第二章PROFIBUS现场总线

PROFIBUS-PA
PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA
PROFIBUS-DP
Promass 63
PCS Teleperm M
TMD 834
Segment coupler Pepperl+Fuchs
Valves Samson
Deltapilot S
Tank Farm
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14 Buffer Tanks
化工厂的应用
项目从1997 年1月开始 使用仪器仪表和控制设备总值 5 百万马克 1,000 PROFIBUS-PA 的传感器和执行器
Profibus 现场总线
Control room
Engineering Commuwin II
Visualization
Tank Farm Reactor
RS 485 / FO
快速
-即插即用 - 高 效、廉 价
PROFIBUS-PA
IEC 61158-2
面向应用
-总线供电 -本质安全
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5
PROFIBUS 给客户的好处
节省硬件和安装费用
减少硬件成份 (I/O, 终端块、隔离栅) 更容易、更快捷和低成本的安装
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
工厂级
总线 循环时间
< 1000 ms
车间级
总线 循环时间
< 100 ms
Profibus 现场总线
通信透明 从 传 感 器／执 行 器 到 区 域 控 制 器
Ethernet/TCP/IP
区域 控制器
CNC
TCP/IP/Ethernet
PC/VME
VME/PC
PROFIBUS-FMS
PLC
DCS
现场级
总线 循环时间
< 10 ms 电气与控制工程学院
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
4
Profibus 现场总线
PROFIBUS 簇
EN 50170 Volume 2
通用目的自动化
工厂自动化
过程自动化
PROFIBUS-FMS
RS 485 / FO
通用
-大范围的应用 -多主通信
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
Process Automation.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。
PROFIBUS-FMS
Fieldbus Message Specification.用于车间级监控网络，是一个令牌 结构、实时多主网络。
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12
Profibus 现场总线
带有 PROFIBUS-PA 的典型系统配置
区域控制器 (PLC)
工程或 HMI 工具
H2
x
RS 485 up to 12 MBit/s
PROFIBUS-DP
I
耦合器／链接器
+ x
IEC 1158-2 with 31.25 kBit/s
PROFIBUS-PA
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
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14
Profibus 现场总线
典型的PROFIBUS-FMS 系统
主站 PLC
一个典型的 PROFIBUS-FMS 系统的组成: 各种智能自动化单元，如:
• PC • 作为中央控制器的PLC • 作为人机界面的HMI
RS 485 up to 12 MBit/s
PROFIBUS-FMS
主站
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主站
主站
主站
15
开放的组态允许即插即用
PROFIBUS 组态工具
Profibus 现场总线
PLC
GSD
GSD
GSD
GSD
GSD
GSD
电子设备数据单 (GSD-files) PROFIBUS
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16
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10
概述
Profibus 现场总线
典型的PROFIBUS-DP 系统
主站
一个典型的 PROFIBUS-DP 系统的组成:
一个 PLC/PC 作为中央控制器
PLC
各种外围设备，如: • 数字或模拟 I/O • AC 或 DC 驱动器 • 电磁或气动阀 • 人机界面 (HMI)
Profibus 现场总线
控制器
PLC/NC/RC VME, PC 工作站
网络部件
中继器 光纤 电缆
软件驱动程序
DOS/Windows/NT/95 OS9/VRTX VxWorks/PSOS+ OS2, QNX UNIX/VMS
工具
组态 总线监视器 工程
服务
开发支持 实施支持 培训
主机接口
VAX 计算机 VME 计算机
现场总线技术
第二章 PROFIBUS现场总线
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1
Profibus 现场总线
PROFIBUS
第一部分 概 论
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2
Profibus 现场总线
Process Fieldbus的缩写，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；
变送器
H1
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PROFIBUS-FMS 的特点:
Profibus 现场总线
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)
主要应用区域:
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
PROFIBUS-DP 用在 组装线上，每天生产出1, Nhomakorabea00 辆轿车
PROFIBUS 用在 冲压车间，每月处理
22,000 吨钢材
欧洲的 GM 已决定将 PROFIBUS 作为优选的 开放现场总线系统在其所有的欧洲工厂中使用
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19
典型应用
在 OPEL 工厂的网络结构示意图
Profibus 现场总线
22
典型应用
PROFIBUS-PA
在 Deutsche Shell AG 的应用
项目于 1997 开始
混油
Control Engineering room Commuwin II
120 桶 1-700 m3 7000 个信号
Segment coupler Pepperl+Fuchs
DP/AS-i Link
工业以太网
EPICS
MAP / MMS
PLC
DP
AS-Interface
冲压车间
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PLC
FMS 500 kBaud
PLC
PLC
PLC
DP
DP
DP
12 MBaud 12 MBaud 12 MBaud
车身车间
PLC
DP
AS-Interface
装配车间
20
典型应用
PROFIBUS-PA
在
汽车制造 水泥生产 装瓶工厂
钢铁厂
酿酒 胶制品生产 楼宇自动化
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Profibus 现场总线
污水处理 聚合物存储
食品生产
18
典型应用
PROFIBUS 在汽车生产中
例如，在 Bochum 的 GM (Opel) 工厂
Profibus 现场总线
对每个车身，PROFIBUS-DP 控制机器人处理 2,000 多个 焊接操作
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由三个兼容部分组成
PROFIBUS-DP
Decentralized Periphery.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24VDC或4-20mA 信号传输。
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
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Profibus 现场总线
6
驱动器
AC Drives DC Drives
分散的 I/O
二进制 I/O 模拟 I/O 调节器 计时器 计数器 识别系统
阀
气动阀 电磁阀
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PROFIBUS 产品范围
DP
PA
FMS
设备 行规
现场总线信息规范
DP- 行规
PA- 行规
DP- 扩充功能 DP 基本功能
未用 现场总线数据链路 RS-485 / 光纤 EN 50 170
IEC 接口
IEC 61158-2
PROFIBUS 导则 + 行规
8
三种有效的传输技术:
站1
.....
站n
Profibus 现场总线
终端
RS 485 up to 12 MBit/s
PROFIBUS-DP
从站
从站
从站
从站
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Profibus 现场总线
PROFIBUS-PA 的特点
PA = Process Automation
基于扩展的 PROFIBUS-DP 协议和 IEC 61158-2 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
Zone 0 +
Zone 1
21
典型应用
PROFIBUS-PA
在
Bitburger 啤酒厂的应用
Profibus 现场总线
Visualization SISTAR
Fiber Optic Industrial Ethernet
Control SIMATIC S5
PROFIBUS-DP RS 485
Segment coupler Pepperl+ Fuchs
Siemens
Liquiphant max.
Profibus 现场总线
Visualization Honeywell SCAN 3000
PROFIBUS-DP
Total Plant Batch Software
Siemens H1
PLC 1 Simatic S5
PLC 8
PROFIBUS-PA IEC 1158-2
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 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m 有中继器距离可延长到 10 公里 9 针, D 型插头
终端
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:
• RS 485:
用于 DP 和 FMS
• IEC 1158-2:
用于 PA
• 光纤:
用于 DP 和 FMS
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Profibus 现场总线
HMI（人机界面）
操作面板 文本显示
仪器仪表
液位 流量
压力 温度
网关
AS-Interface 各种专用网络
7
Profibus 现场总线
PROFIBUS 协议符合 ISO/OSI 的开放系统参考模型
用户层
应用层 (7) (3)-(6)
数据链路层 (2) 物理层 (1)
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Layer
FMS
PROFIBUS-PA IEC 1158-2
Deltapilot S
Engineering COMMUWIN II
Valve control Festo
Siemens ET 200
Promag 33
Coolant
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Valves Samson
60 buffer and storage tanks
min.
Temperature TMD 834
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Deltapilot S
Deltapilot S
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Profibus 现场总线
PROFIBUS
第 三 部 分 安装与布线
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安装与布线
传输特点 (1)
Profibus 现场总线
高速 (H2), RS 485 (DP,FMS)
Profibus 现场总线
PROFIBUS
第 二 部 分 典型应用
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PROFIBUS 已经有广泛的应用
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 钢铁厂
电力工业和电力输送 发电厂 开关装置