現(xiàn)場總線技術(shù)2課件

1、回顧串行通信：參與通信的兩臺或多臺設(shè)備通常共享一條物理通路.發(fā)送者依次逐位發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)信號,按一定的約定規(guī)則為接收者所接收.數(shù)據(jù)格式連接握手：是指發(fā)送方在發(fā)送一個數(shù)據(jù)塊之前使用一個特定的握手信號來引起接收者的注意,表明要發(fā)送數(shù)據(jù),接收者則通過握手信號回應(yīng)發(fā)送者,說明它已經(jīng)做好了接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備.確認(rèn)：接收者為表明數(shù)據(jù)已經(jīng)收到向發(fā)送者回復(fù)信息的過程RS232：TXD，RXD，GND，電氣特性RS485：二線差分平衡傳輸,AA，BB電氣特性回顧串行通信：參與通信的兩臺或多臺設(shè)備通常共享一條物理通路.回顧PROFIBUS：（Process Fieldbus的縮寫）是一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生

2、產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。它廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他自動化領(lǐng)域。德國，SIMENS，DP：它的設(shè)計旨在用于設(shè)備一級的高速數(shù)據(jù)傳輸，用于傳感器和執(zhí)行器級的高速數(shù)據(jù)傳輸 。PA：是PROFIBUS的過程自動化解決方案，將自動化系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備，F(xiàn)MS：它的設(shè)計是旨在解決車間一級通用性通信任務(wù)，可用于大范圍和復(fù)雜的通信系統(tǒng)?；仡橮ROFIBUS：（Process Fieldbus的縮回顧協(xié)議結(jié)構(gòu)：DP、FMS、PA通信模型：物理層（DP、FMS、PA）鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定總線存取控制、數(shù)據(jù)安全性以及傳輸協(xié)議和報文的處理。在PROFIBUS中，數(shù)據(jù)鏈路層（

3、第2層）稱為FDL層。報文格式：P307DP設(shè)備行規(guī)基本功能擴(kuò)展功能 DP用戶接口直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序（DDLM）DP設(shè)備行規(guī)FMS設(shè)備行規(guī)應(yīng)用層接口 （ALI）PA設(shè)備行規(guī)基本功能擴(kuò)展功能DP用戶接口直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序（DDLM） 應(yīng)用層現(xiàn)場總線報文規(guī) （FMS）未使用 第7層（應(yīng)用層）第3-6層 第1層（物理層）數(shù)據(jù)鏈路層現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（FDL） 物理層 （RS-485/LWL） IEC1158-2 第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）IEC接口數(shù)據(jù)鏈路層現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（FDL） 物理層 （RS-485/LWL） 圖1 PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu) VP(6)390220390VP(6)39022

4、0390RS-485段BADGND(5)DGND(5)最多32個站圖2 RS-485總線段的結(jié)構(gòu)回顧協(xié)議結(jié)構(gòu)：DP、FMS、PADP設(shè)備行規(guī)基本功能 D3.3 應(yīng)用層PROFIBUS的應(yīng)用層由FMS接口（現(xiàn)場總線報文規(guī)范）和LLI接口（低層接口）組成。在不同的應(yīng)用中，具體需要的功能范圍必須與具體應(yīng)用相適應(yīng)，這些適應(yīng)性定義稱為行規(guī)。行規(guī)提供了設(shè)備的可互換性，保證不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備具有相同的通信功能。1PROFIBUS-FMS行規(guī)FMS行規(guī)確保由不同制造商生產(chǎn)的同類設(shè)備具有同樣的通信功能。目前已制定了如下的FMS行規(guī)：3.3 應(yīng)用層PROFIBUS的應(yīng)用層由FMS接口（現(xiàn)場總控制器間的通信（3.0

5、02）：此通信行規(guī)定義了用于可編程控制（PLC）之間通信的FMS服務(wù)。根據(jù)控制器的類型，對每臺控制器所支持的服務(wù)、參數(shù)和數(shù)據(jù)類型作了具體規(guī)定。樓宇自動化行規(guī)（3.001）：這一行規(guī)提供了一個特定的分支和服務(wù)，作為樓宇自動化中的公共基礎(chǔ)。該行規(guī)對樓宇自動化系統(tǒng)使用FMS進(jìn)行監(jiān)視、閉環(huán)和開環(huán)控制、操作控制、報警處理及系統(tǒng)檔案管理作了描述。低壓開關(guān)設(shè)備（3.032）：它是一個面向行業(yè)的FMS應(yīng)用行規(guī)，它具體說明了通過FMS在通信過程中低壓開關(guān)設(shè)備的應(yīng)用行為。 控制器間的通信（3.002）：此通信行規(guī)定義了用于可編程控制2PROFIBUS-DP行規(guī)目前已制定了如下的DP行規(guī)：NC/RC行規(guī)（3.052

6、）：該行規(guī)介紹了人們怎樣通過PROFIBUS-DP對操作機(jī)床和裝配機(jī)器人進(jìn)行控制。編碼器行規(guī)（3.062）：本行規(guī)介紹了回轉(zhuǎn)式、轉(zhuǎn)角式和線性編碼器與PROFIBUS-DP的連接，這些編碼器帶有單轉(zhuǎn)或多轉(zhuǎn)分辨率。變速傳動行規(guī)（3.071）：傳動技術(shù)設(shè)備的主要生產(chǎn)廠商共同制訂了PROFIDRIVE行規(guī)。操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)（HMI）：HMI行規(guī)具體說明了通過PROFIBUS-DP把這些設(shè)備與更高一級自動化部件的連接，此行規(guī)使用了擴(kuò)展的PROFIBUS-DP的功能來進(jìn)行通信。 2PROFIBUS-DP行規(guī)3PROFIBUS-PA行規(guī)PA行規(guī)的任務(wù)是選用各種類型現(xiàn)場設(shè)備真正需要的通信功能，并提供這

7、些設(shè)備功能和設(shè)備行為的一切必要規(guī)范，也包括適用于各種類型設(shè)備的組態(tài)信息的設(shè)備數(shù)據(jù)單。對所有通用的測量變送器和其他被選類型的設(shè)備作了具體規(guī)定，這些設(shè)備如：壓力、液位、溫度和流量用測量變送器；數(shù)字量輸入和輸出；模擬量輸入和輸出；閥門；定位器。每臺設(shè)備將提供PROFIBUS-PA行規(guī)所規(guī)定的各項參數(shù)。 3PROFIBUS-PA行規(guī)現(xiàn)場總線技術(shù)2課件現(xiàn)場總線技術(shù)2課件現(xiàn)場總線技術(shù)2課件現(xiàn)場總線技術(shù)2課件現(xiàn)場總線技術(shù)2課件6.4 PROFIBUS-DP的總線設(shè)備類型和數(shù)據(jù)通信 6.4.1 概述PROFIBUS-DP協(xié)議是為自動化制造工廠中分散的I/O設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備所需要的高速數(shù)據(jù)通信而設(shè)計的。典型的DP

8、配置是單主站結(jié)構(gòu)，如圖6-10所示。 6.4 PROFIBUS-DP的總線設(shè)備類型和數(shù)據(jù)通信 DP主站與DP從站間的一個報文循環(huán)由DP主站發(fā)出的請求幀（輪詢報文）和由DP從站返回的有關(guān)應(yīng)答或響應(yīng)幀組成。輪詢表：P311，輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)DP主站與DP從站間的一個報文循環(huán)由DP主站發(fā)出的請求幀（輪一個DP系統(tǒng)也可能是多主結(jié)構(gòu)。實際上，這就意味著一條總線上連接幾個主站節(jié)點，在一個總線上DP主站/從站、FMS主站/從站和其他的主動節(jié)點或被動節(jié)點也可以共存，如圖6-12所示。 圖6-12 PROFIBUS-DP多主站結(jié)構(gòu) 一個DP系統(tǒng)也可能是多主結(jié)構(gòu)。實際上，這就意味著一條總線上連6.4.2 DP設(shè)

9、備類型1DP主站（1類）1類DP主站循環(huán)地與DP從站交換用戶數(shù)據(jù)。它使用如下的協(xié)議功能執(zhí)行通信任務(wù)。（1）Set_Prm和Chk_Cfg在啟動、重啟動和數(shù)據(jù)傳輸階段，DP主站使用這些功能發(fā)送參數(shù)集給DP從站。它發(fā)送所有參數(shù)，而不管它們是不是對整個總線普遍適用或是不是對某些特別重要。對個別DP從站而言，其輸入和輸出數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)在組態(tài)期間進(jìn)行定義。6.4.2 DP設(shè)備類型1DP主站（1類）（2）Data_Exchange此功能循環(huán)地與指定給它的DP從站進(jìn)行輸入/輸出數(shù)據(jù)交換。（3）Slave_Diag在啟動期間或循環(huán)的用戶數(shù)據(jù)交換期間，用此功能讀取DP從站的診斷信息。（4）Global_Contr

10、olDP主站使用此控制命令將它的運(yùn)行狀態(tài)告知給各DP從站。此外，還可以將控制命令發(fā)送給個別從站或規(guī)定的DP從站組，以實現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù)的同步（Sync和Freeze命令）。（2）Data_Exchange2DP從站DP從站只與裝載此從站的參數(shù)并組態(tài)它的DP主站交換用戶數(shù)據(jù)。DP從站可以向此主站報告本地診斷中斷和過程中斷。 3DP主站（2類）2類DP主站是編程裝置、診斷和管理設(shè)備。除了已經(jīng)描述的1類主站的功能外，2類DP主站通常還支持下列特殊功能：（1）RD_Inp和RD_Outp在與1類DP主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的同時，用這些功能可讀取DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)。（2）Get_Cfg用此功能讀取D

11、P從站的當(dāng)前組態(tài)數(shù)據(jù)。2DP從站（3）Set_Slave_Add此功能允許DP主站（2類）分配一個新的總線地址給一個DP從站。當(dāng)然，此從站是支持這種地址定義方法的。此外，2類DP主站還提供一些功能用于與1類DP主站的通信。4DP組合設(shè)備可以將1類DP主站、2類DP主站和DP從站組合在一個硬件模塊中形成一個DP組合設(shè)備。實際上，這樣的設(shè)備是很常見的。一些典型的設(shè)備組合如下：1類DP主站與2類DP主站的組合DP從站與1類DP主站的組合（3）Set_Slave_Add6.4.3 DP設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信1DP通信關(guān)系和DP數(shù)據(jù)交換按PROFIBUS-DP協(xié)議，通信作業(yè)的發(fā)起者稱為請求方，而相應(yīng)的通信伙

12、伴稱為響應(yīng)方。表6-2列出了DP主站和DP從站的通信能力，按請求方和響應(yīng)方分別列出。 6.4.3 DP設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信1DP通信關(guān)系和DP數(shù)表6-2 各類DP設(shè)備間的通信關(guān)系 功能/服務(wù)依據(jù)EN 50170DP-從站DP主站（1類）DP主站（2類）使用的SAP號使用的第2層服務(wù)RequRespRequRespRequRespData-Exchange MMO缺省SAPSRDRD-Inp MO56SRDRD_Outp MO57SRDSlave_Diag MMO60SRDSet_PrmMMO61SRDChk_Cfg MMO62SRDGet_Cfg MO59SRDGlobal_Control MM

13、O58SDNSet_Slave_AddOO55SRDM_M_CommunicationOOOO54SRD/SDNDPV1 Services OOO51/50SRD注：Requ=請求方，Resp=響應(yīng)方，M=強(qiáng)制性功能，O=可選功能。表6-2 各類DP設(shè)備間的通信關(guān)系 功能/服務(wù)DP-現(xiàn)場總線技術(shù)2課件現(xiàn)場總線技術(shù)2課件2初始化階段，重啟動和用戶數(shù)據(jù)通信在DP主站可以與從站設(shè)備交換用戶數(shù)據(jù)之前，DP主站必須定義DP從站的參數(shù)并組態(tài)此從站。為此，DP主站首先檢查DP從站是否在總線上。如果是，則DP主站通過請求從站的診斷數(shù)據(jù)來檢查DP從站的準(zhǔn)備情況。當(dāng)DP從站報告它已準(zhǔn)備好參數(shù)定義時，則DP主站裝載

14、參數(shù)集和組態(tài)數(shù)據(jù)。DP主站再請求從站的診斷數(shù)據(jù)以查明從站是否準(zhǔn)備就緒。只有在這些工作完成后，DP主站才開始循環(huán)地與DP從站交換用戶數(shù)據(jù)。DP從站初始化階段的主要順序如圖6-13所示。2初始化階段，重啟動和用戶數(shù)據(jù)通信DP主站DP從站從站診斷請求（Slave_Diag）從站診斷響應(yīng)從站參數(shù)請求(Set_Prm)確認(rèn)檢查組態(tài)請求(Chk_Cfg)確認(rèn)從站診斷請求(Slave_Diag)從站診斷響應(yīng)DP從站在總線上并準(zhǔn)備好參數(shù)分配和組態(tài)N分配從站參數(shù)組態(tài)從站DP從站準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)交換YN圖6-13 DP從站初始化階段的主要順序 DP主站DP從站從站診斷請求（Slave_Diag）從站診斷6.4.4 設(shè)備

15、數(shù)據(jù)庫文件（GSD）PROFIBUS設(shè)備具有不同的性能特征，特性的不同在于現(xiàn)有功能（即I/O信號的數(shù)量和診斷信息）的不同或可能的總線參數(shù)，如波特率和時間的監(jiān)控不同。這些參數(shù)對每種設(shè)備類型和每家生產(chǎn)廠商來說均各有差別，為達(dá)到PROFIBUS簡單的即插即用配置，這些特性均在電子數(shù)據(jù)單中具體說明，有時稱為設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件或GSD文件。GSD文件由生產(chǎn)廠商分別針對每一種設(shè)備類型準(zhǔn)備并以設(shè)備數(shù)據(jù)庫清單的形式提供給用戶。 GSD分為以下三部分：（1）總體說明6.4.4 設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件（GSD）PROFIBUS設(shè)備具包括廠商和設(shè)備名稱、軟硬件版本情況、支持的波特率、可能的監(jiān)控時間間隔及總線插頭的信號分配。（2

16、）DP主設(shè)備相關(guān)規(guī)格包括所有只適用于DP主設(shè)備的參數(shù)（例如可連接的從設(shè)備的最多臺數(shù)或加載和卸載能力）。從設(shè)備沒有這些規(guī)定。（3）從設(shè)備的相關(guān)規(guī)格包括與從設(shè)備有關(guān)的所有規(guī)定（例如I/O通道的數(shù)量和類型、診斷測試的規(guī)格及I/O數(shù)據(jù)的一致性信息。所有PROFIBUS-DP設(shè)備的GSD文件均按PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了符合性試驗，在PROFIBUS用戶組織的WWW Server中有GSD庫，可自由下載，網(wǎng)址為：http/。 包括廠商和設(shè)備名稱、軟硬件版本情況、支持的波特率、可能的監(jiān)控6.5 PROFIBUS傳輸技術(shù)6.5.1 DP/FMS的RS-485傳輸技術(shù)和安裝要點1傳輸技術(shù)由于DP與FMS系統(tǒng)使

17、用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，因而，這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時操作。RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)，這種技術(shù)通常稱之為H2，采用的電纜是屏蔽雙絞線。 RS-485傳輸技術(shù)的基本特征有：（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€性總線，兩端有有源的總線終端電阻；（3）介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）；6.5 PROFIBUS傳輸技術(shù)6.5.1 DP/FM（4）站點數(shù)：每段32個站（不帶中繼），可多到127個站（帶中繼）；（5）插頭連接：最好使用9針D型插頭。2安裝要點全部設(shè)備均與總線連接，每個分段上最多可接32個站（主站或分段站），每段的頭和尾各有一個總線

18、終端電阻，確保操作運(yùn)行不發(fā)生誤差。電纜最大長度取決于傳輸速率，如使用A型電纜，則傳輸速率與電纜長度的關(guān)系如表6-3所示。表6-3 傳輸速率與電纜長度的關(guān)系波特率/kbps 9.619.293.75187.5500150012000距離/段/m 1200120012001000400200100（4）站點數(shù)：每段32個站（不帶中繼），可多到127個站（帶6.5.2 PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)和安裝要點1傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)IEC1158-2的傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-PA，能滿足石油、化工、冶金等行業(yè)的要求。它可保持其本征安全性，并通過總線對現(xiàn)場設(shè)備供電。IEC1158-2傳輸技術(shù)的特性：數(shù)據(jù)

19、傳輸：數(shù)字式、位同步、曼徹斯特編碼；傳輸速率：31.25kbps，電壓式；數(shù)據(jù)可靠性：前同步信號，采用起始和終止界定符避免誤差； 電纜：雙絞線，屏蔽式或非屏蔽式；6.5.2 PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)和安裝要點1遠(yuǎn)程電源供電：可選附件，通過數(shù)據(jù)線；防爆型：能進(jìn)行本征及非本征安全操作；拓?fù)洌嚎偩€形或樹形，或兩者相組合；站數(shù)：每段最多32個，總數(shù)最多為126個；中繼器：最多可擴(kuò)展至4臺。2安裝要點（1）分段耦合器將IEC1158-2傳輸技術(shù)總線段與RS-485傳輸技術(shù)總線段連接。為現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程電源供電，供電裝置可限制IEC1158-2總線的電流和電壓。（2）PROFIBUS-PA的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

20、有樹形和總線形結(jié)構(gòu)，或是兩種拓?fù)涞幕旌?。遠(yuǎn)程電源供電：可選附件，通過數(shù)據(jù)線；6.5.3 光纖傳輸技術(shù)PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用時，可使用光纖導(dǎo)體以增加高速傳輸?shù)木嚯x；可使用兩種光纖導(dǎo)體，一種是價格低廉的塑料纖維導(dǎo)體，供距離小于50m情況下使用，另一種是玻璃纖維導(dǎo)體，供距離大于1km情況下使用。許多廠商提供專用總線插頭可將RS-485信號轉(zhuǎn)換成光纖信號或?qū)⒐饫w信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號。 6.5.3 光纖傳輸技術(shù)PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大6.6 Profibus 總線存取協(xié)議6.6 Profibus 總線存取協(xié)議現(xiàn)場總線技術(shù)2課件現(xiàn)場總線技術(shù)2課件現(xiàn)場總線技術(shù)2課件現(xiàn)

21、場總線技術(shù)2課件現(xiàn)場總線技術(shù)2課件6.7 從站通信控制器SPC36.7.1 ASICs介紹西門子為PLC之間簡單高速的數(shù)字通信提供用戶ASICs。下列的ASICs與微處理器結(jié)合可提供智能主站和從站的解決方案。ASPC2已經(jīng)集成了第二層的大部分功能，但仍需要微處理器?？梢灾С?2Mbaud總線。主要用于復(fù)雜的主站設(shè)計。SPC3由于集成了全部PROFIBUS_DP協(xié)議，有效地減輕了處理器的壓力，因此可用于12Mbaud總線。6.7 從站通信控制器SPC36.7.1 ASICs介6.7.2 功能簡介 SPC3為PROFIBUS智能從站提供了廉價的配置方案，可支持以下的處理器：Intel： 80C31，8086Siemens 80C166/165/167Motorola： HC11，HC16，HC916SPC3只集成了傳輸技術(shù)的部分功能，而沒有集成模擬功能（RS-485驅(qū)動器）、FDL（現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路Fieldbus Data Link）傳輸協(xié)議。6.7.2 功能簡介 SPC3為PROFIBUS智能從站提SPC3內(nèi)部集成了1.5kB的