现场总线技术课件.ppt

1、P R O F I B U S 现场总线技术现场总线技术通通 信信 透透 明明 从从 传传 感感 器执器执 行行 器器 到到 区区 域域 控控 制制 器器CNC区区 域域 控控 制制 器器Ethernet/TCP/IPTCP/IP/EthernetPROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PA工厂级总线循环时间 1000 ms车间级总线循环时间 100 ms现场级总线循环时间 0.34 mm 每单位长度的电容每单位长度的电容 30 pF / m PROFIBUS 电缆被列在电缆被列在 PROFIBUS 电子产品指南中。电子产品指南中。A A型屏蔽双绞电缆型屏蔽双绞电缆9

2、针针D 型连接器的针脚分配型连接器的针脚分配 （为（为RS 485用）用）n 对对 PROFIBUS-DP/FMS PROFIBUS-DP/FMS 提供的连接器类型是提供的连接器类型是9 9 针针 D D 型连接器型连接器 n 插座部分被安装在设备上插座部分被安装在设备上 n 如果其他连接器能提供必要的命令信号的话，也允许使用如果其他连接器能提供必要的命令信号的话，也允许使用 表表 9 针针D 型连接器的针脚分配型连接器的针脚分配 RS 485传输设备安装传输设备安装 要点要点(1)电缆接线电缆接线A型电缆的总线终端器型电缆的总线终端器站站 1站站 2屏蔽屏蔽保护地保护地RxD/TxD-P (

3、3)DGND (5)VP (6)RxD/TxD-N (8)(3) RxD/TxD-P(5) DGND(6) VP(8) RxD/TxD-N保护地保护地* 注: 中继器没有站地址，但它们被计算在每段的最多站数中*终羰电阻供电电源 +5V390 数据线数据线数据线数据线DGND (5)VP (6)220 390 RxD/TxD-P (3)RxD/TxD-N (8)* 数据线B* 数据线A数据传输结束，即 +5V地安装安装 RS 485 (2)VPBADGND第一个站390 220 390 总线终端最后一个站总线终端VPBADGND数据线 B数据线 ABBAA站 2站 3390 220 390 为了

4、在高电磁辐射环境下获得良好的抗干扰性能，可以使用带屏蔽为了在高电磁辐射环境下获得良好的抗干扰性能，可以使用带屏蔽的数据传输电缆，屏蔽电缆两端的屏蔽编织箔必须与地线连接，并的数据传输电缆，屏蔽电缆两端的屏蔽编织箔必须与地线连接，并通过尽可能大面积的屏蔽接线来覆盖。此外，在铺设过程中建议把通过尽可能大面积的屏蔽接线来覆盖。此外，在铺设过程中建议把数据线和高压线隔离数据线和高压线隔离拓朴拓朴 这里提供的拓扑是总线型拓扑 在总线的开头和结尾必须有终端 一段可以由最多 32 个站*组成终端终端终端23303162613332(PROFIBUS 支持总线型，树型和星型拓扑)终端中继器中继器* 注: 中继器

5、没有站地址，但它们被计算在每段的最多站数中站站 1RS 485 的屏蔽的屏蔽 / 接地接地详细的安装指示在PROFIBUS-DP / FMS 的安装导则中说明，订单号 2.112数据电缆接地电缆从从从从主主接地线数据电缆接地线接地线RS-485 传输的数据位顺序传输的数据位顺序 每个八位二进制数（字节）按每个八位二进制数（字节）按 11 11 位的顺序被传输位的顺序被传输 最小的有效位最小的有效位 (LSB) (LSB) 被第一个发送被第一个发送 最大的有效位最大的有效位 (MSB) (MSB) 被最后发送被最后发送 每个八位二进数都补充三位，即开始、终止和奇偶校验位每个八位二进数都补充三位，

6、即开始、终止和奇偶校验位 此编码原理称非归零码此编码原理称非归零码NRZNRZ （即（即 N Non on R Return to eturn to Z Zeroero）开始 1 2 3 4 5 6 7 8 奇偶 终止 开始 校验空闲位顺序: 1. 字节 LSBMSB 2. 字节 LSBn根据根据IEC1158-2的传输技术用于的传输技术用于PROFIBUS-PA，能满足石油和化，能满足石油和化工工业要求，它可保证其本质安全，并通过总线对现场设备供电工工业要求，它可保证其本质安全，并通过总线对现场设备供电。IEC1158-2是一种是一种位同步协议位同步协议，其技术特性如下：，其技术特性如下：n

7、 本质安全本质安全 (可选可选) 和通过和通过总线对站供电总线对站供电 (可选可选) ，能满足化工和，能满足化工和石油化工业的要求石油化工业的要求n 同步同步 Manchester 编码编码, ，可进行无电流的连接传输，通常，可进行无电流的连接传输，通常称为称为H1n传输速度：传输速度：31.25 kBit/s（kbps), 电压式电压式n数据可靠性：前同步信号，采用起始和终止限定符避免误差数据可靠性：前同步信号，采用起始和终止限定符避免误差n电缆：电缆： 屏蔽或非屏蔽的双绞电缆屏蔽或非屏蔽的双绞电缆n网络拓扑：网络拓扑： 总线型总线型 、树型或两者相结合、星型、树型或两者相结合、星型n站点数

8、最多站点数最多 127 个站个站, 每段每段 10-32 个设备个设备 (依赖于依赖于 EX-类型和供电消耗类型和供电消耗)n距离：距离： 每段距离达每段距离达 1900 米，用中继器可延长到米，用中继器可延长到 10 公里公里用于用于PA的的IEC1158-2传输技术传输技术PROFIBUS 电缆要求电缆要求 - IEC 1158-2 电缆设计电缆设计:屏蔽双绞电缆 导线面积导线面积:0.8毫米2(AWG 18) 回路电阻回路电阻: 44 / km 阻抗阻抗 （在（在31.25 KHz时）时）:100 +/- 20% 衰减衰减 （在（在39 KHz时）时）:3dB / km 每单位长度的电容

9、每单位长度的电容: 2nF / km对 IEC 1158-2 传输的电缆被列在 PROFIBUS 电子产品指南中冗余性提高了系统的可靠性冗余性提高了系统的可靠性若干种接口给予了冗余系统的可能光纤段给予了冗余电线的能力PROFIBUS-DP每个测量点两个设备FOcouplerFOcouplerFOcouplerFOcoupler系统冗余系统冗余介质冗余介质冗余基于基于IEC1158-2IEC1158-2传输技术总线段与基于传输技术总线段与基于RS485RS485传输技术总线段可以通过耦传输技术总线段可以通过耦合装置相连，合装置相连，耦合器耦合器使使RS485RS485信号和信号和IEC1158-

10、2IEC1158-2信号相适配。每段通常配信号相适配。每段通常配一个电源装置，电源装置经耦合器和一个电源装置，电源装置经耦合器和PAPA总线为现场设备提供电源，这种总线为现场设备提供电源，这种供电方式可以限制供电方式可以限制IEC1158-2IEC1158-2总线段上的电流和电压。如果需要外接电源总线段上的电流和电压。如果需要外接电源设备，根据设备，根据EN5020EN5020标准必须用适当的隔离装置标准必须用适当的隔离装置 ，将总线供电设备与外接，将总线供电设备与外接电源设备连接在本质安全总线上。电源设备连接在本质安全总线上。PAPA使用的传输介质是双绞线电缆，可以使用下表所列使用的传输介质

11、是双绞线电缆，可以使用下表所列的的IEC1158-2IEC1158-2传输技术的参考电缆规格，也可使用更粗传输技术的参考电缆规格，也可使用更粗截面导体的其它电缆截面导体的其它电缆n PROFIBUS PROFIBUS 总线访问协议（第二层）对总线访问协议（第二层）对三种三种PROFIBUS PROFIBUS 版本版本 (FMS/DP/PA)(FMS/DP/PA)均相同均相同n 这使通信透明和这使通信透明和FMS/DP/PA FMS/DP/PA 网络区域容易组合网络区域容易组合n 因为因为 FMS/DP FMS/DP 使用使用相同的物理介质相同的物理介质 (RS-485/FO) (RS-485/

12、FO) ，因因此它们能此它们能组合在同一根电缆上。组合在同一根电缆上。nPRIFIBUSPRIFIBUS总线存取协议包括主站之间的总线存取协议包括主站之间的令牌传递令牌传递方式方式 和主站与从站之间的和主站与从站之间的主从方式主从方式，如下图所示，如下图所示PROFIBUS 总线存取协议总线存取协议主动站、主设备被动站、从设备PLCPLCPCPROFIBUSn主从方式主从方式允许主站在得允许主站在得到这些存取令牌时可与从到这些存取令牌时可与从站通信，每个主站均可向站通信，每个主站均可向从站发送或索取信息从站发送或索取信息n当某主站得到令牌后，当某主站得到令牌后，该主站可在一定的时间内该主站可在

13、一定的时间内执行主站的工作，在这段执行主站的工作，在这段时间内，它可依照时间内，它可依照 主主- -从从关系表与所有从站通信，关系表与所有从站通信，也可依照主也可依照主- -主关系表与主关系表与其它主站通信其它主站通信n令牌传递令牌传递程序保证了每个主站在一个确定的时间内得程序保证了每个主站在一个确定的时间内得到令牌，令牌只在到令牌，令牌只在主站之间主站之间通信时使用通信时使用P R O F I B U S -DP典型的典型的PROFIBUS-DP 系统系统主站主站一个典型的一个典型的 PROFIBUS-DP 系统的组成系统的组成: 一个一个 PLC/PC 作为中央控制器作为中央控制器 各种外

14、围设备，如各种外围设备，如: 数字或模拟数字或模拟 I/O AC 或或 DC 驱动器驱动器 电磁或气动阀电磁或气动阀 人机界面人机界面 (HMI)PROFIBUS-DPPLC从站从站从站从站从站从站从站从站RS 485 up to 12 MBit/sPLC开放的组态允许即插即用开放的组态允许即插即用PROFIBUS 组态工具组态工具系统组态系统组态电子设备数据单电子设备数据单 (GSD-files)PLCPROFIBUSGSDGSDGSDGSDGSDGSDPLCP R O F I B U S -PAn基于扩展的基于扩展的 PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP 协议和协议和 IEC 1

15、158-2 IEC 1158-2 传输技术传输技术 n适用于代替现今的适用于代替现今的 4.20 mA4.20 mA 技术技术n仅用一根双绞线进行数据通信和供电仅用一根双绞线进行数据通信和供电 n通过串行总线联接仪器仪表与控制系统通过串行总线联接仪器仪表与控制系统n适用于本质安全的适用于本质安全的 EExEEx 应用区域应用区域n可靠的串行数字传输可靠的串行数字传输n通过一根双绞电缆进行控制、调节和监视通过一根双绞电缆进行控制、调节和监视n对所有设备只需一个工程工具对所有设备只需一个工程工具n由于由于 PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA 行规，保证了互操作性和互换性行规，保证了互操

16、作性和互换性n仪器仪表的维护和诊断信息仪器仪表的维护和诊断信息PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA 的特点的特点PAPA = = P Process rocess A AutomationutomationnPA/DPPA/DP耦合器不占地址，而耦合器不占地址，而PA/DPPA/DP链接器要占用一个链接器要占用一个DPDP网络从站地址，但对于网络从站地址，但对于PAPA段，它是段，它是一个主站一个主站n一个链接器下通常有多个即插式的耦合器去驱动几个一个链接器下通常有多个即插式的耦合器去驱动几个PAPA网络网络 带有带有 PROFIBUS-PA 的典型系统配置的典型系统配置PROFIB

17、US-DPRS 485 up to 12 MBit/s区域控制器区域控制器 (PLC)工程或工程或 HMI 工具工具PROFIBUS-PA IEC 1158-2 with 31.25 kBit/sI段耦合器链接器段耦合器链接器变送器H2H1+xxP R O F I B U S -FMS典型的典型的PROFIBUS-FMS 系统系统主站主站一个典型的一个典型的 PROFIBUS-FMS 系统的组成系统的组成: 各种智能自动化单元，如各种智能自动化单元，如: PC 作为中央控制器的作为中央控制器的PLC 作为人机界面的作为人机界面的HMIPROFIBUS-FMSPLC主站主站主站主站主站主站主站主

18、站RS 485 up to 12 MBit/sPLCPROFIBUS-FMS PROFIBUS-FMS 与与PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP的混合操作系统的混合操作系统FMSFMS和和DPDP设备在一条总线上进行混合操作是设备在一条总线上进行混合操作是PROFIBUSPROFIBUS的一个主要优点，两个协议也可以同时在的一个主要优点，两个协议也可以同时在一台设备上执行，这些设备称为混合设备。一台设备上执行，这些设备称为混合设备。n之所以能进行混合操作是因为之所以能进行混合操作是因为FMSFMS和和DPDP均使用统一均使用统一的传输技术和总线存取协议的传输技术和总线存取协议 n不同的应用功能是通过第不同的应用功能是通过第2 2层不同的服务访问点来层不同的服务访问点来分开的。分开的。PROFIBUS-FMS 与与PROFIBUS-DP的混合操作系统的混合操作系统DPDP从站从站DP主站主站/FMS主站（混合设备）主站（混合设备）PROFIBUS-DP/PROFIBUS-FMSPLCDPDP从站从站DPDP主站主站/FMS/FMS主站（主站（混合设备）混合设备）FMSFMS主站主站FMSFMS主站主站RS 485 up to 12 MBit/sPLC现场控制层数据库服务层中央管理层