PROFIBUS现场总线技术教材课件.ppt

1、PROFIBUS现场总线现场总线技术技术自动化教研室 现场总线是近几年来迅速发展起来的一种工业数据总线，是一种串行的数字数据通信链路，是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。按照国际电工委员会IEC61158的标准定义，现场总线是“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动化控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线”。现场总线是在生产现场、测控设备之间形成开放型测控网络的新技术

2、，现场总线控制系统既是一个开放式通信网络，又是一种全分布式控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上，作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。典型现场总线典型现场总线 自80年代以来，有几种现场总线技术逐渐形成其影响，并在一些特定的应用领域显示了自己的优势。它们具有各自的特点，也显示了较强的生命力，对现场总线技术的发展已经发挥并将继续发挥较大的作用。1、PROFIBUS 2、FF 3、Lonworks 4、CAN 5、HART现场总线在自动化系统中的位置PROFIBUS现场总线概

3、述(1)PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。(2)PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA(Process Automation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。(3)PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。(4)PROF

4、IBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。(5)PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。PROFIBUS传输技术 PROFIBUS提供了三种数据传输类型：用于DP和FMS的RS485传输。用于PA的IEC1158-2传输。光纤 用于DP/FMS的RS485传输技术 由于DP与FMS系统使用了同样的传输技术

5、和统一的总线访问协议，因而，这两套系统可在同一根电缆上同时操作。RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术。这种技术通常称之为H2。采用的电缆是屏蔽双绞铜线。RS-485传输技术基本特征 网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻。传输速率：9.6K bit/s12M bit/s 介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）。站点数：每分段32个站（不带中继），可多到127个站（带中继）。插头连接：最好使用9针D型插头。RS-485传输设备安装要点 (1)全部设备均与总线连接。(2)每个分段上最多可接32个站（主站或从站）。(3)每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确

6、保操作运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。(4)当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线段。串联的中继器一般不超过3个。如图所示：每个分段上最多可接32个站（主站或从站）(5)电缆最大长度取决于传输速率。如使用A型电缆，则传输速率与长度如下表 波特率（K bit/s）9.619.293.75187.5500150012000距离/段（M）1200120012001000400200100 (6)RS-485的传输技术的PROFIBUS网络最好使用9针D型插头。(7)当连接各站时，应确保数据线不要拧绞，系统在高电磁发射环境（如汽车制造业）下运行应使用带屛蔽的电缆，屏蔽可提高

7、电磁兼容性（EMC）。(8)如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保护接地连接，并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖，以保持良好的传导性。另外建议数据线必须与高压线隔离。(9)超过500Kbit/s的数据传输速率时应避免使用短截线段，应使用市场上现有的插头可使数据输入和输出电缆直接与插头连接，而且总线插头可在任何时候接通或断开而并不中断其它站的数据通信。用于PA的IEC1158-2传输技术 (1)数据IEC1158-2的传输技术用于PROFIBUS-PA，能满足化工和石油化工业的要求。它可保持其本征安全性，并通过总线对现场设备供电。(2)IEC1158-2是一种位同步协议，通常称为H1。(3)IEC

8、1158-2技术用于PROFIBUS-PA：每段只有一个电源作为供电装置。当站收发信息时，不向总线供电。每站现场设备所消耗的为常量稳态基本电流。现场设备其作用如同无源的电流吸收装置。主总线两端起无源终端线作用。允许使用线性、树型和星型网络。为提高可靠性，设计时可采用冗余的总线段。IEC1158-2传输技术特性 传输速率：31.25K bit/s，电压式。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：能进行本征及非本征安全操作。拓扑：线型或树型，或两者相结合。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。IEC1158传输设备安装要点(1)分段

9、藕合器将IEC1158-2传输技术总线段与RS-485传输技术总线段连接。藕合器使RS-485信号与IEC1158-2信号相适配。它们为现场设备的远程电源供电，供电装置可限制IEC1158-2总线的电流和电压。(2)PROFIBUS-PA的网络拓扑有树型和线型结构，或是两种拓扑的混合 光纤传输技术 (1)PROFIBUS系统在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体，以增加高速传输的距离。(2)可使用两种光纤导体，一是价格低廉的塑料纤维导体，供距离小于50米情况下使用。另一种是玻璃纤维导体，供距离大于1公里情况下使用。(3)许多厂商提供专用总线插头可将RS-485信号转换成光纤导体信号或将光

10、纤导体信号转换成RS-485信号。PROFIBUS总线存取协议 (1)三种PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的总线存取协议。该协议是通过OSI参考模型第二层（数据链路层）来实现的。它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。(2)在PROFIBUS中，第二层称之为现场总线数据链路层（Fieldbus Data Link-FDL）。介质存取控制（Medium Access Control-MAC）具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。(3)PROFIBUS协议的设计要满足介质存取控制的两个基本要求：在复杂的自动化系统（主站）间的通信，必须保证

11、在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。在复杂的程序控制器和简单的I/O设备（从站）间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。PROFIBUS协议模型与ISO/OSI协议模型的关系PROFIBUS协议结构 PROFIBUS总线存取协议，主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。(4)令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权（令牌）。在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行。(5)主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从站发送或读取信息。S1S2S4S7S9S10M3M5M6M8令牌环令牌传递轮询M:Master

12、(active stations)S:Slave(passive stations)主站从站.在图中，PROFIBUS总线上的主设备M3获得令牌，即获得了总线控制权，此时，主设备M3与M5进行数据传递，同时M3也可以与从设备S1、S2、S3等进行通信，M3对从设备进行循环查询。当M3主站没有需要发送的帧或在规定时间内发送完了所需发送的帧，或者M3的控制时间终了时，它就将主站令牌传递给下一个主站M5。以后，令牌在M5-M6-M8-M3之间进行传递。PROFIBUS-DP系统配置和设备类型 PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站

13、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。每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：(1)一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC (2)二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。(3)DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。(4)单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。电子设备数据文件（GSD）为了将不

14、同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件（电子设备数据库文件）方式提供这些产品的功能参数（如I/O点数、诊断信息、波特率、时间监视等）。标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根据GSD文件所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。GSD文件可分为三个部分：(1)总规范：包括了生产厂商和设备名称、硬件和软件版本、波特率、监视时间间隔、总线插头指定信号。(2)与DP有关的规范：包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数、上装/下装能力。(3)与DP从站有关的规范：包括了与从站有关的一切规范，如输入/输出通道数、类型、诊断数据等。网络结构 412-2

15、DP 编程站 工程师站 操作员站以太网Profibus-DP总线315-2DPET200变频器软启动触摸屏DP/ASI网关 各控制对象ASI总线LOGOLOGO4I/4O 控制对象光电开关接近开关 最上一层为SIEMENS工业以太网，该网络上有两台计算机，分别为工程师站和操作员站，工程师站安装有监控软件组态王运行狗，负责整个监控系统的运行；同时作为OPC服务器，负责与Profibus主站-西门子S7400系列可编程CPU412-2DP交换数据，使组态王的变量与PLC中的各个控制点关联起来 工程师站、操作员站、CPU412-2DP是通过SIEMENS工业以太网电气链路模块（相当于HUB）6GV1

16、 105-3AA0互相连接通讯；其中工程师站和操作员站分别装有SIEMENS专用工业以太网卡CP1612；而CPU412-2DP则是通过CP443-1工业以太通讯模块连接。（该模块的作用相当于PLC的以太网卡），同时CPU412-2DP是OPC客户端。在以太网中是通过各站点的IP地址来标识身份的，本系统的IP地址分别为：工程师站：140.80.0.10操作员站：140.80.0.11 CP443-1：140.80.0.3 第二层为Profibus-DP现场总线网，各站点是通过DP地址来标识身份的，本系统的各站点地址分别为：主站CPU412-2DP其DP地址为2，挂在DP总线上的各从站点分别：C

17、PU315-2DP其DP：3 远程I/O ET200M其DP：4，变频器其DP：5，DP/ASI网关其DP地址为：6，CP5613其DP：0（系统规定，一般不允许更改），触摸屏其DP：1（系统规定，一般不允许更改）第三层为ASI现场总线网，通过DP/ASI网关（IM153）与DP网相连，该网关同时作为ASI主站，ASI总线的特点是结构简单，两线信号即是电源回路也是信号回路（类似于两线制传感器的工作方式），可连接31个ASI从站，每站点最大传输点为4I/4O，比较适合于一些简单的检测器件和执行机构的组态，本系统中的ASI从站有以下几个：带ASI接口模块的西门子LOGO两块，4I/4O模块一块，带

18、ASI接口的光电开关和接近开关各一只；一个LOGO用于控制挖土机，另一个用于控制天车；ASI各从站的地址通过专用的ASI手持编址器进行设定。西门子工业以太网西门子工业以太网 西门子工业以太网其本质上与传统的以太网一样，只是其硬件都是工业级专用，如网卡、网线、链路模块（HUB）等；PLC连接以太网是通过以太网通讯模块来实现（如上所述），采用标准的TCP/IP通讯协议，10M带宽，硬件结构见下图：PC Station 1CP1612PC Station 2CP1612S7400PLC以太网通讯模块CP443-1链路模块（HUB）6GV1 105-3AA0Profibus-DP名称型号备注地址PLC

19、CPU412-2DP自带DP口2PLCCPU315-2DP自带DP口3远程I/OET200M自带DP口4远程I/OET200M自带DP口7变频器MM420外置DP通讯模块5网关IM-153自带DP口6DP InterfaceCP5613自带DP口0OPMP270B自带DP口1西门子CPU412-2DP和CPU315-2DP都带有两个通讯口，一个为MPI另一个为DP，在出厂时，新的PLC其MPI地址和DP地址都为2，因此在CPU首次使用时，若系统中DP总线上有两个以上的CPU就必须先对每个CPU进行单独DP地址设置，否则系统将报错，地址重复。CP5613既可设置为DP也可设置为MPI，先将CP5

20、613设置为MPI方式，然后用一根两端装有总线接头的DP电缆（注：电缆和总线接头MPI和DP是一样的）一端插在CP5613上，另一端插在PLC的MPI口上，通过STEP7就可以和PLC连接上了，此时通讯占用MPI口，DP口被自由释放，可以修改地址。本系统就是通过此方式将CPU412-2DP的DP地址设置为2，CPU315-2DP的DP地址设置为3，ET200M、变频器的DP地址通过其自身拨码开关设置，网关和触摸屏可通过其设置按键设置。一般情况下，为保证系统的通讯可靠，修改DP的地址，DP的通讯速率等参数均采用系统的默认值（1.5Mbps），这样一致性好，且不会出错。当硬件连接好后，主要是通过S

21、TEP7软件中的管理器来组态各硬件之间的关系。首先在管理器中建立各个站（这里主要是指建立各类型主站），本系统各类型主站分别为：S7300 Station、S7400 Station、PC Station(5613)、PC Station 1(1612)、PC Station 2(1612)，然后再分别对每个站进行硬件配置，此处必须与实物对应，包括具体的槽位、各组件的产品序列号等，当配置PLC的CPU时，系统会自动提示网络选择。注意：本系统的DP主站CPU412-2DP，而CPU315-2DP也是主站类型PLC，在硬件设置时要将其改为从站，此时系统会要求你选择和主站的数据交换方式，选择MS方式，

22、即主从方式，再设置相应的数据交换区间以及长度，这里的交换区间是指PI和PQ，S7300和S7400都有此两个称之为外部输入输出的交换区，交换数据的方式是交叉的，区间定义好了后，S7300和S7400的数据交换就会通过DP总线自动进行，无须编写通讯程序，如下图所示：S7300和S7400通过DP的主从方式交换数据：一般存储区I、Q、M等外部输入存储区PI外部输出存储区PQ一般存储区I、Q、M等外部输入存储区PI外部输出存储区PQS7400PLCS7300PLC 例如：当设置了S7300的PQW100与S7400的PIW100交换数据 S7400的PQW100与S7300的PIW100交换数据 在

23、S7300中PQW100的状态会自动同步反应在S7400的PIW100上，在S7400中对PQW100的操作将自动同步反应在S7300的PIW100中，也就是说在主站S7400中通过PI反应从站的状态，通过PQ操作从站。ASI工业现场总线 DP/ASI网关其实就是一个通讯适配模块，它负责DP与ASI的通讯，同时做为ASI主站管理ASI总线上的各个站；网关上有几个用于显示状态的双色指示灯和设置按钮，能反映网关自身的工作状态以及各站的状态，通过设置按钮可设置网关的DP地址以及查看各个站.建立一个S7-300硬件组态实例操作 本PPT为可编辑版本，您看到以下内容请删除后使用，谢谢您的理解【解析】【解

24、答】（1）氯化钠是由钠离子和氯离子构成的；金刚石是由碳原子构成的；干冰是由二氧化碳分子构成的；（2）质子数为11的是钠元素，钠元素原子的最外层电子数1，在化学反应中容易失去一个电子形成阳离子；（3）化学变化是生成新分子的变化，其实质是分子分解成原子，原子重新组合形成新的分子，故该反应中没有变的是碳原子和氧原子。故答案为：氯化钠；失去；D。【分析】物质有微粒构成，构成物质的微粒有原子、分子、离子是那种，金属、稀有气体由原子构成；常见气体由分子构成；碱和盐由离子构成。在化学变化中，原子种类、质量、数目保持不变。26.用微粒的观点解释下列现象：（1）今年我国要求“公共场所全面禁烟”非吸烟者往往因别人

25、吸烟而造成被动吸烟。（2）夏天钢轨间的缝隙变小。【答案】（1）分子是在不断的运动的.（2）夏天温度高，铁原子间的间隔变小.【考点】物质的微粒性 【解析】【解答】（1）吸烟生成烟雾，烟雾分子因为运动，扩散到空气中，使非吸烟者被动吸入烟雾分子，造成被动吸烟；（2）钢轨由铁原子构成.每两根钢轨间都有一定的间隙，夏天由于气温高，使得钢轨中铁原子的间隔变大，表现为钢轨的体积膨胀，则钢轨间的间隙变小.故答案为：（1）分子是在不断运动的；（2）夏天高温，铁原子间的间隔变小.【分析】微粒观点的主要内容：物质是由分子（或原子构成），分子间有间隔，分子处于永停息的运动状态中.（1）烟雾分子属气体分子，在空气中扩散

26、较快，使非吸烟者被动吸烟；（2）铁原子间有一定的间隔，温度升高，则铁原子间间隔变大，反之则变小，夏天高温状态下，铁原子间间隔变大，使得钢轨体积膨胀，则钢轨间的缝隙变小.【考点】物质的微粒性 【解析】【解答】（1）铁属于金属单质，是由铁原子直接构成；氯化钠是由钠离子和氯离子构成的；二氧化碳是由二氧化碳分子构成的（2）当质子数=核外电子数，为原子，a=2+8=10，该粒子是原子原子序数=质子数=10当a=8时，质子数=8，核外电子数=10，质子数核外电子数，为阴离子。故答案为：原子；离子；分子；10；10；阴离子。【分析】物质有微粒构成，构成物质的微粒有原子、分子、离子是那种，金属、稀有气体由原子

27、构成；常见气体由分子构成；碱和盐由离子构成。当核电荷数等于核外电子数，表示原子，小于时表示阴离子，大于时表示阳离子。25.初中化学学习中，我们初步认识了物质的微观结构。（3）升高温度分子运动速度就加快，只要能说明温度高了运动速度快了的例子都可以，例如阳光下或者温度高衣服干得快，温度高水蒸发的快，糖在热水里比在冷水里溶解的快等；（4）由于注射器装入的药品少，现象明显，又是封闭状态，所以可以控制体积节省药品、可以减少气体挥发造成的污染等故答案为：（1）固体；（2）分子的质量大小或者相对分子质量大小（合理即给分）；（3）阳光下或者温度高衣服干得快，温度高水蒸发的快，糖在热水里比在冷水里溶解的快等；（

28、4）可以控制体积节省药品、可以减少气体挥发造成的污染等【分析】（1）根据实验现象判断氯化铵的状态；（2）根据它们的相对分子质量的区别考虑；（3）根据温度与运动速度的关系考虑；（4）根据注射器的特点考虑【解析】【解答】A、向一定质量的盐酸和氯化钙的混合溶液中逐滴加入碳酸钠溶液至过量的过程中，生成氯化钠的质量不断增大，当碳酸钠与盐酸和氯化钙完全反应时，氯化钠的质量不再增大，A符合题意；B、向稀硫酸中加水，溶液的pH逐渐增大至接近于7，B不符合题意；C、向一定质量的稀硫酸中逐滴加入氢氧化钡溶液至过量的过程中，氢氧化钡不断和硫酸反应生成硫酸钡沉淀和水，溶质的质量减小，质量分数也减小，当氢氧化钡和稀硫酸

29、完全反应时，继续滴加氢氧化钡溶液时，质量分数应该由小变大，C不符合题意；D、加热高锰酸钾时，当温度达到一定程度时，高锰酸钾开始分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，随着反应的进行，剩余固体的质量不断减少，当高锰酸钾完全反应时，剩余固体的质量不再变化，D符合题意。【解析】【解答】A、可燃物的在着火点是一定的，不会降低，故说法错误，可选；B、爆炸是物质在有限的空间内，发生急剧燃烧，短时间内聚集大量的热，使周围的气体的体积膨胀造成的可见爆炸需要氧气的参与，可使燃烧处于暂时缺氧状态，达到灭火的目的故说法正确，不可选；【解析】【解答】燃烧需要同时满足三个条件：一是要有可燃物，二是可燃物要与氧气接触，三是温度要

30、达到可燃物的着火点；以上三个条件都能满足时，可燃物才能发生燃烧。灭火的原理就是破坏燃烧的条件。根据描述，自动灭火陶瓷砖会喷出氦气和二氧化碳，故灭火的原理是隔绝氧气。【解析】【解答】解：A、从题目中表格知，H2体积分数为10%70%的H2和空气混合气体，点燃时会发生爆炸，故A正确；B、收集的H2能安静燃烧，说明H2的纯度大于等于80%，故B项错误；C、用向下排空气法收集H2 ，保持试管倒置移近火焰，如果没有听到任何声音，表示收集的H2纯度大于等于80%，故C项错误；D、氢气和空气的混合气体点燃不一定发生爆炸，只有在爆炸极限范围内才会发生爆炸，故D项错误故选A【分析】可燃物质（可燃气体、蒸气和粉尘

31、）与空气（或氧气）在一定的浓度范围内均匀混合，遇着火源可能会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，在低于爆炸下限时不爆炸也不着火，在高于爆炸上限同样不燃不爆因此可燃性气体在点燃前需要先检验气体的纯度，以防发生爆炸【解析】【解答】A、通过实验可以知道烧杯中的白磷没有燃烧，说明烧杯中的白磷虽然温度达到着火点，但没有与氧气接触，所以不能燃烧，从而可以判断烧杯中的热水不仅仅是只起到加热的作用，故A说法正确；B、铜片上白磷燃烧是温度达到了着火点且与氧气接触，满足燃烧的条件，故B说法正确；C、铜片上的红磷没有燃烧是温度过低没有达到其着火

32、点，没有满足燃烧的条件，故C说法正确；D、烧杯中的白磷通入空气（氧气）就会燃烧，出现“水火相容”的奇观，故D说法错误故选D24.能源、环境、安全已成为人们日益关注的问题 （1）三大化石燃料包括煤、_、天然气等；它们都是_（填“可再生”或“不可再生”）能源 （2）控制反应的条件可使燃料充分燃烧燃煤发电时，将煤块粉碎成煤粉的目的是_ （3）天然气主要成分为甲烷，写出甲烷充分燃烧的化学方程式_ 下列有关天然气（或甲烷）的说法正确的是_（填字母）A沼气中的主要成分是甲烷B甲烷气体不会产生温室效应C用天然气代替煤作燃料，有利于减少酸雨形成 You and your friends are leaving

33、 a concert on a Friday night.When you get outside,your ears are ringing.You have to shout to be heard.36 So no harm doneright?Not quite.Temporary buzzing may be easy to ignore,but repeated exposure to loud noise will eventually cause serious-and irreversible(无法治愈的)-hearing loss.A new study conducted

34、 by researchers at Brigham and Womens Hospital in Boston shows that one in five people between the ages of 12 and 19 are experiencing slight hearing loss,and one in 20 have mild hearing loss.37 But the good news is that there plenty of ways you can protect your ears from further damage and still lis

35、ten to the music you love:Ask around.Ask around.Put your earbuds in or your headphones on,and then ask a friend next to you whether or not he or she can hear what youre listening to.38 Turn it down.Buy noise-canceling headphones.Buy noise-canceling headphones.A pair of earbuds or headphones that fits comfortably will limit outside noise so that you can hear your music better at lower volumes.