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1、网络控制技术及应用网络控制技术及应用 第第6章章Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS概述概述DP设备行规FMS设备行规PA设备行规基本功能扩展功能基本功能扩展功能DP用户接口 直接数据链路映象程序(DDLM)应用层接口（ALI)DP用户接口 直接数据链路映象程序(DDLM)第7层（应用层）应用层S7应用层现场总线报文规范（FMS)第36层第2层（数据链路层）数据链路层 现场总线数据链路（FDL)数据链路层 现场总线数据链路（FDL)数据链路层 现场总线数据链路（FDL)IEC接口第1层（物理层）物理层（RS485/光纤)物理层（RS485/光纤)物理层（R
2、S485/光纤）IEC1158-2Automation and DrivesPROFIBUS的物理层（第一层）的物理层（第一层）PROFIBUS(RS485)使用的是屏蔽双绞电缆，使用的是屏蔽双绞电缆，PROFIBUS的第一层实现对称的数据传输，一个总线段的第一层实现对称的数据传输，一个总线段的导线是屏蔽双绞电缆，段的两端各有一个终端电阻。的导线是屏蔽双绞电缆，段的两端各有一个终端电阻。传输速率：传输速率：9.6Kbit/sec12Mbit/sec PROFIBUS RS485的传输方式以半双工、异步、无的传输方式以半双工、异步、无间隙同步为基础进行数据交换。数据帧间隙同步为基础进行数据交换。
3、数据帧11位。位。PROFIBUS物理层支持光纤通信物理层支持光纤通信Automation and DrivesPROFIBUS总线段总线段连PROFIBUS电缆5V0V总线终端电阻开关5V0V 390Ohm220Ohm390Ohm390Ohm220Ohm390OhmAutomation and DrivesPROFIBUSB导线导线二进制信号二进制信号A导线导线1011010通过示波器可以监控信号传输的状态通过示波器可以监控信号传输的状态数据传输时的信号形状数据传输时的信号形状Automation and DrivesPROFIBUS如果电缆过长，则信号开始变圆滑如果电缆过长，则信号开始变圆
4、滑数据传输时的信号形状数据传输时的信号形状Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS 电器接口需要注意的问题电器接口需要注意的问题1:PROFIBUS接头问题接头问题 大于大于1.5M时，避免连接站的电容性负载引起的导线反射，需要使用附加轴时，避免连接站的电容性负载引起的导线反射，需要使用附加轴 向电感的总线接头。向电感的总线接头。2:PROFIBUS终端电阻问题终端电阻问题 使用终端电阻的站点不能调电，整个网络将瘫痪。？使用终端电阻的站点不能调电，整个网络将瘫痪。？有源总线终端有源总线终端 3:PROFIBUS短截线问题短截线问题 高的传输速率时短截线将使整个
5、网络将瘫痪。？高的传输速率时短截线将使整个网络将瘫痪。？Automation and Drives现场总线数据链路（第二层）现场总线数据链路（第二层）第二层规定总线存取控制、数据安全性及传输协议和报文第二层规定总线存取控制、数据安全性及传输协议和报文处理。处理。PROFIBUS第二层为第二层为FDL层。层。数据的安全性：所有报文均具有海明距离数据的安全性：所有报文均具有海明距离HD=4.如果报文如果报文出错，自动被重发一遍，参数可以设置（出错，自动被重发一遍，参数可以设置（115）。）。在第二层中允许广播和群播多点传输。在第二层中允许广播和群播多点传输。PROFIBUS存取控制满足现场应用的需
6、要存取控制满足现场应用的需要1：同一级别的控制器和：同一级别的控制器和PC间通信（令牌传递程序），保间通信（令牌传递程序），保证在确定的时间获得足够的机会处理自己的通信任务。证在确定的时间获得足够的机会处理自己的通信任务。2：复杂的：复杂的PLC和和PC与简单的分部式与简单的分部式I/O通信，必须快速而通信，必须快速而又尽可能少的协议开销（主从程序）。又尽可能少的协议开销（主从程序）。Automation and Drives应用层（第七层）及应用层（第七层）及PROFIBUSPROFIBUS行规行规ISO/OSIISO/OSI参考模型的应用层提供用户需要的各种通信服务。参考模型的应用层提供用
7、户需要的各种通信服务。FMSFMS使用使用LLI(Lower Layer Interface)LLI(Lower Layer Interface)实现连接的建立及监控。实现连接的建立及监控。S7S7是一种优化的协议，可以通过是一种优化的协议，可以通过PROFIBUSPROFIBUS实现编程监控等功能。实现编程监控等功能。DPDP行规规定了相关应用的参数和行规的使用，使不同生产商行规规定了相关应用的参数和行规的使用，使不同生产商的的DPDP设备使用相同的标准。设备使用相同的标准。1:NC/RC1:NC/RC行规行规2:2:编码器行规编码器行规3 3：传动行规：传动行规4 4：操作员控制和过程监控
8、行规：操作员控制和过程监控行规5 5：防止出错数据传输行规：防止出错数据传输行规Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS网络拓扑网络拓扑 总线拓扑总线拓扑1波特率（波特率（K Bit/s）9.6187.55001500300012000总线长度总线长度（米）（米）1000400200100选用西门子中继器最多可以串连选用西门子中继器最多可以串连9个个Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS网络拓扑网络拓扑通过通过OLM拓展拓展OLM总线拓扑总线拓扑2Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS网络
9、拓扑网络拓扑树形拓扑树形拓扑1电器接口需要通过中继器电器接口需要通过中继器RS485中继器Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS网络拓扑网络拓扑树形拓扑树形拓扑2通过通过OLM进行拓扑进行拓扑Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS网络拓扑网络拓扑环形拓扑环形拓扑必须通过必须通过OLM进行拓扑，电器接口不支持进行拓扑，电器接口不支持Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUSRepeaterRepeaterBus terminalTDI/O网络安装规则网络安装规则n一个网段最大有一个网段最大有3
10、2个元件个元件(包括包括 Repeater,OLM,其他元件带有其他元件带有 RS485 驱动）。驱动）。n第一个和最后一个网段最大有第一个和最后一个网段最大有31个元件个元件。n两个中继器间最大有两个中继器间最大有30个站个站n每一个网段终端必须有终端电阻每一个网段终端必须有终端电阻Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUSPEL=potential equalisation lineTrans-mitterPosi-tioner分布式电气柜PELDP or PA 接口现场控制室Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUSTran
11、s-mitterPosi-tioner分布式电气柜PELDP or PA 接口现场PEL=potential equalisation line控制室适合使用接地故障监视和延伸适合使用接地故障监视和延伸很大区域的安装很大区域的安装Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS通信协议通信协议1:PROFIBUS-DP 使用了第一层和第二层，这种精简的结构保证了数据的高速传送，使用了第一层和第二层，这种精简的结构保证了数据的高速传送，特别适合可编程控制器与现场分散的特别适合可编程控制器与现场分散的I/O设备之间的通讯。通信方式设备之间的通讯。通信方式 主从。主从。2:
12、PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA使用扩展的使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输，此外，它执协议进行数据传输，此外，它执行规定现场设备特性的行规定现场设备特性的PA设备行规。传输技术依据设备行规。传输技术依据IEC115827标准，确保标准，确保本质安全和通过总线对现场设备供电。使用本质安全和通过总线对现场设备供电。使用DP/PA耦合器和耦合器和DP/PA LINK 很容很容易将易将PA设备集成到设备集成到PROFIBUS-DP网络之中。与网络之中。与DP相比相比PA以电流方式传输。以电流方式传输。3:PROFIBUS-FDL 使用了第一层、第二层，使用了第一层、第二层
13、，SEND/RECV 接口，数据传输快，特别适合接口，数据传输快，特别适合S7-300、S7-400 和和S5 PLC相互之间的通讯。通信方式相互之间的通讯。通信方式 主主。主主。Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS通信协议通信协议4:PROFIBUS FMS 使用了第一层、第二层和第七层。应用层（第七层）包括使用了第一层、第二层和第七层。应用层（第七层）包括FMS（现场总线报（现场总线报文规范）和文规范）和LLI（低层接口）。（低层接口）。FMS包含应用协议和提供的通讯服务。包含应用协议和提供的通讯服务。LLI建立建立各种类型的通讯关系，并给各种类型的通
14、讯关系，并给FMS提供不依赖于设备的对第二层的访问。提供不依赖于设备的对第二层的访问。FMS处处理单元级（理单元级（PLC和和PC）的数据通讯，功能强大和灵活可在广泛的应用领域使用，）的数据通讯，功能强大和灵活可在广泛的应用领域使用，但是由于组态和编程比较繁琐，现在很少使用。但是由于组态和编程比较繁琐，现在很少使用。5:PROFIBUS-S7 使用了第一层、第二层和第七层。特别适用于使用了第一层、第二层和第七层。特别适用于S7 PLC与与HMI（PC）和编和编程器之间的通讯。也可以应用于程器之间的通讯。也可以应用于S7-300与与S7-400，S7-400与与S7-400之间通之间通讯。讯。A
15、utomation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS通信网卡通信网卡Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS通信网卡通信网卡Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS通信网卡（额外）通信网卡（额外）1:TDC CP50M0(支持支持DP协议协议,编程功能，可以同时作为主编程功能，可以同时作为主/从从)2:S7-200 EM277(支持支持DP从，从，S7 OPC)3:S7-300/400集成的集成的DP接口（支持接口（支持DP 主主/从，从，S7协议）协议）4:IM157 DP/PA5:PC 侧侧PROFIB
16、US 网卡网卡注：注：CP5X1Y X=4 ISA X=5 PCMCIA X=6 PCIAutomation and DrivesPROFIBUS PROFIBUS 网络参数网络参数DP行规行规PROFIBUS参数组，适合单主站或多主站系统，例如参数组，适合单主站或多主站系统，例如PROFIBUSDP协议。协议。DP行规只考虑行规只考虑STEP7以组态网络节以组态网络节点的负荷。点的负荷。Standard行规行规PROFIBUS参数组，适合多主站系统和所有扩展的多于一个参数组，适合多主站系统和所有扩展的多于一个STEP7项目的配置而设计的，例如项目的配置而设计的，例如FDL，S7，FMS协议。
17、协议。Automation and DrivesPROFIBUS 网络参数网络参数如果没有激活如果没有激活“Include network configuration below”选项，选项，与与DP行规相同行规相同Automation and DrivesPROFIBUS PROFIBUS 网络参数网络参数如果没有激活如果没有激活“Include network configuration below”选项，会有什么问题？整个网络可能瘫痪。选项，会有什么问题？整个网络可能瘫痪。Automation and DrivesPROFIBUSPROFIBUS网络参数网络参数通用（通用（DP/FMS）
18、行规）行规PROFIBUS参数组，适合多主站参数组，适合多主站S5-S5 PLC，S5-S7PLC之间之间FDL，FMS协议协议通讯。通讯。User-defined用户自己修改用户自己修改PROFIBUS参数适合最佳的总线行规，适合和第三方设备以定参数适合最佳的总线行规，适合和第三方设备以定义的义的PROFIBUS参数相匹配，通常情况下不建议修改。参数相匹配，通常情况下不建议修改。Automation and DrivesPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPDP通信方式通信方式(主主-从方式从方式)主站：主站：S7-300/400、ET200S CPU、TDC、PC、S5 等。等。从站
19、：远处从站：远处I/O、仪表、变频器、仪表、变频器、S7-300/400等。等。每个从站都有标准的每个从站都有标准的GSD文件，文件中的通信接口由提供方文件，文件中的通信接口由提供方解释。通信数据区最大解释。通信数据区最大244字节。字节。从站初始化：从站初始化：Slave_diag-set_prm-chk_cfg-Slave_diagAutomation and DrivesPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP CPU 315-2FMFM153-2153-2153-2Profibus DPClass 1Master(C1)Class 2Master(C2)Slave 1Slave 2
20、Slave 3S1S1S2S2S3S3CyclicDP ProcessingC1C1Acyclic DPProcessing(C1)C2C2TokenAcyclic DPProcessing(C2)TokenCPU 315-2OPS1TokenDP 1类、类、2类主站类主站Automation and DrivesPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP CPU 315-2FMFM153-2153-2153-2Profibus DPClass 1Master(C1)Class 2Master(C2)Slave 1Slave 2Slave 3 CPU 315-2Class 1Master(C
21、1)令牌令牌DP 多主方式多主方式Automation and DrivesPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP 循环结构循环结构DP循环DP循环DP循环循环部分非循环部分t固定t可变t可变I/O数据总线管理、从站初始化诊断报警、数据记录PG/OP、报文重复Automation and DrivesPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP 循环结构（固定循环时间）循环结构（固定循环时间）DP循环DP循环DP循环循环部分非循环部分t固定t可变T固定暂停t可变在等时通信时使用，应用在在等时通信时使用，应用在PROFIBUS上驱动装置的上驱动装
22、置的同步，只能单主站。同步，只能单主站。Automation and DrivesPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPDX通信通信CPU315-2PN/DPCPU315-2PN/DP作为主站作为主站CPU314C-2DPCPU314C-2DP作为接收站作为接收站CPU315-2DPCPU315-2DP作为发布站作为发布站Receiver 站CPU314C-2DPPublisher 站CPU315-2DPAutomation and DrivesPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP功能划分功能划分Data Exchange Broadcast Isochronous Mode C
23、lock Synchronization,Time Stamps HART on DP Redundancy Acyclic Data ExchangeEngineering(EDD,FDT)Fail-Safe CommunicationAlarmsCyclic Data ExchangeDDBF,Configuration and DiagnosisPROFIBUS DPDP-V2DP-V1DP-V0Automation and DrivesRS485/RS485-IS的应用的应用最大段长度最大段长度 mTransmission Rate kBits/sRS-485mRS-485-ISm9.
24、6;19.2;45.45;93.7512001200187.51000100050040040015002002003,000;6,000;12,000100The values refer to cable type A with the following properties:Impedance 135 to 165 Capacity 30 pF/mLoop resistance 110/kmWire diameter 0.64 mmCore cross-section 0.34 mmAutomation and DrivesFDLFDL通信方式通信方式(主主-主方式主方式)1)适适 用
25、用 S7-300/400,S5 通通 信信.(CP342-5,CP343-5,CP443-5)2)在在 连连 接接 表表 中中 建建 立立 通通 信信 站站FDL 连连 接接,并并 在在 每每 一一CPU 中调中调 用用FC5(AG_SEND),FC6(AG_RECV)建建 立立 通通 信信 接接 口口 区最区最 大大240 字字 节节.并并 可可 以以 利利 用用CP 诊诊 断断 功功 能能 监监 控控 数数 据据 传传 输输 3)如如 果果 不不 在在 一一 个个 项项 目目 中中(两两 个个 单单 位位 做做 同同 一一 项项 目目),可可 以以 灵灵 活利活利 用用 映映 射射 的的
26、方方 式式 通通 信信,以以 保保 证证 程程 序序 的的 安安 全全 性性Automation and Drives FDLFDL通信方式通信方式PROFIBUSSTATION 2STATION 4PROFIBUS ADDRESSLSAP NO.映映 射射 区区 映映 射射 区区 空空 间间OTHER STATIONAutomation and DrivesFDL多点多点/广播通广播通 信信多点通信多点通信：通信站建立多点连接，连接对象通信站建立多点连接，连接对象PROFIBUS ADDRESS 为为127，通信各站的，通信各站的LSAP 相同相同 （为一个组）（为一个组）广播通信广播通信：
27、各通信站建立广播连接，连接对：各通信站建立广播连接，连接对PROFIBUS ADDRESS为为127，LSAP为为63。Automation and DrivesFMSFMS通信方式通信方式(服务器服务器-客户机方式客户机方式)1)适适 用用 S7-300/400,S5 通通 信信.(CP343-5,CP443-5 basic)2)在在 连连 接接 表表 中中 建建 立立 通通 信信 站站FMS 连连 接接,并并 在在 每每 一一CPU 中中 调调 用用FB3(READ),FB6(WRITE)建建 立立 通通 信信 接接 口口 区区,所所 通通 信信 变变 量量 需需 在在SYMBOL 属属
28、性性 中中 定定 义义.3)可可 以以 和和 第第 三三 方方 符符 合合FMS 协协 议议 的的 产产 品品 通通 信信,而而 不不 考考 虑虑 数数 据据 区区 M,DB,Q,I.Automation and DrivesFMS 通信方式通信方式(服务器服务器-客户机方式客户机方式)PROFIBUSServerclientServerclient 读读 操操 作作写写 操操 作作 符符 号号 名名/索索 引引 name/Automation and DrivesS7通信方式通信方式(服务器服务器-客户机客户机/主主-主方式主方式)1)适适 用用 S7-300/400,PC 通通 信信.(C
29、P342-5,CP343-5,CP443-5)2)S7 通通 信信 是是 一一 优优 化化 协协 议议,MPI,PROFIBUS,ETHERNET 都都 可可 应应 用用S7 协协 议议,如如 S7-300/PC,S7-400/400/PC,S7-300/400(服服 务务 器器-客客 户户 机机)3)在在 连连 接接 表表 中中 建建 立立S7 CONNECTION,并并 在在CPU 中中 调调 用用SFB 建建 立立 通通 信信 区区.Automation and DrivesS7通信方式通信方式(服务器服务器-客户机客户机/主主-主方式主方式)S7-300 CPU 和新版和新版CP V5
30、.0(CP342-5,CP343-1)支持支持 S7-CONNECTION 连接，一个连接，一个S7连接可以连接可以 扩展到扩展到16个连接。个连接。Automation and DrivesS7通信方式系统功能块通信方式系统功能块SFB8/FB8 USEND/SFB9/FB9 URECV(440字节字节)SFB12/FB12 BSEND/SFB13/FB13 BRECV(64K字节字节)SFB14/FB14 GET/SFB15FB15 PUT(400字节字节)发送发送:不需要对方确认不需要对方确认.接收接收:异步的从接收信箱接收数据异步的从接收信箱接收数据 并传送到制定的地址区并传送到制定的
31、地址区.发送发送:需要对方确认需要对方确认.大数据通信大数据通信 发送发送:需要对方确认需要对方确认.单方编程单方编程,通信区透明通信区透明注：注：SFBs for S7-400,FBs for S7-300Automation and DrivesPROFIBUS PAPROFIBUS PAPROFIUS DPS7 400 ControllerSystem busIndustrial Ethernet/Fast EthernetDP/PA-LinkGas AnalyserFlowPressureTemperaturepH,C,O2Valve PositionerLevelPROFIBUS P
32、APROFIBUS PA 耦合器耦合器coupler的主要作用：的主要作用：1.1.实现物理层的转换实现物理层的转换2.2.通过总线向现场仪表供电通过总线向现场仪表供电3.3.安全栅功能：安全栅功能：实现危险区与安全实现危险区与安全 区的电气隔离区的电气隔离链接器链接器Link的主要作用：的主要作用：1.1.控制着过程仪表与主控制器之间控制着过程仪表与主控制器之间的数据通讯工作，它肩负着主设备的数据通讯工作，它肩负着主设备和从设备的双重任务。和从设备的双重任务。2.2.作为主设备作为主设备,它控制着内部总线它控制着内部总线的正常工作的正常工作;作为从设备作为从设备,它又担负它又担负着与上一层总
33、线的通讯任务。着与上一层总线的通讯任务。Automation and DrivesPROFIBUS PAPROFIBUS PAPROFIBUS PA 网络拓扑结构网络拓扑结构Automation and DrivesPROFIBUS PAPROFIBUS PAPROFIBUS PA 网络拓扑结构网络拓扑结构Automation and DrivesPROFIBUS PAPROFIBUS PAPROFIBUS PA 网络拓扑结构网络拓扑结构Automation and DrivesPROFIBUS PAPROFIBUS PA 推荐使用专业化的安装设备推荐使用专业化的安装设备,i.e.from-W
34、EIDMLLER,or-HIRSCHMANN,or-TURCK,or-SIEMENS,etc.90的问题出在连接和安装上的问题出在连接和安装上 需要一个公共的等电位地并对此地进行需要一个公共的等电位地并对此地进行 多点连接多点连接 分分支支的的最大最大长度长度是是120 m PROFIBUS PA需要终端电阻需要终端电阻Automation and DrivesPROFIBUS PAPROFIBUS PAPROFIUS DPDP/PA-Link非危险区：400 mA危险区：110mAAvailable current:PROFIBUS PADP/PA-Couplersia ib safe areaDP/PA-Couplers 类型的选择类型的选择n不同的电流和电压不同的电流和电压n数据量的大小数据量的大小n网络地址网络地址每个元件电流的消耗每个元件电流的消耗n 典型传感器典型传感器 11 15 mAn 典型执行器典型执行器 12 23 mA最后一个元件最小电压为最后一个元件最小电压为9伏伏实际应用的问题实际应用的问题PROFIBUS PA可以连接多少台仪表可以连接多少台仪表?