总线技术与应用06

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用于PA的传输技术
IEC1158-2传输技术特性: · 数据传输：数字式、位同步、曼彻斯特编码。
· 传输速率：31.25K bit/s，电压式。
· 数据可靠性：前同步信号，采用起始和终止限定符避免误差。 · 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。
3.PRIOFIBUS的总线存取控制机制
PROFIBUS的DP，FMS和PA均使用单一的总线 存取协议，通过OSI参考模型的第2层实现，包括数据 的可靠性以及传输协议和报文的处理。 在PROFIBUS中，第2层称之为现场总线数据链路 (FDL—fieldbus data link )。介质存取控制 ( MAC， medium access control ) 具体控制数据传输的程序， MAC必须确保在任何时刻只能有一个站点发送数据。 PROFIBUS协议的设计旨在满足介质存取控制的 基本要求。
4. PRIOFIBUS-DP技术简介
功能 • DP主站和DP从站间的循环用户数据传送 • 各DP从站的动态激活和撤消
• DP从站组态的检查
• 输入或输出的同步
• 通过总线给DP从站赋予地址
• 每DP从站最大为246字节的输入和输出数据
5. PRIOFIBUS-PA技术简介
PROFIBUS-PA适用于PROFIBUS的过程自动
3.PRIOFIBUS的总线存取控制机制
②．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。 因此，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。因此，可能有以下三种系统配置： ①．纯主－从系统 ②．纯主－主系统 ③．混合系统
量的通信服务，完成中等传输速度的循环和非循环通信任务，
用于纺织工业、楼字自动化、电气传动、传感器和执行器、可 编程序控制器、低压开关设备等一般自动化控制。 PROFIBUS—PA：专为过程自动化设计，标准的本质安全 的传输技术，实现了IEC1158—2中规定的通信规程，用于对安 全性要求高的场合及由总线供电的站点。
6. PRIOFIBUS-FMS技术简介
PROFIBUS—FMS的设计旨在解决车间监控级通信。在这一 层，可编程序控制器（如PLC、PC机等）之间需要比现场层 更大量的数据传送，但通信的实时性要求低于现场层。 PROFIBUS-FMS应用层 应用层提供了供用户使用的通信服务。这些服务包括访 问变量、程序传递、事件控制等。PROFIBUS—FMS应用 层包括下列两部分： · 现场总线信息规范（Fieldbus Message SpecificationFMS）：描述了通信对象和应用服务。 · 低层接口(Lower Layer Interface-LLI)：FMS服务到第二 层的接口。
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协议类型
PROFIBUS协议的结构定向根据ISO7498国际标准， 以开放系统互联网络OSI为参考模型，结构如图所示。
2. PRIOFIBUS的数据传输和拓扑结构
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用于DP和FMS的RS485传输技术 用于PA的传输技术 光纤传输技术
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2. PRIOFIBUS的数据传输和拓扑结构
现场总线系统的应用在很大程度上取决于选用的传 输技术，既要考虑一些总的要求 ( 传输可靠，传输距离 和高速 ) 又要考虑一些简便而又费用不大的机电因数。 当涉及过程自动化时，数据和电源的传送必须在同一根 电缆上。由于单一的传输技术不可能满足所有的要求， 因此PROFIBUS提供以下三种类型： DP和FMS 的RS485传输；
概述
PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是一种国 际性的开放式的现场总线标准，即EN50170欧洲标准。 该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究 所共同推出的。 目前世界上许多自动化技术生产厂家都为它们生产 的设备提供PROFIBUS接口。PROFIBUS已经广泛应用 于加工制造、过程控制和楼宇自动化，是成熟技术。
段。串联的中继器一般不超过3个，见图2所示。
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用于PA的传输技术
用于PA的IEC1158—2传输技术 IEC1158—2传输技术能满足化工和石化工业的要求，它可 保持其本质安全性并使现场设备通过总线供电，通常称之为 H1，用于PROFIBUS—PA。 IEC1158—2传输技术原理如下： · 每段只有一个电源，供电装置； · 站发送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； · 现场设备的作用如无源的电流吸收装置； · 主总线两端起无源终端线的作用； · 允许使用线形、树型和星型网络；
3.PRIOFIBUS的总线存取控制机制
总结
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控制的两个基本要求： ①．在复杂的自动化系统（主站）间的通信，必须保证在确切限定 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。
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协议类型
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通信模型
PROFIBUS通信模型参照了OSI模型的第1层 （物理层）和第2层（数据链路层），其中，FMS还 采用了第7层（应用层），另外还增加用户层。
PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS的第1层和 第2层相同， PROFIBUS-FMS有第7层。 PROFIBUS-FA有第1层和第2层，但与DP/FMS有区 别，无第7层。
PA 的IEC1158—2 传输；
光纤(FO)
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用于DP和FMS的RS485传输技术
DP和FMS的RS485传输
RS485是PROFIBUS最常用的一种，通常称为H2， 采用屏蔽双绞铜线电缆，共用一根导线对。适用于需要 高速传输和设施简单而又便宜的各个领域，RS485传输 技术的基本特性如下：
· 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/s~12M 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。
PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS—DP， PROFIBUS—FMS，PROFIBUS—PA三个兼容版本， 如图所示，特点如下：
PROFIBUS—DP：经过优化的高速、廉价的通信连接，专
为自动控制系统和设备级分散I／O之间通信设计，使用 PROFIBUS—DP模块可取代价格昂贵的24V或0～20mA并行 信号线。用于分布式控制系统的高速数据传输。 PROFIBUS—FMS：解决车间级通用性通信任务，提供大
8、PROFIBUS在第二层按照非连接的模式操作，除提供点对 点 逻辑数据传输外，还提供多点通信，其中包括广播及群播功能。
广播通信是指一个主动站向所有其他站发送无需应答的报文；群 播是指一个主动站向一个预先确定的站发送无需应答的报文。
4. PRIOFIBUS-DP技术简介
PROFIBUS-DP用于设备级的高速数据传送， 中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备 (如I/O、驱动器、阀门等)进行通信，多数数据交 换是周期性的，除此之外，智能化现场设备还需 要非周期性通信，以进行配置、诊断和报警处理。
PROFIBUS应用领域
PRIOFIBUS的通信模型和协议类型
PRIOFIBUS的数据传输和拓扑结构 PRIOFIBUS的总线存取控制机制 PRIOFIBUS-DP技术简介 PRIOFS技术简介
1. PRIOFIBUS的通信模型和协议类型
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通信模型
化。PA将自动化系统和过程控制系统与压力、温度
和液位变送器等现场设备连接起来，PA可用来替代 4-20mA的模拟技术。
5. PRIOFIBUS-PA技术简介
(1) 适合过程自动化应用的行规使不同厂家生产的现场设备
具有互换性。 (2) 增加和去除总线站点，即使在本征安全地区也不会影响 到其它站。 (3) 在过程自动化的PROFIBUS-PA段与制造业自动化的 PROFIBUS-DP总线段之间通过藕合器连接，并使可实现两 段间的透明通信。 (4) 在潜在的爆炸危险区可使用防爆型“本征安全”或“非 本征安全”。
PROFIBUS特点综述
与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大 优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证， 并经实际应用验证具有普遍性。 目前已应用的领域包括加工制造、过程控制 和楼宇自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂 商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实 现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中 PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场份额 超过40%。 PROFIBUS有国际著名自动化技术装备 的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并 能提供广泛的优质新产品和技术服务。
FCS相关模块与实际应用 西门子RS485/profibus-dp总线连接器
FCS相关模块与实际应用 现场总线I/O连接器
汽车总装线 应用实例
玻璃配料线 应用实例
现场总线控制系统主要应用领域：
（1）制造领域：制造业的典型是汽车业，其自动化生产线上的 机器人是离散动作快速反应的自动控制，它是由PLC技术途径发 展到FCS的。 （2）物业领域：楼宇自动化是其典型。它与制造自动化相近， 但要求节点数很多，而不要求有主/从之分，各个节点是平等的， 而且各节点之间传递的信息量低。 （3）过程领域：FCS的另一个前沿是过程控制自动化，典型的 用户是石油化工。它是由DCS发展来的。
（1）现场总线的概念？
现场总线
定义
比较公认的定义：从控 制室连接到现场设备的 双向串行数字通信总线。
国际电工委 员会的定义
现场总线：安装在制造或过程区 域的现场装置与控制室内的自动 装置之间的数字式、串行、多点 通信的数据总线称为现场总线。
现场总线的本质意义是信息技术对自动化系统底 层的现场设备进行改造。
PROFIBUS基本特性
PROFIBUS可使分散式数字化控制器从现场底层到 车间级网络化，该系统分为主站和从站。主站决定总 线的数据通信，当主站得到总线控制权(令牌)时，没有 外界请求也可以主动发送信息。主站从PROFIBUS协 议讲也称之为主动站。 从站为外围设备，典型的从站包括：输入输出装 置、阀门、驱动器和测量发送器。它们没有总线控制 权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时 向它发送信息。从站也称为被动站。由于从站只需总 线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。
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用于DP和FMS的RS485传输技术
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。见图1所示。 (4) 当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线
3.PRIOFIBUS的总线存取控制机制
6、在总线系统初建时，主站介质存取控制MAC的任务是制定总 线上的站点分配并建立逻辑环。在总线运行期间，断电或损坏的 主站必须从环中排除，新上电的主站必须加入逻辑环。 7、第二层的另一重要工作任务是保证数据的可靠性。PROFIBUS 第二层的数据结构格式可保证数据的高度完整性。
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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
距离小于1公里米情况下使用。
（3）总线段可采用星形或环型结构。允许冗余 （4）许多厂商提供专用总线插头(耦合器)可将RS－485信 号转换成导体信号或将光纤导体信号转成RS-485信号