PROFIBUS基本知识

内容 概述和导则 物理层规范和服务定义 数据链路层服务定义 数据链路层协议规范 应用层服务定义 应用层协议规范
OSI 层
1 2 2 7 7
China PROFIBUS Organization(CPO)
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PROFIBUS安装培训，2006
IEC 61784：连续和断续制造工业控制系统中 使用的现 场总线协议集（CPF）
ASCII Printer
ASCII Printer
控制器
I/O连线 现场信号 4-20mA/24VDC
控制器
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现场总线：使用一根电缆连接所有现场设备，采用数字通信方式
取代设备级的4-20mA/24VDC信号传递。
去工厂骨干网
ASCII Printer
ASCII Printer
PROFIBUS 技术简介
( IEC 61158-Type 3 )
中国机电一体化技术应用协会 现场总线专业委员会（CPO）
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1、现场总线的概念
企业
数据通信
生产 自动化
现场通信
车间级 现场级
传感器/执行机构级
Process Control
Factory Automation
Continuous
Process Control
Batch Process Control
Materials Handling Control
Robotics
Numerical Control
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。现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中，形成为 企业信息网络的底层。从而为实现企业信息集成和企业综合自 动化提供了可行的基础。
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使用现场总线技术给用户带来的好处
。节省硬件成本； 。设计、组态、安装、调试简便； 。系统的安全、可靠性好，减少故障停机时间； 。系统维护、设备更换和系统扩充方便；
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ISO/IEC 7489 开放系统互连-基本参考模型
发送方
接收方
各层的名称和功能
传输介质
应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
对面向应用要求的应用程序的 接口(读、写) 用于下一层分析和解释的 数据表达方式(编码) 建立和清除临时站连接;通信进 程的同步
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IEC 61158：测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线
IEC 61158 文本 IEC 61158-1 IEC 61158-2 IEC 61158-3 IEC 61158-4 IEC 61158-5 IEC 61158-6
57%
51%
12% 22%
工程费 安装费
23%
硬件费
Today (4...20mA)
PROFIBUS
Hardware Assembly Engineering
硬件
安装
工程
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二、现场总线国际/国内标准化现状
现场总线IEC 61158 的目
标
Industrial Automation
IEC 61158/61784
RS485: NRZ RS485-IS: Intrinsic Safety
通用应用行规 (可选): PROFIsafe, Time Stamp, Redundancy, etc.
PROFIBUS DP
Fiber: Glass Multi Mode Optics: Glass Single Mode
。用户对系统配置、设备选型有最大的自主权；
。完善了企业信息系统，为实现企业综合自动化提供了 基础。
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100%
100% 22%
50%
0%
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27%
Type 7 WoeldFIP
Type 8 INTERBUS
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中国现场总线标准化工作的现状
。多种现场总线共存，由用户根据各自需要进行选择；
。对国际标准IEC 61158 的文本结构作适当调整，形成多种 独立的总线标准文本，并根据中国用户应用和产品开发的 需要建立相应的标准；
PROFInet IEC 61158/61784 PROFIBUS IEC 61158/61784 AS-Interface IEC 62026
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自动化技术中的通信
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现场总线在自动化系统中的位置
工厂级
区域控制器
修订，已出版； 。 2005年，将PROFINET立项为GB/Z XXXXX，将PROFIBUS立项
为GB/T XXXXXX，已报批，待出版。
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应用行规 II
应用行规 I
通信技术 传输技术
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PCF / Plastic Fiber
PROFIBUS的技术体系结构
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PPAA DDeevviicceess RRIIOO ffoorr PPAA
SSEEMMII
PPRROOFFIIddrriivvee
VV22..00aannddVV33..00
IIddeenntt SSyysstteemmss
。同时跟踪并参与国际IEC现场总线标准技术的新发展；
。2001年，将PROFIBUS、HART等立项为行业标准， 其中， PROFIBUS标准（中文本）已于2001年11月批准， 标准编号：JB/T 10308.3-2001；
。2003年，根据IEC 61158的完善和补充，修订JB/T 0308.32001，同时制定 Interbus规范 (IEC 61158 Type 8)等;
为 分 为 分第 第解 解55成 成层 层信 信控 控息 息制 制包 包数 数)) 据 据传 传输 输((传 传输 输出 出错 错,, 建立和清除连接，避免网络 堵塞
包 (包 (介 介括 括质 质数 数存 存据 据取 取安 安控 控全 全制 制的 的)) 总 总线 线存 存取 取协 协议 议描 描述 述 介 介编 编质 质码 码定 定和 和义 义速 速((度 度硬 硬件 件))， ，数 数据 据传 传输 输的 的
♦或者，现场总线是以单个分散的数字化、智能化的测 量和控制设备作为网络节点，用数据总线相连接，实现 相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控 制系统。
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现场总线对自动控制系统和自动化系统的影响
•• MMaasstteerrCCoonnffoorrmmaanncceeCCllaasssseess •• IInntteerrffaacceess((CCoommmm--FFBB,,FFDDTT,,eettcc..)) •• CCoonnssttrraaiinnttss
总线循环 时间
< 1000 ms
车间级
Ethernet TCP/IP
CNC
PC/VME
总线循环 时间
< 100 ms
现场级
总线循环 时间
< 10 ms
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驱动器
VME/PC
PROFInet based on Ethernet
PLC
PROFIBUS-DP
MBP（曼彻斯特编码， 总线供电）
ISO/IEC 8802-3
PROFIBUS PROFIBUS PROFINET
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IEC 61158 与 IEC 61784（2003）的关系
IEC 61158 （2003） (4,460 页）
。传统的信号制将由4-20mA模拟信号制转换为双向数字通信 的现场总线 信号制；
。自动控制系统的体系结构，将由模拟与数字的分散型控制系统 (DCS)转换为全数字现场总线控制系统(FCS)。进而，自动控制 系统的设计方法和安装调试方式也将发生重大的变化；
。现行的现场设备和仪表的产品结构将发生重大变革；
。2005年,将PROFINET立项为GB/Z XXXXX，将PROFIBUS立项 为GB/T XXXXXX。
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三、PROFIBUS技术简介
PROFIBUS技术的主要发展历程
。87年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发； 。89年批准为德国工业标准 DIN 19245； 。 96年批准为欧洲标准EN 50170 V.2 (PROFIBUS-FMS/-DP)； 。 98年PROFIBUS-PA批准纳入EN 50170 V.2； 。99年PROFIBUS成为国际标准 IEC 61158 的组成部分(Type 3)； 。2001年批准成为中国的行业标准JB/T 10308.3-2001； 。 2003年PROFInet成为国际标准 IEC 61158 的组成部分(Type 10); 。2004年根据IEC61158（2003）版本，对JB/T 10308.3-2001进行了
车间级监控 网
控制 器
控制 器
现
现
场
场
总
总
线
线
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什么是现场总线？
♦现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控 制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字 式、多点、双向通信的数据总线。其中，“生产过程”包 括断续生产过程和连续生产过程两类。
Type 1/5/9 FF+HSE +AL
Type 2 ControlNet/EthernetIP
Type 3 +10 PROFOBUS+PROFInet
Type 4 P-Net
IEC 61784 （2003）（250 页）
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Type 6 Swift-Net
MBP *): Manchester Bus Powered
MBP-LP: Low Power MBP-IS: Intrinsic Safety
WWeeiigghhiinngg && DDoossiinngg
DP-V0...V2
EEnnccooddeerr
•• DDeessccrriippttiioonnss((GGSSDD,,EEDDDD)) •• TToooollss((DDTTMM,,CCoonnffiigguurraattoorrss))
输入／ 输出
传感器
现场 设备
Host
PLS
PROFIBUS-PA
变送器
现场 设备பைடு நூலகம்
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传统方式：现场级设备与控制器之间连接采用一对一所谓
I/O接线方式，传递4-20mA或24VDC信号。
车间级
车间级监控网
I/O连线 现场信号 4-20mA/24VDC
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IEC 61784 包含18个协议，其中，PROFIBUS， PROFINET ：
协议集
数据链路层
物理层
实现
协议3/1 协议3/2 协议3/3
IEC 61158 子集； 异步传输
IEC 61158 子集； 同步传输
ISO/IEC8802-3 TCP/UDP/IP/Ethernet
RS485，塑料光纤， 玻璃光纤
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IEC 61158中包含10种现场总线协议类型（2003）
Type 1 PhL,DDL以 FF H1为原型，AL是IEC TS Type 2 PhL,DDL是ControlNet,AL是 ControlNet+EtherNet/IP Type 3 PROFIBUS Type 4 P-NET Type 5 PhL,DDL无， AL 是FF HSE Type 6 SwiftNet Type 7 WorldFIP Type 8 INTERBUS Type 9 PhL,DDL无， AL是 Type 1的子集 Type 10 PROFInet