工业网络技术教材PPT07 PROFIBUS通信及应用.pptx

PROFIBUS通信及应用

一、PROFIBUS(DP)原理二、PROFIBUS数据传输三、PROFIBUS-DP从站智能节点的设计四、人机界面的数据交互

一、PROFIBUS(DP)原理1.PROFIBUS总线概述西门子通信网络的中间层为工业现场总线PROFIBUS，它是用于车间级和现场级的国际标准，传输速率最高12Mbit/s，响应时间的典型值为1ms，使用屏蔽双绞线电缆最长通信距离9.6km，使用光缆最长90km，最多可以连接127个从站。PROFIBUS系统由主站和从站组成，主站能够控制总线、决定总线的数据通信。当主站得到总线控制权时，没有外界请求也可以主动发送信息。从站没有控制总线的权力，但可以对接收到的信息给予确认，或者当主站发出请求时回应主站信息。如图1所示。图1PROFIBUS系统

一、PROFIBUS(DP)原理PROFIBUS主要有以下几个优点。（1）节省硬件和安装费用，减少硬件成份(I/O，终端块、隔离栅)，更容易、更快捷和低成本的安装PROFIBUS减少40%的安装费用。（2）节省工程费用更容易组态(对所有设备只需一套工具)。更容易保养和维修，更容易和更快捷的系统起动。（3）更大的制造灵活性，改进功能减少故障时间，准确、可靠的诊断数据，可靠的数字传输技术。PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS，以满足工业现场的多种要求，这三个部分在工厂网络中的应用层作用如图2所示。图2PROFIBUS的应用范围

一、PROFIBUS(DP)原理（1）PROFIBUS-FMS(现场总线报文规范)已基本上被以太网取代，现在很少使用。（2）PROFIBUS-DP（分布式外部设备）特别适合于PLC与现场级分布式I/O设备之间的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从方式。PROFIBUS-DP是PROFIBUS中应用最广泛的通信方式。（3）PROFIBUS-PA（过程自动化）可以用于防爆区域的传感器和执行器与中央控制系统的通信。PROFIBUS-PA使用屏蔽双绞线电缆，由总线提供电源。

一、PROFIBUS(DP)原理2.PROFIBUS总线的通信协议PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA均使用一致的总线通信协议，介质存取控制必须确保在任何时刻只能由一个站点发送数据，PROFIBUS协议的设计要满足介质控制的两个基本要求：一是同一级PLC或主站之间的通信必须使每一个主站在确定的时间范围内能获得足够的机会来处理自己的通信任务；二是主站和从站之间应尽可能快速而准确的完成数据的实时传输。因此，PROFIBUS使用混合的总线存取控制机制来实现上述目标，包括用于主站之间通信的令牌传送方式和用于主站与从站之间通信的主从方式。在一个主站获得了令牌之后，可以拥有总线的控制权，而且此时在整个总线上必须是唯一的，在一个总线系统内，最大可以使用的站地址范围是0-126，也就是说一个总线系统最多可以有127个节点。这种总线控制存取控制方式可以有以下3种系统配置，即主-主系统（令牌传送方式）、纯主-从通信系统（主从通信方式）以及两种方式的组合。PROFIBUS的总线存取控制方式符合欧洲EN50170V.2规定的令牌总线程序和主-从程序，与所使用的传输介质无关。

二、PROFIBUS数据传输1.PROFIBUS现场总线的传输技术现场总线系统的应用在较大程度上取决于采用哪种传输技术，既要考虑传输的拓扑结构、传输速率、传输距离和传输的可靠性等，还要考虑成本低廉、使用方便等因素；在过程自动化的应用中，为了满足本质安全的要求，数据和电源必须同在一根传输媒介上传输，因此单一的传输技术不可能满足以上所有要求。PROFIBUS提供了三种传输技术类型，用于DP和FMS的RS-485和光纤传输技术以及用于PA的IEC1158-2的传输技术。

二、PROFIBUS数据传输2.PROFIBUS-DP系统的网络结构PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统，在同一总线上最多可以连接127个站点（站号从0-126，不包括中继器）。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。Profiubs-DP单主站系统中，在总线系统运行阶段，只有一个活动主站，如图3所示的PROFIBUS-DP单主站系统PLC作为主站。图3PROFIBUS-DP单主站系统

二、PROFIBUS数据传输Profiubs-DP多主站系统中总线上连接有多个主站。总线上的主站与各自的从站构成相互独立的子系统。如图4所示，任何一个主站均可读取DP从站的输入/输出映像，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。图4PROFIBUS