现场总线(PROFIBUS)技术简介
PROFIBUS 总线详解
PROFIBUS 总线简介及应用PROFIBUS 是一个用在自动化技术的现场总线标准，常用于PLC 与现场设备的数据通信和控制。
目前的PROFIBUS 可分为二种，分别是大多数人使用的PROFIBUS DP 和用在过程控制的PROFIBUS PA。
通信速率在9.6kb/s~12Mb/s。
PROFIBUS PA（过程自动化，Process Automation）应用在过程自动化系统中，由过程控制系统监控量测设备控制，是本质安全的通信协议，可适用于防爆区域（工业防爆危险区分类中的Ex-zone 0 及Ex-zone 1）。
PROFIBUS DP（分布式周边，Decentralized Peripherals）用在工厂自动化的应用中，可以由中央控制器控制许多的传感器及执行器，也可以利用标准或选用的诊断机能得知各模块的状态。
Profibus DP 是工业现场比较常用的总线形式。
Profibus DP 物理接口一般采用RS485形式，通信线缆包括RS485 的A 和B 两根数据线和一个屏蔽线。
因为Profibus DP 的通信速率较高(最高达12Mb/s),所以现场安装中一定要注意加入阻抗匹配，线缆尽量使用带有屏蔽的线缆。
DP 接头如下，红色的拨片就是匹配阻抗的开关，打到ON 及加入匹配电阻。
需要注意的是同一条Profibus 总线上，只能有两个DP 头打开阻抗匹配。
Profibus 由于其较快的通信速度和较强的故障诊断能力，在工业现场中的到非常广泛的应用。
然而在实际应用过程中，Profibus 总线总会出现一些不理想的情况。
如：1）PLC 控制器和其他需要通信的设备相距比较远，profibus 布线会比较长。
较长的电缆布线会使Profibus 信号不稳定，经常出现数据错误，丢包，设备掉线等情况，使整个系统运行很不稳定。
2）一些电磁干扰特别强的现场，采用电缆布线后也会出现Profibus 通信不稳定的情况。
profibus总线应用实例
profibus总线应用实例Profibus总线应用实例Profibus（过程领域总线）是一种广泛应用于自动化领域的现场总线技术，它能够实现工业设备之间的通信和数据交换。
在工业自动化系统中，Profibus总线被广泛应用于控制系统、传感器、执行器和其他设备之间的通信。
本文将介绍几个Profibus总线的应用实例，以说明其在工业领域的重要性和优势。
1. 工厂自动化在现代工厂中，各种设备和系统需要进行高效的通信和协调。
Profibus总线提供了一种可靠的通信方式，使得不同设备之间可以实现数据交换和控制命令的传输。
例如，PLC控制器可以通过Profibus总线与传感器和执行器进行通信，实现对生产线的精确控制和监控。
这种应用可以大大提高工厂的生产效率和自动化水平。
2. 过程控制在化工、石油和能源等过程控制领域，Profibus总线被广泛应用于各种传感器和执行器之间的通信。
通过Profibus总线，温度传感器、压力传感器、流量计等可以将实时数据传输到控制系统，实现对生产过程的精确控制和监测。
同时，控制系统也可以通过Profibus总线下发指令，控制执行器的动作，调整工艺参数，提高生产过程的稳定性和可靠性。
3. 机器人控制机器人技术在制造业中扮演着越来越重要的角色，它可以实现高精度、高效率的生产和组装。
Profibus总线在机器人控制中的应用可以实现机器人与其他设备之间的实时通信和数据交换。
例如，机器人可以通过Profibus总线获取传感器数据，根据实时反馈进行精确的运动控制和路径规划。
这种应用能够大大提高机器人的灵活性和智能化水平，满足不同生产需求。
4. 远程监控Profibus总线还可以用于远程监控系统，实现对设备状态和生产过程的远程监测和控制。
通过Profibus总线，监控系统可以实时获取设备的运行数据，并进行分析和判断。
当设备出现异常或故障时，监控系统可以通过Profibus总线下发指令，进行远程重启或调整，提高故障处理的效率和准确性。
现场总线技术简介
演讲人
目录
0现场总线技术的概念
现场总线技术的定义
1
2
3
4
现场总线技术是一种 用于工业自动化领域
的网络通信技术
现场总线技术可以 实现设备之间的实 时数据交换和监控
现场总线技术可以 应用于各种工业控
制系统和设备中
现场总线技术可以 提高生产效率和降
Modbus等。
建筑自动化现场总线：用于建筑自动化 和控制系统的现场总线技术，如 LonWorks、BACnet等。
汽车电子现场总线：用于汽车电子控制 系统的现场总线技术，如CAN、LIN等。
智能家庭现场总线：用于智能家庭控制 系统的现场总线技术，如KNX、 ZigBee等。
现场总线技术的优缺点
01
现场总线技术的应用领域
工业自动化：用于控制和监测工业 生产过程
交通自动化：用于控制和监测交通 设施，如交通信号灯、交通监控等
楼宇自动化：用于控制和监测楼宇 设备，如照明、空调、安防等
医疗自动化：用于控制和监测医疗 设备，如医疗仪器、医疗监控等
现场总线技术的分类
现场总线技术的种类
工业现场总线：用于工业自动化和控制 系统的现场总线技术，如Profibus、
优点：实时性好，传输速度快，可靠性高，易于维护和扩展
02
缺点：成本较高，需要专门的硬件和软件支持，兼容性较差
03
适用场景：工业自动化、智能建筑、智能交通等领域
04
发展趋势：随着技术的不断发展，现场总线技术将更加智能化、集成化和网络化。
谢谢
低生产成本
现场总线技术的特点
01 实时性：现场总线技
术可以实现实时数据 传输，满足工业控制 对实时性的要求。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线（Fieldbus）是一种新型的工业通信技术，它是以数字化的方式将数据传输到工业现场设备和控制系统之间的通信总线。
现场总线的出现大大提高了工业自动化的可靠性、效率、安全和灵活性。
下面将介绍现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用和使用方法。
一、发展历程现场总线的发展可追溯到20世纪70年代，当时欧洲的一些机构开始研究数字控制系统。
80年代初，德国联邦教育研究部门的PLC工艺小组提出了“第三代工厂控制理论”，并提出了“现场总线”的概念。
90年代初，现场总线开始应用于工业自动化领域，并逐渐发展成为主流的工业通信技术。
二、特点及分类1. 特点（1）数字化传输：现场总线采用数字化通信方式，避免了模拟信号的干扰和失真，提高了数据的可靠性和准确性。
（2）灵活性：现场总线可以连接多种类型的设备和控制系统，实现设备之间的信息交换和协同工作。
（3）可扩展性：现场总线可以根据工业自动化系统的需求进行扩展和升级，具有很高的灵活性和适应性。
（4）实时性：现场总线可以实现实时数据传输和控制，提高了工业生产的效率和精度。
（5）安全性：现场总线支持加密和认证技术，保障了工业通信的安全性和可靠性。
2. 分类目前常用的现场总线主要有以下几种：（1）Profibus：是德国西门子公司研发的一种现场总线，可以实现高速数据传输和设备的实时控制。
（2）Modbus：是Modicon公司开发的一种现场总线，适用于数据采集和控制。
（3）CAN总线：是一种广泛应用于汽车和工业控制领域的现场总线，具有高速、可靠、抗干扰等特点。
（4）DeviceNet：是美国罗克韦尔公司开发的一种现场总线，适用于工业设备之间的通信和控制。
三、主要应用现场总线广泛应用于各个工业领域，包括制造业、石化、水处理、电力等。
主要应用包括以下几个方面：（1）数据采集和监控：现场总线可以实现对工业设备的数据采集和监控，提高了生产过程的可靠性和效率。
现场总线与工业以太网-ProfiBus通讯技术
ProfiBus通讯技术的概述
1
类型
按传输速度分为ProfiBus DP、ProfiBus PA和ProfiBus FMS三种类型。
2
特点
传输距离长、接口方便、可靠性高、实时性好、适用性强。
3
应用领域
广泛应用于工业自动化、过程自动化以及工控网络。
现场总线和工业以太网的区别
1 支持的节点类型不同
ProfiBus适用于工厂自动化现场的传感器、执行机构等自动控制设备，而工业以太网适用 于计算机网络中的各种数据传输节点。
身技术的改进和完善，与现有工业控制网络 相结合，不断满足不同行业的自动化需求。
方便的接口
标准的RS-485接口易于连接和维护。
适用性强
适用于多种设备和场合，能适应多变的现场环 境需求。
ProfiBus在工业自动化中的应用
生产过程中的控制
ProfiBus应用广泛，如轨道交通信号控制系统，飞机 发动机控制系统，生产过程中的各种控制以及机器 人控制平台等。
物流行业中的应用
Proபைடு நூலகம்iBus应用在物流行业中，如卷烟机设备、包装设 备、包卷设备和输送带设备。
ProfiBus的未来发展趋势
1
实现更高速率
为满足控制网络不断提升的数据传输速度和容量需求，ProfiBus正在不断研发设计更高速率的 新产品，比如ProfiNet IOC。
2
支持IEEE 802标准
正在开发能够支持IEEE 802标准的ProfiBus产品，以增强ProfiBus网络兼容性和互操作性。
现场总线与工业以太网ProfiBus通讯技术
现场总线与工业以太网是工业自动化领域中最常见的现场通讯技术。本次演 示将深入探讨其中最前沿的ProfiBus通讯技术。
profibus总线概念
Profibus（Process Field Bus）是一种用于自动化和过程控制领域的现场总线协议，它是工业自动化领域中最常用的通信协议之一。
Profibus 旨在实现工业设备和系统之间的实时数据传输，用于监控、控制、诊断和配置各种设备，如传感器、执行器、PLC（可编程逻辑控制器）等。
以下是一些Profibus 总线的关键概念：总线拓扑结构：Profibus 支持多种拓扑结构，包括总线拓扑、星形拓扑和环形拓扑。
总线拓扑是最常见的，其中所有设备都连接到单个总线上。
物理层：Profibus 通信可以在不同的物理层上运行，包括RS-485、光纤和电缆。
这使得它适用于各种工业环境和距离要求。
数据传输速率：Profibus 支持多种数据传输速率，从9.6 kbps 到12 Mbps 不等，这取决于特定应用的需求。
帧结构：Profibus 帧包括头部、数据部分和尾部，其中包含了发送方和接收方的地址信息、控制信息以及数据内容。
帧结构的定义使得数据在总线上可以被准确地识别和解析。
主站和从站：在Profibus 网络中，有一个或多个主站（Master）负责控制通信，而其他设备则作为从站（Slave）响应主站的请求。
主站通常是控制系统或上级设备，而从站是各种传感器、执行器和外围设备。
通信协议：Profibus 支持多种通信协议，包括Profibus-DP（用于实时控制和数据交换）、Profibus-PA（用于过程自动化）和Profibus-FMS（用于制造过程管理系统）等。
诊断和监控：Profibus 提供了诊断和监控功能，可以用于检测网络故障、设备状态和通信问题。
这有助于维护人员及时识别和解决问题。
可扩展性：Profibus 是一个灵活的总线系统，可以根据需要扩展和定制。
新设备可以轻松添加到现有的Profibus 网络中，而不需要重大更改。
Profibus 通常用于工业自动化、制造业、工厂自动化、过程控制、建筑自动化和机器控制等领域。
PROFIBUS现场总线
RS-485总线段的结构
VP（6）
390Ohm
390Ohm
总线终端 电阻开关
220Ohm
220Ohm
390Ohm
……
390Ohm
DGND（5） 站点数 Max：32个
连接PROFIBUS电缆
1. 传输序列 半双工、异步、无间隙同步 NRZ（不归零）编码 1个字符祯 = 1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验
PROFIBUS第1层的另一种类型是通过光纤导体中光的 传输来传送数据。
站与站之间的距离最大到15km。 用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆。 玻璃光纤能处理的连接距离达到15km，而塑料光纤
只能达到80m（最新的塑料光纤能达到900m）。 距离较远或电磁干扰较大时使用。
4.2.3 光纤传输技术（用于DP和FMS） 1.总线导线 塑料纤维光纤，一般在百米以下使用 玻璃纤维光纤，一般在千米以下使用
光纤总线终端） 一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUS站或
一个RS-485段可以通过OBT连接到一个光纤电 路。
4.3 PROFIBUS的总线存取控制机制
PROFIBUS(DP、FMS、PA)均使用一致的总线存取协 议，通过模型的第2层来实现。
数据链路层(Fieldbus Data Link，FDL) ：保证数 据可靠性技术、传输协议和报文处理。
PROFIBUS-PA的数据传输
4.2.2 用于PA的IEC61158-2传输技术 2. 传输电缆 采用屏蔽/非屏蔽双绞线 4种电缆类型 总线长度：200-1900米
3. PA的总线连接
4. 拓扑结构
Profibus-PA的网络拓扑 树型、总线型和混合型
浅析profibus现场总线的应用
浅析profibus现场总线的应用计算机技术, 网络技术和数字通信技术的迅速发展引起了工业自动控制系统结构的巨大变化。
Profibus作为一种由智能化设备组成的计算机网络，近年来，凭借其独特的优势已成为自动控制领域研究的热点，应用于众多领域。
在我国冶金工艺中，profibus现场总线主要应用在炼焦配煤优化系统、焦炉加热计算机控制及管理系统、烧结过程智能控制管理系统、烧结终点判断与智能控制系统、炼铁优化专家系统、高炉人工智能系统中，通过对这些子系统的控制，确保了整个冶金工作的自动化流程的实现。
1Profibus现场总线简介随着自动化工业发展，总线分布式机械臂控制系统在工业生产得到了广泛的应用，随着机器人自动化程度的提高，控制技术逐步增大，在工业生产环节的机械臂操作需要多个机械臂的相互协调工作，操作之间的机械需要总线控制，采用机器人实现流水工作，可以有效解决生产精密设备的工作，总线控制技术在工业控制中得到广泛应用，网络通信与信息管理在机器人工业控制中得到了应用，将分散测控设备组合成变成网络节点，融合成总线通信网络，实现设备之间的有效沟通信息、完成自控工作的网络系统与控制系统，CAN总线分布式机械臂控制是一种有效的实时控制，串行通信网络，具有性能搞、可靠强、实时交互便利的特点，被广泛用于控制系统中机械设备之间的数据通信与自动化仪器控制，主要考虑将高速实时处理与分布式工业控制领域中的高可靠性相结合。
PR0FIBUS现场总线是以开放式系统互联网络作为参考模型，采用的是德国国家标准DIN19245和欧洲EN50170现场总线标准，定义了物理传输特性、总线取协议和应用功能的一种计算机网络系统，由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、和PROFIBUS-FMS三个兼容部分组成。
Profibus-DP是一种高速低成本通信, 用于设备级控制系统与分散的I/O形式的通信；Profibus-PA是专为过程控制自动化设计的, 将传感器和执行机构接到一根总线上, 并具有本质安全规范，Profibus-FMS是具有令牌结构的监控网络、具有实时多主的特征。
PROFIBUS现场总线介绍
PROFIBUS现场总线介绍
1.灵活性：PROFIBUS总线可以适用于各种不同的应用领域，包括制
造业、过程工业和建筑自动化等。
它可以连接多种类型的设备，如传感器、执行器、变频器等，灵活适配不同的现场设备。
2. 实时性：PROFIBUS总线的通信速度可以达到12 Mbps，能够满足
实时控制和数据传输的需求。
它具有低延迟和高响应性，适用于需要快速
响应的应用场景。
3.可靠性：PROFIBUS总线采用了差分传输技术和冗余机制，可以有
效抵抗干扰和噪声，提高通信的可靠性和稳定性。
它还具有故障检测和诊
断功能，可以及时发现和排除故障，保证系统的稳定运行。
4.易于集成：PROFIBUS总线可以轻松集成到现有的控制系统中，同
时也支持与其他通信网络的互连。
它提供了标准的数据交换和通信协议，
方便各种设备之间的互联和数据共享。
5.可扩展性：PROFIBUS总线可以支持多达126个从站设备，同时也
支持多个主站的配置。
这使得它能够适应不同规模和复杂度的现场自动化
系统，方便系统的扩展和升级。
在现场总线系统中，PROFIBUS总线还有两种主要的变种，即PROFIBUSDP和PROFIBUSPA。
总的来说，PROFIBUS是一种功能强大、性能优越的现场总线系统，
能够提供可靠的数据传输和实时控制功能。
它广泛应用于各种工业自动化
和过程控制领域，在提高生产效率和降低成本方面发挥了重要作用。
现场总线(Field bus)
PROFIBUS应用
• 2.车间监控层
• 车间级监控用来完成车间中生产设备之间的连接，如一个车间三条生产 线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。车间级监控包括生产设 备状态在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具有诸如生产统计、 生产调度等车间级生产管理功能。车间级监控通常要设立车间监控室， 在操作员工作站及打印设备上。车间级监控网络可采用Profibus-FMS， 它是一个多主网络，在这一级，数据传输速度不是最重要的，而是要能 够传送大容量信息。
谢谢
部分应用实例
• PROFIBUS 在电力行业最典型的应用是德国尼德豪森电厂 2X950MW 机组的DCS 系统。德国尼德豪森电厂隶属于德国RWE 电力 公司，该电厂K 机组采用了热电联产方式，总出力达到1012MW，由于 采用了过程优化技术，整个机组的效率达到了45%。K 机组为超超临界 机组，主汽温度为580℃，主汽压力达到27MPA。整个机组的DCS 系统 中由于采用了PROFIBUS 现场总线技术，实现了现场设备智能化，设备 状态和状态信息都能通过总线传输到DCS 系统中，是目前全球范围智能 化程度最高，采用总线技术最全面，装机容量最大的机组。 • 除了尼德豪森电厂外，还有德国曼海姆电厂DCS 系统采用 PROFIBUS 总线， 柏林北部电厂DCS 系统采用PROFIBUS 总线，慕尼 黑电厂DCS 系统采用PROFIBUS总线，礼克林豪森电厂DCS 系统采用 PROFIBUS 总线等很多国外电厂的DCS 系统都采用了PROFIBUS 总线 结构。 • 在国内电力系统中也有很多应用，如江苏夏港电厂DCS系统采用 PROFIBUS 总线，韩峰电厂DCS 系统采用PROFIBUS 总线，山东莱程 电厂DCS 系统以及华能玉环电厂主厂房外补给水系统均采用了 PROFIBUS-DP 总线结构。
现场总线技术-4-Profibus
Pressure
Temperatur e Leve
l
4.2.3 光纤传输技术（用于DP和FMS）
PROFIBUS第1层的另一种类型是通过光纤导体中光的
传输来传送数据。
站与站之间的距离最大到15km。 用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆。 玻璃光纤能处理的连接距离达到15km，而塑料光纤
连接PROFIBUS电缆
1. 传输序列
半双工、异步、无间隙同步 NRZ（不归零）编码 1个字符祯 = 1个起始位、8个数据位、1个奇偶校验
位、1个停止位
二进制 “1” 对应于RXD/TXD-P线上的正电位，而在
RXD/TXD-N线上为负电位
各报文之间的空闲（idle）状态对应于二进制的
4种电缆类型
总线长度：200-1900米
3. PA的总线连接
4. 拓扑结构 Profibus-PA的网络拓扑
树型、总线型和混合型
4. 拓扑结构
树型结构是典型的现场安装技术，现场分配
器负责连接现场设备与主干总线，所有连接 在现场总线上的设备通过现场分配器进行并 行切换。
4.2.1 用于DP和FMS的RS-485传输技术
4.2.2 用于PA的IEC61158-2传输技术
4.2.3 光纤传输技术
4.2.1 用于DP和FMS的RS-485传输技术
Profibus最常用的传输技术 采用屏蔽双绞电缆连接（符合EIA RS-485标准)
总线段的两端各有一个终端器
现场 设备 I 控制室 现场 多路分配 器 I IEC61158-2 I 现场设备 终端电阻 非本质安全区 本质安全区 PROFIBUS-PA/ 终端电阻 I 现场 设备 I 现场 设备
PROFIBUS现场总线介绍
3. 适应本质安全区的安装。
12
4. 更高的安全性与有 效性。
5. 开放的国际标准， 投资安全。
13
有效性： 高速通信、GSD文件、行规等；
14
技术指标
DP/FMS的RS485传输技术。 PA采用IEC1158-2传输技术。 光纤（FO）传输技术。
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DP/FMS传输速率
9.6Kbit/s~12Mbit/s之间。
• 简介 • 特点
• 技术指标 • 实现方法
PROFIBUS 现场总线介绍
PROFIBUS 1
由来
2
PROFIBUS国际组织(PI)现状
3
4
应用范围
5
协议特征
6
7
8
9
1. 规化、设计、安装简单，从而使 得这方面的成本降低很多。
特 点
10
2. 由于集中组态，建立系统简单，因此也便 于维护工作，从而节省许多维护费用，降 低了总体成本。
了解并用程序实现之； 5. 搭建一个调试与测试平台，需要有PROFIBUS 配置
有关的技术基础。
优缺点：优点是无需了解太多的PROFIBUS协议的细节； 成本
相对较高；缺点是开发周期与产品成本较高。
21
单片 机加
软件 技术局限性：
方案
1. 最高达12MBPS较难实现； 2. 字符无间应无空闲时间、最大应答时间、
主从备，总线上站点数最多为126。
诊断功能。
标准化GSD文件。
第三方产品的互操作性。
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传输技术的比较
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பைடு நூலகம்
实现方法
18
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RSIC
解 决 方 案
现场总线PROFIBUS技术要点
现场总线PROFIBUS技术要点2.1 PROFIBUS概貌(1) PROFIBUS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。
(2) PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA(Process Automation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。
(3) PROFIBUS-DP：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可取代办24VDC或4-20mA信号传输。
(4) PROFIBUS-PA：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。
(5) PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。
(7) PROFIBUS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。
2.2 PRFIBUS基本特性2.2.1 PROFIBUS协议结构PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-SIO）作为参考模型的。
该模型共有七层，如下图2-1所示：图2-1：PROFIBUS协议结构(1) PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。
第三到七层未加描述。
用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
(2) PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口（Lower Layer Interface-LLI）。
PROFIBUS总线技术
二、 PROFIBUS-DP通信协议
❉ PROFIBUS-DP的数据链路层
2.系统结构
一个DP系统既可以是一个单主站结构，也可以是一个多主站结构。主站和 从站采用统一编址方式，可选用0~127共128个地址，其中127为广播地址。一个 PROFIBUS-DP网络最多可以有127个主站，在应用实时性要求较高时，主站个数一 般不超过32个。
2）PROFIBUS-PA：对于安全性要求较高的场合，制定了PROFIBUS-PA协议， PA具有本质安全特性，它实现了IEC6ll58-2规定的通信规程。
3）PROFIBUS-FMS：它的设计旨在解决车间一级通用性通信任务，FMS提供 大量的通信服务，用以完成以中等传输速率进行的循环和非循环的通信任务。
二、 PROFIBUS-DP通信协议
❉ PROFIBUS-DP的数据链路层
3.总线访问控制
PROFIBUS-DP系统的总线访问控制要保证两个方面的需求：一方面，总线主 站节点必须在确定的时间范围内获得足够的机会来处理它自己的通信任务；另一 方面，主站与从站之间的数据交换必须是快速且具有很少的协议开销。
PROFIBUS-DP主要的传输介质有屏蔽双绞线和光纤两种，目前 屏蔽双绞线以其简单、低成本、高速率等特点成为市场主流。
二、 PROFIBUS-DP通信协议
❉ PROFIBUS-DP的物理层
1.拓扑结构
PROFIBUS-DP的拓扑结构主要有总线型和树型两种。
（1）总线型拓扑结构 PROFIBUS 系统是一个两 端有
谢谢！
通信速率 9.6kbit/s 19.2kbit/s 45.45kbit/s 93.75kbit/s 187.5kbit/s 500kbit/s 1.5Mbit/s 3Mbit/s 6Mbit/s 12Mbit/s
PROFIBUS-DP现场总线技术
PROFIBUS-DP现场总线技术PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）是德国西门子（Siemens）公司于1992年发布的工业自动化现场总线协议，该协议通常用于自动化控制领域中，用于实现控制器与现场设备（如传感器、执行机构等）的通讯。
PROFIBUS-DP技术结构PROFIBUS-DP是一个基于Master/Slave的现场总线，其技术结构由Master站和Slave站组成。
Master站负责控制和管理总线上的所有Slave站，并且可以向Slave站发送指令；Slave站则负责将现场设备的状态信息发送给Master站，或根据Master站的指令进行相应的控制。
此外，PROFIBUS-DP的技术结构中还包括总线的物理层、数据链路层和应用层。
总线的物理层：PROFIBUS-DP支持RS485和光纤等多种物理媒介，其中最常用的是RS485。
数据链路层：数据链路层负责控制数据帧的传输，为数据传输提供错误检测和纠正机制。
PROFIBUS-DP的数据链路层支持多种传输速率，包括9.6kbit/s、19.2kbit/s、45.45kbit/s、93.75kbit/s和187.5kbit/s等。
应用层：应用层定义了Master和Slave之间的通讯规范和数据格式。
PROFIBUS-DP的应用层支持多种通讯方式，包括请求/响应、发布/订阅等，同时支持多种数据格式，包括二进制、十进制、浮点数等。
PROFIBUS-DP的特点1.速度快PROFIBUS-DP最高速度可达到12Mbit/s，远高于一般总线（如Modbus、CAN等）的速度。
2.可靠性高PROFIBUS-DP采用了多级校验、纠错和恢复机制，可以保障数据传输的准确性和可靠性。
3.灵活性好PROFIBUS-DP支持多种物理媒介、多种传输速率和多种通讯方式，为不同的应用场景提供了灵活的选择。
4.易于操作和维护PROFIBUS-DP的硬件和软件都是标准化的，操作和维护相对简单方便。
现场总线技术
现场总线技术简介：文章介绍了现场总线技术的发展过程，分析了现场总线技术的特点及其优点，介绍了几种典型的总线技术，并对总线技术的发展趋势做了展望。
关键字：现场总线技术现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。
它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。
它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。
这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。
现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点 :具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。
由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。
一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。
人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。
现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。
可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。
现场总线技术及应用课件：Profibus总线
Profibus总线
能力目标 (1) 掌握PLC和其他设备Profibus DP通信的建立方法。 (2) 掌握Profibus DP通信组态时的易错问题。
Profibus总线
5.1 Profibus总线概述
5.1.1 Profibus总线简介 Profibus是西门子公司的现场总线标准，它是Process
Fieldbus的缩写。目前，它是在国内应用范围最广的现场总 线，尤其是Profibus DP在国内工厂自动化和流程自动化的占 比非常高。Profibus现场总线接线简单，通信速度高，通信 过程稳定，西门子的PLC加上Profibus DP的通信协议几乎是 所有工业现场的首选，再加上后来的Profinet工业以太网协 议，它们都获得了设计人员、操作人员的广泛认可。
Profibus总线
Profibus包含Profibus DP、Profibus FMS和Profibus PA， 以及后来推出的Profidrive、Profisafe、Profinet等，它们囊括 了车间级和现场级的应用层次。
Profibus DP设计用于设备级应用，它主要用于完成PLC、 传感器、执行器(电机、电磁阀等)的通信任务，通信速度最 高可达12 Mb/s。Profibus DP包含了DP V0、DP V1和DP V2 三个版本，是目前国内应用最多的通信协议。本章实验也是 以Profibus DP为例。
Profibus总线
Profibus总线
5.1 Profibus总线概述 5.2 西门子S7-300 PLC与施耐德ATV930变频 器的Profibus DP通信 小结 思考与习题
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现场总线（PROFIBUS）技术简介摘要：本文详细的介绍PROFIBUS的概念以及相关的基础知识。
内容：第一章：现场总线技术及PROFIBUS1.1 现场总线技术的由来1.1.1 CIMS体系结构及工业数据结构的层次划分根据工厂管理、生产过程及功能要求，CIMS体系结构可分为5层，即工厂级、车间级、单元级、工作站级和现场级。
简化的CIMS则分为3层，即工厂级、车间级和现场级。
在一个现代化工厂环境中，在大规模的工业生产过程控制中，工业数据结构同样分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。
如图1-1所示。
图1-1：简化的CIMS网络体系结构1.1.2 现场级与车间级自动化监控及信息集成是工厂自动化及CIMS不可缺少的重要部分。
现场级与车间级自动化监控及信息集成系统主要完成底层设备单机控制、连机控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能，保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备生产及运行数据信息传送到工厂管理层，向工厂级MIS系统数据库提供数据。
同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之。
因此，现场级与车间级监控及信息集成系统是实现工厂自动化及CIMS系统的基础。
1.1.3 传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统（包括：基于PC、PLC、DCS 产品的分布式控制系统），其主要特点之一是，现场层设备与控制器之间的连接是一对一（一个I/O点对设备的一个测控点）所谓I/O接线方式，信号传递4-20mA（传送模拟量信息）或24VDC（传送开关量信息）信号。
如图1-2所示：图1-2：传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统1.1.4 系统主要缺点（1）信息集成能力不强：控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4-20mA 模拟量信号或24VDC等开关量信号，并以此监控现场设备。
这样，控制器获取信息量有限，大量的数据如设备参数、故障及故障纪录等数据很难得到。
底层数据不全、信息集成能力不强，不能完全满足CIMS系统对底层数据的要求。
（2）系统不开放、可集成性差、专业性不强：除现场设备均靠标准4-20mA/24VDC连接，系统其它软、硬件通常只能使用一家产品。
不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差。
这种系统很少留出接口，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，面向行业的监控系统很少。
（3）可靠性不易保证：对于大范围的分布式系统，大量的I/O电缆及敷设施工，不仅增加成本，也增加了系统的不可靠性。
（4）可维护性不高：由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能不强。
另一方面也很难完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。
1.1.5 现场设备的串行通信接口是现场总线技术的原形由于大规模集成电路的发展，许多传感器、执行机构、驱动装置等现场设备智能化，即内置CPU控制器，完成诸如线性化、量程转换、数字滤波甚至回路调节等功能。
因此，对于这些智能现场设备增加一个串行数据接口（如RS-232/485）是非常方便的。
有了这样的接口，控制器就可以按其规定协议，通过串行通信方式（而不是I/O 方式）完成对现场设备的监控。
如果设想全部或大部分现场设备都具有串行通信接口并具有统一的通信协议，控制器只需一根通信电缆就可将分散的现场设备连接，完成对所有现场设备的监控，这就是现场总线技术的初始想法。
1.2.4 现场总线技术的产生基于以上初始想法，使用一根通信电缆，将所有具有统一的通信协议通信接口的现场设备连接，这样，在设备层传递的不再是I/O（4-20mA/24VDC）信号，而是基于现场总线的数字化通信，由数字化通信网络构成现场级与车间级自动化监控及信息集成系统。
1.2 现场总线技术概念1.2.1 现场总线技术目前，公认的现场总线技术概念描述如下：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。
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。
1.2.2 现场总线技术产生的意义（1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。
现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。
（2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的“信息孤岛”，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。
（3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。
在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。
1.2.3 基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统基于现场总线技术的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统如图1-3所示：图3：基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统1.2.4 基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点（1）增强了现场级信息集成能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。
现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4-20mA信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。
系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。
（2）开放式、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。
系统为开放式，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控系统。
（3）系统可靠性高、可维护性好基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素。
同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。
（4）降低了系统及工程成本对大范围、大规模I/O的分布式系统来说，省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。
1.3 现场总线标准现场总线技术得以实现的一个关键问题，是要在自动化行业中形成一个制造商们共同遵守的现场总线通信协议技术标准，制造商们能按照标准生产品，系统集成商门能按照标准将不同产品组成系统。
这就提出了现场总线标准的问题。
国际上著名自动化产品及现场设备生产厂家，意识到现场总线技术是未来发展方向，纷纷结成企业联盟，推出自己的总线标准及产品，在市场上培养用户、扩大影响，并积极支持国际标准组织制定现场总线国际标准。
能否使自己总线技术标准在未来国际标准中占有较大比例成份，关系到该公司相关产品前途、用户的信任及企业的名誉。
而历史经验证明：国际标准都是采用一个或几个市场上最成功的技术为基础。
因此，各大国际公司在制定现场总线国际标准中的竟争，体现了各公司在技术领先地位上的竞争，而其最终还是要归结到市场实力的竞争。
据说目前国际上现有各种总线及总线标准不下二百多种。
具有一定影响和已占有一定市场份额的总线有如下几种：1.3.1 PROFIBUS现场总线1996年3月15日批准为欧洲标准，即DIN 50170 V.2。
PROFIBUS产品在世界市场上已被普遍接受，市场份额占欧洲首位，年增长率25%。
目前支持PROFIBUS标准的产品超过1500多种，分别来自国际上250多个生产厂家。
在世界范围内已安装运行的PROFIBUS设备已超过200万台，到1998年5月，适用于过程自动化的PROFIBUS-PA仪表设备在19个国家的40个用户厂家投入现场运行。
1985年组建了PROFIBUS国际支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用户组织（PNO）。
目前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织，企业会员近650家。
1997年7月组建了中国现场总线（PROFIBUS）专业委员会，并筹建现场总线PROFIBUS产品演示及认证的实验室。
PROFIBUS主要应用领域有：。
制造业自动化：汽车制造（机器人、装配线、冲压线等）、造纸、纺织。
过程控制自动化：石化、制药、水泥、食品、啤酒。
电力：发电、输配电。
楼宇：空调、风机、照明。
铁路交通：信号系统1.3.2 FF现场总线1994年由ISP 基金会和World FIP(北美)两大集团合并成立FF基金会，其宗旨在于开发出符合IEC和ISO标准的、唯一的国际现场总线（Fundation Fieldbus）。
低速总线（H1）协议已于1996年发表。
已完成开发的高速总线（H2）拟于1998年内表。
1997年5月建立了中国现场总线（FF）专业委员会，并筹建FF现场总线产品认证中心。
目前，FF现场总线的应用领域以过程自动化为主。
如：化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。
1.3.3 LONWORKS总线LONWORKS现场总线全称为LONWORKS NetWorks,即分布式智能控制网络技术，希望推出能够适合各种现场总线应用场合的测控网络。
目前LONGWORKS应用范围广泛，主要包括工业控制、楼宇自动化、数据采集、SCADA系统等。
国内主要应用于楼宇自动化方面。
1.3.4 CANBUS现场总线CANBUS现场总线已由ISO/TC22技术委员会批准为国际标准IOS 11898（通讯速率小于1Mbps）和ISO 11519（通讯速率小于125Kbps）。
CANBUS主要产品应用于汽车制造、公共交通车辆、机器人、液压系统、分散型I/O。
另外在电梯、医疗器械、工具机床、楼宇自动化等场合均有所应用。
1.3.5 WorldFIP现场总线90~91年FIP现场总线成为法国国家安全标准。
96年成为欧洲标准（EN 50170 V.3）。
下一步目标是靠近IEC标准，现在技术上已做好充分准备。
WorldFIP国际组织在北京设有办事处，即WorldFIP中国信息中心，负责中国的技术支持。
WorldFIP现场总线采用单一总线结构来适应不同应用领域的需求，不同应用领域采用不同的总线速率。