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1、PROFIBUS技术培训 概论 PROFIBUS作为一种现场总线标准，在世界市场上已被普遍接受并得到广泛运用。本培训教程全面阐述了PROFIBUS的技术特点、应用模式和产品开发方法。PROFIBUS的系统模型如下：PROFIBUS是国际性的、开放的现场总线标准（1）PROFIBUS 标准 EN 50170 是完整的、开放的、与制造商无关的、已经生效的（2）稳固的 PROFIBUS 标准保护世界范围的用户和制造商的投资（3）PROFIBUS 经实践证明并在世界范围内已安装使用的设备超过1,500,000 个。（截止于年四季度） PROFIBUS给客户的好处（1）节省硬件和安装费用 减少硬件成份
2、(I/O, 终端块、隔离栅) 更容易、更快捷和低成本的安装（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减少40%的安装费用： 1,200多个产品（到1998年1季），一个标准到目前为止，已250家不同的制造商可提供 1,200 多个产品，你可免费获得最新的 PROFIBUS 电子产品指南的拷贝：（1）从每一个PROFIBUS用户的CD-ROM或软盘（2）或访问PROFIBUS的国际网页 产品范围快速增长 产品应用范围广泛 经认证的产品确
3、保互操作性（1）PROFIBUS 国际已经建立了质量认证系统，包括产品的一致性和互操作性的测试（2）几百个产品已经通过了认证（3）在欧洲和美国建有这样的测试实验室（4）经认证的产品都有一个认证号，它们已在 PROFIBUS 电子产品指南中列出PROFIBUS 是领先的开放的现场总线系统独立的市场研究证实， PROFIBUS 在欧洲是市场的领导者，且在世界范围内有最高的增长率。在年已安装的PROFIBUS 基本设备超过了 1,500,000个，年增长到约20-30%。市场总值 根据1997 ARC 的市场研究现场总线的世界市场总值大于2百万个节点， 50%以上是用在欧洲。 市场份额 根据1996
4、 Consultic 关于德国和欧洲市场的市场研究2 ，PROFIBUS 在欧洲市场中约占 41% 。共2页(2/2) 第一页上一页下一页最后一页三种有效的传输技术 PROFIBUS 使用两端有终端的总线拓扑 在运行期间，接入和断开一个或几个站不会影响其他站的工作，即使在本质安全区也如此。 提供三种不同的物理层选择 (1)RS 485: 用于 DP 和 FMS (2)IEC 1158-2: 用于 PA (3)光纤: 用于 DP 和 FMSPROFIBUS 协议 PROFIBUS 总线访问协议（第二层）对三种PROFIBUS 版本(FMS/DP/PA)均相同 这使通信透明和FMS/DP/PA 网
5、络区域容易组合 因为 FMS/DP 使用相同的物理介质 (RS-485/FO) ，因此它们能组合在同一根电缆上。PROFIBUS-DP 的特点代替 PLC/PC 与 I/O 之间昂贵的电线快速，传输 1 千字节的输入数据和 1千字节的输出数据所需时间2 ms强有力的工具，减少组态和维护费用被所有主要的 PLC 制造商支持有广泛的产品: PLC, PC, I/O, 驱动器, 阀, 编码器等允许周期性和非周期性的数据传输单主和多主网络每个站的输入和输出数据最多可达 244 字节典型的PROFIBUS-DP系统组成：PROFIBUS-PA(PA = Process Automation) 的特点基于
6、扩展的 PROFIBUS-DP 协议和 IEC 1158-2 传输技术适用于代替现今的 4.20 mA 技术仅用一根双绞线进行数据通信和供电通过串行总线联接仪器仪表与控制系统适用于本质安全的 EEx 应用区域可靠的串行数字传输通过一根双绞电缆进行控制、调节和监视对所有设备只需一个工程工具由于 PROFIBUS-PA 行规，保证了互操作性和互换性仪器仪表的维护和诊断信息PROFIBUS-FMS 的特点FMS 最佳适用于车间级智能主站间通用的、面向对象的通信FMS 提供一个 MMS-功能子集 （MMS 即 Manufacturing Message Specification, ISO9506)主
7、要应用区域 大数量的数据传输，例如程序、数据块等等 若干个分散过程部分集成到一个公共过程中 智能站间的通信开放的组态允许即插即用PROFIBUS ASICs 提供大量产品的关键对PROFIBUS许多 ASICs 芯片是有效的对 PROFIBUS-DP 用单个芯片即可解决对 FMS/DP/PA，与处理器无关的外围芯片对FMS/DP，带 PROFIBUS 核心功能的微控制器优点：对制造商而言，减少实现费用对一个接口的价格减至小于 US $ 25PROFIBUS国际超过 650 个会员20个地区用户协会一个很强大的组织PROFIBUS技术培训 典型应用PROFIBUS 已经有广泛的应用到1997年四
8、季度，实际应用超过150,000个，应用领域包括： 制造业自动化汽车制造装瓶系统仓储系统 楼宇自动化交通管理自动化供热、空调系统 过程工业自动化 清洗工厂化工和石化工厂造纸和纺织品工厂 电力工业和电力输送发电厂开关装置 1 PROFIBUS 在汽车生产中的应用例如，在 Bochum 的 GM (Opel) 工厂（1）对每个车身，PROFIBUS-DP控制机器人处理2，000多个焊接操作（2）PROFIBUS-DP用在组装线上，每天生产1，200辆轿车（3）PROFIBUS-DP用在冲压车间，每天处理22，000吨钢材 在 OPEL 工厂的网络结构示意图 2 PROFIBUS 在楼宇自动化中例如
9、，在法国的 Bibliotheque NationalePROFIBUS 控制四个 80 米高的塔楼总面积 360,000 m2容积约11,000,000 m3 PROFIBUS 任务包括 报警管理 能量优化 监视 技术设备的控制 操作服务间的可靠、有效的通信、 3 PROFIBUS 在过程自动化中在 1997 年四季度已销售出 15,000 多个 Profibus - PA 的设备 ROFIBUS-PA在 WACKER 化工厂的应用WACKER 化工厂简介由Dr. Alexander Wacker 建立于1914年10月13日1992年,员工13,000 人, 32亿德国马克的营业额主要生产
10、硅和胶制品 WACKER 化工厂项目实施情况项目从1997年1月开始使用仪器仪表和控制设备总价值500万马克1,000个PROFIBUS-PA的传感器和执行器 化工厂为什么选择PROFIBUS - PA？节省 50% 以上的规划、设计和安装成本适应本质安全区安装由于集中组态工具，容易维修 仪器仪表和控制部门的负责人 Mr. H. Krummen对此评论：“由于PROFIBUS-PA 的使用，使新的生产线的设计、安装费用节省 超过2百万马克，此外，本质安全能力和一个组态工具对所有仪器仪表都适用，这就意味着PROFIBUS-PA完全符合NAMUR* 所期望的准则。” PROFIBUS-PA在 bi
11、tburger啤酒厂的应用bitburger啤酒厂每年生产 350,000 吨， 在欧洲是最大的Bitburger为什么选择 PROFIBUS-PA？由于容易安装，节省成本由于集中组态，建立系统简单由于提高了准确性，工厂有更高安全性和有效性由于减少了维护，而节省成本由于是开放的国际标准，使投资安全 PROFIBUS技术培训 安装与布线传输特点 (1)高速 (H2), RS 485 依据 RS 485，异步 NRZ 传输 波特率从 9.6 kBit/s 到 12 MBit/s，可选 双绞屏蔽电缆 每段 32 个站，最多允许 127 个站 距离: 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MB
12、it/s = 400m; 0.34 mm每单位长度的电容 30 pF / mPROFIBUS 电缆被列在 PROFIBUS 电子产品指南中。PROFIBUS 电缆长度 （对 RS 485） 波特率（ kBit/s） 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000线长（m, A类电缆） 1200 1200 1200 1000 400 200 100长度可以用中继器来延长9 针D 型连接器的针脚分配 （为RS 485用） 对 PROFIBUS-DP/FMS 提供的连接器类型是9 针 D 型连接器 插座部分被安装在设备上 如果其他连接器能提供必要的命令信号的话，也允许使用 拓
13、朴PROFIBUS 支持总线型，树型和星型拓扑 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 安装 RS 485 (1) 安装 RS 485 (2) RS 485 的屏蔽 / 接地RS-485 传输的数据位顺序每个八位二进数（字节）按 11 位的顺序被传输最小的有效位 (LSB) 被第一个发送最大的有效位 (MSB) 被最后发送每个八位二进数都补充三位，即开始、终止和奇偶校验位此编码原理称 NRZ （即 Non Return to Zero）信号电平 1 = 数据传输开始2 = 空闲段、无数据传输、总线终端终止的电平冗余性提高了系统的可靠性PROF
14、IBUS技术培训 总线协议 PROFIBUS 总线访问方式兼有多主通信和主从通信 总线访问协议的特征 (1)混合总线访问协议 主站间的逻辑令牌环 主从站间的主从协议 主站 主动站在一个限定时间内 (Token Hold Time) 对总线有控制权从站 从站只是响应一个主站的请求，它们对总线没有控制权PROFIBUS 总线访问协议 (FDL)的特点主站或从站可以在任何时间点接入或断开。FDL 将自动地重新组织令牌环。令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务。因此，用户必须计算全部目标令牌环时间 (TTR)。 总线访问协议有能力发现有故障的站、失效的令牌、重复的令牌、传输错误和其他所有可
15、能的网络失败。 所有信息(包括令牌信息)在传输过程中确保高度安全，以免传输错误。 海明距离 HD = 4令牌调度原理在多主网络中，令牌调度必须确保每个主站有足够的时间完成它的通信任务用户组织全部目标令牌循环时间 (TTR) 进入所有主站的通信任务帐户。每一个主站根据下列公式计算它接收令牌后完成它的通信任务的时间(TTH)TTH = TTR - TRRTTH = 持有令牌时间TTR = 目标令牌循环时间TRR = 实际令牌循环时间FDL 状态图重要的 PROFIBUS 电文结构定时图图例： TRDY = 准备时间 TSDR = 站响应时间 TSYN = 同步时间数据链路层服务及其用法服务存取点 (SAP) 在 PROFIBUS 数据链路层与应用层之间的接口处，服务存取点被用来交互作用 请求站的服务存取点叫做源服务存取点（= SSAP） 响应站的服务存取点叫做目的服务存取点 (= DSAP) 服务存取点对 FMS 和 DP/PA 有着不同的功能 对 FMS: 它们被用于区分站之间的逻辑连接 对 DP/PA: 它们被用于选择不同的功能