现场总线技术

DP的协议结构
DP定义了物理层、数据链路层和用户接口，三至七 层未加描述
这种结构是为了确保数据传输的快速有效地进行 DP中的物理层和数据链路层与FMS中的定义完全相
同，二者采用了相同的传输技术（光纤或RS485传输） 和统一的总线控制协议（报文格式），直接数据链路 映像DDLM为用户接口与数据链路层之间的信息交换 提供了方便。 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DP行规
其它技术特点
信号线可用设备电源线。 每条总线区段可连接32个设备，不同区段用中继器连接。 传输速率可在9.6kB/S～12MB/S间选择。 传输介质可以用金属双绞线或光纤。 提供通用的功能模块管理规范。 在一定范围内可实现相互操作。 提供系统通信管理软件(包括波形识别、速率识别和协议识别等功
现场总线技术
ProfiBus(Process field Bus)通讯简介
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，它既符合德国标准DIN19345及 欧洲标准EN50170，同时也于2000年成为国际标准IEC61158的组 成部份，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。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合 ProfiBus协议的产品，这些产品可以连接在同一个ProfiBus网络上。 Profibus是在1987年由Simens等13家企业和5家科研机构在德 国联邦研技部的资助下，联合研究开发的开放式现场总线标准。 ProfiBus是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光 纤、无线传输。
能)。 提供244字节报文格式，提供通信接口的故障安全模式(当IO故障
时输出全为零)。
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 PROFIBUS-DP
RS 485 / FO
RS 485 / FO
通用
快速
-大范围的应用 -多主通信
层访问接口，FMS提供了范围广泛的功能来保证它的普遍应 用 在不同的应用领域中，具体需要的功能范围必须与具体应用 要求要适应，这些适应性定义称之为行规，行规提供了设备 的可互换性，保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能 FMS在用户接口中规定了相应的用户及系统以及不同设备可 调用的应用功能，定义了现场设备行为的行规
未用 现场总线数据链路 RS-485 / 光纤
EN 50 170
IEC 接口
IEC 1158-2 PROFIBUS 导则 + 行规
FMS的协议结构
FMS定义了物理层、数据链路层和应用层和用户接口，三到 六层未加描述
物理层提供了光纤和RS485二种传输技术 数据链路层完成总线的存取控制并保证数据的可靠性 应用层定义了低层接口LLI和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ场总线信息规范FMS LLI的作用是协调不同的通信关系并提供不信赖设备的第二
由于单一的传输技术不可能满足所有要求，因此 Profibus提供了RS485传输、IEC1158-2传输和光纤 传输三种类型
三种有效的传输技术
站1
.....
站n
终端
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。
PA的协议结构
PA主要应用于过程控制领域，可以把测量变送器、 阀门、执行机构用一根总线连接起来
PA数据传输采用扩展的DP协议，只是在上层增加了 描述现场设备行为的PA行规
简单的说，PA就相当于DP通信协议加上最适合现场 仪表的传输协议IEC1158-2
根据IEC1158-2标准，PA可通过总线给现场设备供电， 并可确保数据传输的本质安全性
Profibus协议以OSI为参考模型，其协议结构如下 图所示
PROFIBUS 协议符合 ISO/OSI 的开放系统参考模型
FMS
DP
PA
用户层
应用层 (7)
(3)-(6)
数据链路层 (2)
物理层 (1)
Layer
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
-即插即用 - 高 效、廉 价
PROFIBUS-PA
IEC 1158-2
面向应用
-总线供电 -本质安全
1. Profibus 基本特征
一. 协议结构
Profibus现场总线是目前应用最广泛的现场总线技术之一。 DP和PA的完美结合使得Profibus现场总线在结构和性能 上优越于其它现场总线
Profibus 既适合于自动化系统与现场I/o单元的通 讯，也可用于直接连接带接口的变送器、执行器、 传动装置和其它现场仪表对现场信号进行采集和监 控。并且用一对双绞线替代了传统的大量的传输电 缆，大量节省了电缆的费用，也相应节省了施工调 试以及系统投运后的维护时间和费用
RS485传输技术的基本特征，A型导线的特性， 参数以及传输速率与总线长度的关系分别如下 表所示
RS485传输的基本特征和A型导线的特 性参数
传输速率与A型电缆总线长度的关 系
PROFIBUS 电缆要求 - RS 485
参数
电缆设计 浪涌阻抗 回路电阻 线径 线截面积 每单位长度的电容
当使用分段耦合器，PA装置能很方便的连接到DP网 络
二 传输技术
现场总线系统的应用在很大程度上取决于选择哪种传 输技术
除了传输可靠性、传输速度、传输距离等通用的要求 以外，考虑一些使用的灵活性及其它一些机电因素也 十分重要
例如，当应用于过程自动化时，特别是涉及本质安全 防爆的应用场合，数据和电源在同一根总线上传输就 很有必要
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
（1）RS485传输技术
RS485传输用于PROFIBUS-DP和PROFIBUS –FMS,通常称之为H2
总线电缆在EN50170标准中规定为A型屏蔽双 绞铜芯电缆，其最大允许的长度与传输速率是 直接相关的