令牌报文信息字段长度单字符，仅用于应答SD1—SD4(起始界定符):起始字节，用于区别不同的报文格式长度字节，指出可变长报文中信息字段的长度DA(目的地址):目的地址字节SA(源地址):源地址字节控制字节，包含此信息的服务和优先权的详细说明数据单元，包含报文的有用信息，必要时还包含扩展地址的详细说明(帧校验顺序):校验字节，包含报文校验和(不进位地加所有报文字节的和)(终止界定符):终止字节，指出此报文终止现场总线数据链路层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用第2层报文格式提供高级的传输安全性，海明距离HD=4。检查以下类型错误：

字符格式出错(奇偶校验，溢出，帧出错)

协议出错

起始和终止界定符出错帧校验字节出错现场总线数据链路层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用点对点的数据传输广播和群播通信的多点传输现场总线数据链路层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用数据链路层提供的数据服务如下:PROFIBUS-DP只使用SRD和SDN服务。上一层通过数据链路层的SAP(服务存取点)调用这些服务发送数据需应答（SDA）基础包发送数据无需应答（SDN）发送和请求数据需回答（SRD）循环地发送和请求数据需回答（CSDA）现场总线应用层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用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。在不同的应用中，具体需要的功能范围必须与具体应用相适应，这些适应性定义称为行规。行规提供了设备的可互换性，保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能。现场总线应用层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用（1）控制器间的通信(3.002):可编程控制器(PLC)之间通信的FMS服务。（2）楼宇自动化行规(3.001):对楼宇自动化系统使用FMS进行监视、闭环和开环控制、操作控制、报警处理及系统档案管理作了描述。（3）低压开关设备(3.032):通过FMS在通信过程中低压开关设备的应用行为。Profibus-FMS行规现场总线应用层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用（1）NC/RC行规(3.052):机床和装配机器人（2）编码器行规(3.062):回转式、转角式和线性编码器与PROFlBUS-DP的连接。（3）变速传动行规(3.071):传动技术设备生产厂商共同制定了PROFIDRIVE行规。（4）操作员控制和过程监视行规(HMI):通过PROFIBUS-DP与更高一级自动化部件的连接。Profibus-DP行规现场总线应用层概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用PROFIBUS-PA行规保证了不同厂商所生产的现场设备的互换性和互操作性，PA行规的任务是选用各种类型现场设备真正需要的通信功能，对所有通用的测量变送器和其他被选类型的设备作了具体规定:（1）压力、液位、温度和流量用测量变送器（2）数字量输人和输出（3）模拟量输人和输出（4）阀门（5）定位器Profibus-PA行规现场总线Profibus-DP概述概述Profibus协议结构通信模型Profibus-DP应用为自动化制造工厂中分散的I/0设备和现场设备所需要的高速数据通信而设计典型的DP配置是单主站结构DP主站与DP从站间的通信基于主-从原理，一个报文循环由DP主站发出的请求帧(轮询报文)和由DP从站返回的有关应答或响应帧组成现场总线Profibus-DP概述概述Profibus协议结构通