PROFIBUS现场总线介绍
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概述与应用
PROFIBUS概述与应用一、PROFIBUS的概述1 PROFIBUS现场总线技术的产生早在 20 世纪80年代中期，国外就提出了现场总线，但研究工作进展缓慢，且没有国际标准可以遵循。
直到1984 年，美国仪表协会（ISA ）下属的标准与实施组工作中的 ISA/SP50开始制订现场总线的标准。
1985 年国际电工委员会决定由 Proway Working Group负责现场总线体系结构与标准的研究工作。
1986 年德国开始制订过程现场总线（Process Fieldbus ）标准，简称为 PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制订和产品开发的序幕。
PROFIBUS 现场总线技术是德国国家科学技术部审视了数字技术发展的必然趋势以及德国工业经济对自控技术的需要，特别在规范化和开放性方面的要求，把它列为德国的国家科技研究项目，从1987 年开始集中了SIEMENS 等13 家公司和5家研究所的力量，按照ISO （国际标准化组织）OSI （开放系统互连参考模型）参考模型开始研究制订现场总线的德国国家标准。
经过两年多的努力，终于完成了制订工作，并于1989年4 月在DIN19245 中发表，成为德国国家现场总线标准。
同年12月一些自愿地在其产品中采用PROFIBUS标准的企业组成用户组织（PNO ），从而使这项标准得到进一步完善，相应的产品也不断地被开发、推广和应用。
1995 年PROFIBUS国际组织（PI）成立，1996年6月PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP 被批准为欧洲现场总线标准 EN50170 V.2,1998年PROFIBUS-PA被批准纳入EN50170 V.2,1999年成为国际标准IEC61158的组成部分。
PROFIBUS 现场总线技术是德国国家科学技术部审视了数字技术发展的必然趋势以及德国工业经济对自控技术的需要，特别在规范化和开放性方面的要求，把它列为德国的国家科技研究项目，从 1987 年开始集中了SIEMENS 等13 家公司和5家研究所的力量，按照 ISO （国际标准化组织）OSI （开放系统互连参考模型）参考模型开始研究制订现场总线的德国国家标准。
Profibus现场总线
• • • • • •
④． 电缆：双绞线，屏蔽式或非屏蔽式。 ⑤． 远程电源供电：可选附件，通过数据线。 ⑥． 防爆型：能进行本征及非本征安全操作。 ⑦． 拓扑：线型或树型，或两者相结合。 ⑧． 站数：每段最多32个，总数最多为126个。 ⑨． 中继器：最多可扩展至4台。
• 4．IEC1158传输设备安装要点 • （1）分段耦合器将IEC1158－2传输技术总线段与 RS－485传输技术总线段连接。耦合器使RS－485 信号与IEC1158－2信号相适配。它们为现场设备 的远程电源供电，供电装臵可限制IEC1158－2总 线的电流和电压。
• （6） RS－485传输技术的PROFIBUS网络最好使用 9针D型插头。 • （7） 当连接各站时，应确保数据线不要拧绞， 系统在高电磁发射环境（如汽车制造业）下运行 应使用带屏蔽的电缆,屏蔽可提高电磁兼容性（ EMC）。 • （8） 如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保 护接地连接，并通过尽可能的大面积屏蔽接线来 复盖，以保持良好的传导性。另外建议数据线必 须与高压线隔离。 • （9） 超过500K bit/s的数据传输速率时应避免使 用短截线段，应使用市场上现有的插头可使数据 输入和输出电缆直接与插头连接，而且总线插头 连接可在任何时候接通或断开而并不中断其它站 的数据通信。
• PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP、 PROFIBUS－PA、PROFIBUS-FMS 。主要使用主-从方 式，通常周期性地与传动装臵进行数据交换。 • 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24VDC或4－20mA信号传输。 •
• 耦合器或链接器用于各种传输技术之间的转换。 • 3、应用行规 • 描述与所使用的传输技术相一致的通信协议的内 部活动。最重要的：PA行规。 • Profibus 是一种多主站系统，可以实现多个控制、 配臵或可视化系统在一条总线上相互操作。拥有 访问权 ( 令牌 ) 的主站无需外部请求就可以发 送数据。而从站是一种被动设备，不享有总线访 问权。从站只能对接收到的消息进行确认，或者 在主站请求时进行发送。波特率支持 9.6k 至 12M 。总线上最多可连接 126 个设备。 Profibus 也支持广播和多点通讯。
Profibus现场总线
PROFIBUS简介
PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是面向工厂自动化和流程自动化的 一种国际性的现场总线标准。
PROFIBUS被广泛的应用于制造自动化、过程自动化、楼宇自动化、交通管 理自动化、电子工业和电力输送等行业。
PROFIBUS技术的发展经历了如下过程:
因此，可以毫不夸张地说，采用PROFIBUS 现场总线的一 代过程控制系统必将成为保证电厂安全可靠运行的生力军
谢谢！
智能站间的通信
PROFIBUS的总线存取控制机制
一、概述
1、基本特性 • DP、FMS、PA等3种均使用一致的总线存取协议。 • 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。 • 介质存取控制(Medium access controI,MAC)具体控制数据传输程序， 确保任何时刻只有一个站点发送数据。 2、PROFIBUS协议满足介质控制的2个基本要求： 1)复杂系统(主站)间的通信，须保证限定时间间隔中，任一个站点要有 足够时间完成通信任务。
为解决车间级通用性通讯任务、提供大量通讯服务、完成 中等传输速率的环与非循环通讯任务而设计的
• PROFIBUS-PA（Progress Automation 过程自动化）
专门为过程自动化而设计的
PROFIBUS通பைடு நூலகம்模型
PROFIBUS通讯模型
• PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层 （物理层）和第2层（数据链路层），其中FMS还采
PROFIBUS的三个子集：
• PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery 分散外 围设备）
第讲PROFIBUS现场总线
概述
1、PROFIBUS-DP
DP—— Decentralized Periphery 〔分布式外围设备〕.
是一种高速低本钱通信，即插即用， 最高传输速率12Mbps，用于中央控制 器〔PLC、PC〕与分散的现场设备 〔如I/O、阀门、驱动器等〕的通信。 使用PROFIBUS-DP可取代24VDC信 号传输。
主动站、主设备
PC
PLC
PROFIBUS
被动站、从设备
协议
四、总线访问协议的特点(1)
1、混合总线访问协议 主站间的逻辑令牌环 主从站间的主从协议
2、主站 主动站在一个限定时间内 (Token Hold Time) 对总线有控制权
3、从站 从站只是响应一个主站的请求，它们对总线 没有控制权
PLC
PLC / PC
e.g., I / O
协议
四、总线访问协议的特点〔2〕
4、主站或从站可以在任何时间点接入或断开。FDL 将自动地重新组织令 牌环。
5、令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务。因此，用 户必须计算全部目标令牌环时间 (TTR)。
6、总线访问协议有能力发现有故障的站、失效的令牌、重复的令牌、传 输错误和其他所有可能的网络失败。
概述
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
变送器
H1
概述
PROFIBUS-FMS 的特点:
[现场总线]PROFIBUS–DP解析
![[现场总线]PROFIBUS–DP解析](https://img.taocdn.com/s3/m/cb7c3a1d5f0e7cd184253672.png)
GSD文件可分为三个部分：
（1）总规范：包括了生产厂商和设备名称．硬件和软件版本．波特率．监视时间间隔．总线插头指定信号。
（2）与DP有关的规范：包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数．上装／下装能力。
（3）与DP从站有关的规范：包括了与从站有关的一切规范，如输入／输出通道数．类型．诊断数据等。
①传输技术：RS－485双绞线．双线电缆或光缆。波特率从9.6K bit/s到12M bit/s。
②总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主－从传送。支持单主或多主系统。总线上最站点（主－从设备）数为126。
③通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主－从用户数据传送和非循环主－主数据传送。
2.扩展DP功能
DP扩展功能是对DP基本功能的补充，与DP基本功能兼容。
（１） DPM1与DP从站间非循环的数据传输。
（２） 带DDLM读和DDLM写的非循环读／写功能，可读写从站任何希望数据。
（３） 报警响应，DP基本功能允许DP从站用诊断信息向主站自发地传输事件，而新增的DDLM－ALAM－ACK功能被用来直接响应从DP从站上接收的报警数据。
[现场总线]PROFIBUS–DP解析
１．PROFIBUS –DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。
（本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高．压力过低。
（模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。
（通过诊断操作：一个单独输入／输出位的故障。
PROFIBUS 现场总线
PROFIBUS 现场总线一、PROFIBUS 现场总线概述PROFIBUS (Process Fieldbus的缩写)是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。
它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他自动化领域。
二、PROFIBUS的通信模型PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第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）,另外增加了用户层。
PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS的第1层和第2层相同，PROFIBUS-FMS有第7层，PROFIBUS－DP无第7层。
PROFIBUS－PA有第1层和第2层，但与DP/FMS有区别，无第7层。
PROFIBUS通信模型三、协议通信方法PROFIBUS提供了三种通信协议类型：DP、FMS和PA。
1、PROFIBUS－DPPROFIBUS－DP通信协议定义了第1层、第2层和用户接口层，未定义第3层到第7层，这种精简的结构确保了数据传输的高速有效。
直接数据链路映象（DDLM，direct data link mapper）提供了访问第2层的用户接口，用户接口规定了用户和系统以及各类设备可以调用的应用功能，并描述了各种设备的设备行为。
物理层采用RS—485传输技术或光纤传输技术。
DP协议的用户层包括DP基本功能、DP扩展功能和DP行规。
2、PROFIBUS－FMSPROFIBUS－FMS通信协议定义了第1层、第2层和第7层，第7层又分为现场总线报文规范（FMS，fieldbus message specification）和低层接口（LLI，lower layer interface）。
FMS包括了应用协议并向用户提供通信服务。
LLI协调不同的通信关系，并向FMS提供不依赖于设备的对第2层的访问接口。
第2层现场总线数据链路（FDL，fieldbus data link）用于完成总线访问控制及保证数据的可靠性。
ProfiBus现场总线标准
7
PROFIBBUS PA
8
Level of Data Integration
信息
Open
现场设备层
Modular
控制层
Embedded
设备层
车间监控
企业管理
9
PROFIBUS技术的发展
PROFIBUS技术的发展经历了如下过程: 1986年由德国SIEMENS公司等13家企业和5家研究
机构联合开发（来源于Foundation Fieldbus）； 1989年成为德国工业标准DIN19245； 1996年成为欧洲标准EN50160V.2(PROFIBUS-
由于西门子公司大力推广，市场占有率为首位。
来源于FF，有众多控制设备生产厂商支持,兼容性强。
6
PROFIBUS技术的发展
在最初的几年，PROFIBUS发展的重点 在于通信技术而现在侧重于系统集成和系 统工程等方面，尤其是侧重于应用行规的 研究开发。这些行规使PROFIBUS 成为唯 一能够全面覆盖工厂自动化和过程自动化 应用的现场总线。
4.2 PROFIBUS家族及其应用
20
PROFIBUS家族成员
IEC61784“工业控制系统中与现场总线有关的连续和分散制 造业中用行规（profile）集”中规定，PROFIBUS家族被定为 CPF3（Communication pro），家族3又被细分为3种类型：
2007.2 V2.0
现场总线技术及应用教程 Copyright by Wang Yonghua
5
作为众多现场总线家族的成员之一，ProfiBus是在 欧洲工业界得到最广泛应用的一个现场总线标准，也 是目前国际上通用的现场总线标准之一。
ProfiBus是属于单元级、现场级的SIMITAC网络， 适用于传输中、小量的数据。
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现场总线的通信原理
PROFIBUS现场总线的通信原理PROFIBUS是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议，它具有高可靠性、高性能和广泛适应性的特点。
PROFIBUS采用串行通信方式，在现场设备和控制器之间传输数据，支持实时控制、远程诊断和设备管理等功能。
下面将详细介绍PROFIBUS的通信原理。
首先，PROFIBUS采用主-从式通信结构，主站负责组织和控制整个网络，从站负责接收和响应主站的指令。
主站可以是一个控制器，例如PLC或DCS；从站则是各种各样的现场设备，例如传感器、执行器和驱动器等。
通信过程中，主站发送指令和请求给从站，从站根据指令执行相应的操作，并将结果返回给主站。
主站可以使用轮询方式和点对点通信方式与从站进行通信。
在轮询方式中，主站按照一定的顺序逐个轮询从站，发送指令并接收响应。
在点对点通信方式中，主站直接与一些从站进行通信，这种方式适用于需要快速响应的实时控制应用。
PROFIBUS的通信过程分为数据通信和配置通信两个阶段。
在数据通信阶段，主站发送数据给从站，从站执行相应的操作并返回数据。
数据通过物理层的电缆线路传输，可以采用不同的物理层介质，例如RS485、Fiber Optic和PROFIBUS PA等。
在数据传输过程中，PROFIBUS使用分段传输技术将数据按照帧的形式进行传输，每个帧包括起始码、帧头、数据域、CRC校验和帧尾等字段。
在配置通信阶段，主站与从站进行参数的配置和诊断信息的交换。
主站可以配置从站的通信地址、数据传输速率和通信周期等参数，从而实现对从站的管理和控制。
主站还可以向从站发送诊断命令，获取从站的运行状态和故障信息，实现设备的远程诊断和维护。
为了保证通信的可靠性和实时性，PROFIBUS采用了一系列的通信协议和机制。
例如，PROFIBUS DP（Decentralized Peripherals）协议用于高速数据传输；PROFIBUS PA（Process Automation）协议用于现场仪器设备的连接和控制；PROFIsafe协议用于安全相关的应用；PROFIenergy 协议用于能源管理等。
现场总线(PROFIBUS)技术简介
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。
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。
PROFIBUS现场总线
4.2 PROFIBUS-DP的通信协议
一、 PROFIBUS-DP的物理层（RS-485） 1. 拓扑结构 （1）总线型拓扑结构
4.2 PROFIBUS-DP的通信协议
总线终端器
4.2 PROFIBUS-DP的通信协议
（2）树型拓扑结构
4.2 PROFIBUS-DP的通信协议
2. 电特性 v 将NRZ位编码与RS-485信号结合； v PROFIBUS-DP需要总线终端器 ； v 支持9.6kbps、19.2 kbps 、93.75 kbps 、187.5
（4）软件编程 控制要求： v 触摸屏中启动按钮按下时，S7-300 PLC控制 RTU数字量输出为ON，触摸屏中指示灯点亮； v 触摸屏中停止按钮按下时， S7-300 PLC控制 RTU数字量输出为OFF，触摸屏中指示灯熄灭； v 触摸屏中I/O域输入给定值时，S7-300 PLC控制 RTU模拟量输出变化，触摸屏中输出值I/O域值 也跟随变化。
工业控制网络
第4章 PROFIBUS现场总线
4.1 PROFIBUS概述 4.2 PROFIBUS-DP的通信协议 4.3 PROFIBUS-DP设备简介 4.4 PROFIBUS-DP系统
4.1 PROFIBUS概述
一、PROFIBUS简介
4.1 PROFIBUS概述
二、PROFIBUS的通信参考模型
4.4 PROFIBUS-DP系统
PLC梯形图程序
3. S7-300 PLC的存储区
4.3 PROFIBUS-DP设备简介
二、远程I/O 远程IO是为了解决远距信号传递而发展起
来的区别于集中式控制的一种I/O系统。 1．西门子ET200M 模块化设计，兼容S7-300 I/O模块。
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。
15
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。
16
传输技术的比较
17
பைடு நூலகம்
实现方法
18
19
RSIC
解 决 方 案
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
第4章 PROFIBUS现场总线
10/67
第4章
PROFIBUS现场总线
4.2.2 PROFIBUS-FMS的协议结构
PROFIBUS-FMS使用了第1层、第2层和第7层。应用层（第7层 ）包括FMS（现场总线报文规范）和LLI（低层接口）。 FMS处理单元级（PLC和PC）的数据通信。功能强大的FMS服 务可在广泛的应用领域内使用，并为解决复杂通信任务提供了 很大的灵活性。
1．传输技术 由于DP与FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问 协议，因而，这两套系统可在同一根电缆上同时操作。RS-485 传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术，这种技术通常称之为 H2，采用的电缆是屏蔽双绞线。RS-485传输技术的基本特征有 ： （1）网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻； （2）传输速率：9.6kbps~12Mbps； （3）介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件 （EMC）； （4）站点数：每段32个站（不带中继），可多到127个站（ 带中继）； （5）插头连接：最好使用9针D型插头。
7/67
第4章
PROFIBUS现场总线
工厂管理系统 工厂管理级 总线循环 时间 <1 000 ms PC 网关 车间级 总线循环 时间 <100 ms PC PLC PLS PROFIBUS-FMS CNC MMS,TCP/IP Backbone
4.1 PROFIBUS概述
现场级 总线循环 时间 <10 ms 现场 设备
2/67
第4章
PROFIBUS现场总线
4.1 PROFIBUS概述
PROFIBUS-PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案，PA将自动 化系统和过程控制系统与现场设备，如压力、温度和液位变送 器等连接起来，代替了4~20mA模拟信号传输技术，在现场设 备的规划、敷设电缆、调试、投入运行和维修等方面可节约成 本40%之多，并大大提高了系统功能和安全可靠性，因此PA尤 其适用于石油、化工、冶金等行业的过程自动化控制系统。 PROFIBUS-FMS：它的设计是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。 为了满足苛刻的实时要求，PROFIBUS协议具有如下特点：
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传输技术的比较
17
实
现
方 法
18
19
RSIC 解 决 方 案
20
(3)所需相关知识： (3)所需相关知识： 所需相关知识
1. PROFIBUS协议的基本概念及技术术语等知识， 协议的基本概念及技术术语等知识， 协议的基本概念及技术术语等知识 无需了解细节； 无需了解细节； 2. ASIC芯片的技术内容； 芯片的技术内容； 芯片的技术内容 3. 4. 5. GSD文件； 文件； 文件
相对较高；缺点是开发周期与产品成本较高。 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 方 案
技术局限性： 技术局限性：
1. 最高达 最高达12MBPS较难实现； 较难实现； 较难实现 2. 字符无间应无空闲时间、最大应答时间、 字符无间应无空闲时间、最大应答时间、 最小应答时间的限制。 最小应答时间的限制。
选择可选功能是时，需对功能的概念与要求有细致 选择可选功能是时， 了解并用程序实现之； 了解并用程序实现之； 搭建一个调试与测试平台，需要有PROFIBUS 配置 搭建一个调试与测试平台，需要有 有关的技术基础。 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 协议的细节； 优缺点：优点是无需了解太多的 协议的细建立系统简单，因此也便 由于集中组态，建立系统简单， 于维护工作，从而节省许多维护费用， 于维护工作，从而节省许多维护费用，降 低了总体成本。 低了总体成本。
11
3. 适应本质安全区的安装。 适应本质安全区的安装。
12
4. 更高的安全性与有 效性。 效性。 5. 开放的国际标准， 开放的国际标准， 投资安全。 投资安全。
27
谢谢大家！ 谢谢大家！ 谢谢大家
28
优缺点： 优缺点：
产品成本低是其优点；缺点有开发周期长，如果不能 产品成本低是其优点；缺点有开发周期长， 突破12MBPS的速率则其技术指标将打折扣。 的速率则其技术指标将打折扣。 突破 的速率则其技术指标将打折扣
22
嵌 入 式 P R O F I B U S 接 口
实现方法： 实现方法：
1. 按照其管脚定义进行制板； 按照其管脚定义进行制板； 2. 3. 将用户源程序植入用户程序中； 将用户源程序植入用户程序中；
按照一个推荐的调试系统和GSD文件进行 文件进行 按照一个推荐的调试系统和 调试； 调试；
优缺点： 优缺点：
其优点是开发周期短、不必了解 其优点是开发周期短、不必了解PROFIBUS的技 的技 术细节。缺点是：产品结构受一定的限制、成本高。 术细节。缺点是：产品结构受一定的限制、成本高。
23
外 置 式 P R O F I B U S 接 口
• 简介 • 特点
• 技术指标 • 实现方法
PROFIBUS 现场总线介绍 现场总线介绍
PROFIBUS
1
由来
2
PROFIBUS国际组织 国际组织(PI)现状 国际组织 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 规化、设计、安装简单， 得这方面的成本降低很多。 得这方面的成本降低很多。
实施方法： 实施方法： 可用协议转换器等。 可用协议转换器等。 优缺点： 优缺点： 优点是无需开发，直接用已知协议与 优点是无需开发， PROFIBUS协议总线通讯即可。缺点是成 协议总线通讯即可。 协议总线通讯即可 本高，结构固定。 本高，结构固定。
24
产品认证
25
26
认 证 过 程 框 图
13
有效性： 有效性：
高速通信、 文件、 高速通信、GSD文件、行规等； 文件 行规等；
14
技 术 指 标 DP/FMS的RS485传输技术。 的 传输技术。 传输技术 PA采用 采用IEC1158-2传输技术。 传输技术。 采用 传输技术 光纤（ ）传输技术。 光纤（FO）传输技术。
15
DP/FMS传输速率 传输速率 9.6Kbit/s~12Mbit/s之间。 之间。 之间 主从备， 主从备，总线上站点数最多 为126。 。 诊断功能。 诊断功能。 标准化GSD文件。 文件。 标准化 文件 第三方产品的互操作性。 第三方产品的互操作性。