《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用》課件4.1－4.2profibus

第三章PROFIBUS總線

PROFIBUS是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)PROFIBUS總線系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度，廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

Profibus是由Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA組成的。PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，即中、下層，要求面向?qū)ο?，提供較大數(shù)據(jù)量的通信服務(wù)，它采用了RS-485傳輸。PROFIBUS-PA

專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，它采用了IEC1158-2傳輸技術(shù)可用于有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中。PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP（傳輸速率為12Mbps）應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，是一種高速低成本通信，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速、廉價(jià)的傳輸形式適于自動(dòng)控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信，使用PROFIBUS－DP可取代辦24VDC或4－20mA信號(hào)傳輸。它采用了RS-485傳輸。

DP、FMS、PA中，Profibus-DP的應(yīng)用最為廣泛。第二節(jié)PROFIBUS的通信模型和協(xié)議類型

一、通信模型（協(xié)議模型）PROFIBUS通信模型參照了ISO/OSI參考模型的第1層（物理層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層），其中FMS還采用了第7層（應(yīng)用層），另外增加了用戶層。PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS的第1層和第2層相同，PROFIBUS-FMS有第7層，PROFIBUS-DP無(wú)第7層。PROFIBUS-PA有第1層和第2層，但與DP/FMS有區(qū)別，無(wú)第7層。(1)PROFIBUS-DP：定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)備行為。(2)PROFIBUS-FMS：定義了第一、二、七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范（FieldbusMessageSpecification-FMS）和低層接口（LowerLayerInterface—LLI）。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問(wèn)接口。(3)PROFIBUS-PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過(guò)總線給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。二、協(xié)議類型PROFIBUS-DPPROFIBUS-FMSPROFIBUS-PA第三節(jié)PROFIBUS的傳輸技術(shù)PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型：用于DP和FMS的RS-485傳輸。用于PA的IEC1158-2傳輸。光纖（用于DP和FMS）一、用于DP/FMS的RS-485傳輸技術(shù)由于RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，主要有以下四點(diǎn)不足：（1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。（2）傳輸速率較低，最高傳輸速率波特率為20Kbps。（3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離15米左右。

一、用于DP和FMS的RS-485傳輸技術(shù)

RS-485是PROFIBUS最常用的一種技術(shù)，這種技術(shù)稱為H2。采用的電纜在一般場(chǎng)合采用普通的雙絞線就可以。RS-485傳輸技術(shù)基本特征：RS485電氣特性采用負(fù)邏輯，＋2V～＋6V表示“0”，-6V～-2V表示“1”。傳輸速率：9.6Kbit/s~12Mbit/s。傳輸距離：RS-485最大的通信距離約為1219M，最大傳輸速率為12Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要加485中繼器。

由于PC機(jī)默認(rèn)的只帶有RS232接口，通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配有源總線終端電阻的總線型結(jié)構(gòu)，采用一條雙絞線電纜作總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短。站點(diǎn)數(shù)：每分段32個(gè)站（不帶中繼），可多到127個(gè)站（帶中繼）。PROFIBUD-DP和PROFIBUS-FMS的電纜接線和總線終端電阻二、用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)IEC1158-2的傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。并通過(guò)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。IEC1158-2是一種位同步協(xié)議，通常稱為H1。IEC1158-2技術(shù)用于PROFIBUS-PA，其傳輸以下列原理為依據(jù)：每段只有一個(gè)電源作為供電裝置。

當(dāng)站收發(fā)信息時(shí)，不向總線供電。每站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備其作用如同無(wú)源的電流吸收裝置。主總線兩端起無(wú)源終端線作用。允許使用線性、樹(shù)型和星型網(wǎng)絡(luò)。為了調(diào)制的目的，假設(shè)每個(gè)總線站至少需用10mA基本電流才能使設(shè)備啟動(dòng)。通信信號(hào)的發(fā)生是通過(guò)發(fā)送設(shè)備的調(diào)制，從±9mA到基本電流之間。

(4)IEC1158-2傳輸技術(shù)特性:數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)字式、位同步、曼徹斯特編碼。傳輸速率：31.25Kbit/s，電壓式。數(shù)