ProfiBus通訊原理詳解

1、P R O F I B U S 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)通通 信信 透透 明明 從從 傳傳 感感 器執(zhí)器執(zhí) 行行 器器 到到 區(qū)區(qū) 域域 控控 制制 器器CNC區(qū)區(qū) 域域 控控 制制 器器Ethernet/TCP/IPTCP/IP/EthernetPROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PA工廠級(jí)總線循環(huán)時(shí)間 1000 ms車(chē)間級(jí)總線循環(huán)時(shí)間 100 ms現(xiàn)場(chǎng)級(jí)總線循環(huán)時(shí)間 0.34 mm 每單位長(zhǎng)度的電容每單位長(zhǎng)度的電容 30 pF / m PROFIBUS 電纜被列在電纜被列在 PROFIBUS 電子產(chǎn)品指南中。電子產(chǎn)品指南中。A A型屏蔽雙絞電纜型屏蔽雙絞電纜9

2、針針D 型連接器的針腳分配型連接器的針腳分配 （為（為RS 485用）用）n 對(duì)對(duì) PROFIBUS-DP/FMS PROFIBUS-DP/FMS 提供的連接器類(lèi)型是提供的連接器類(lèi)型是9 9 針針 D D 型連接器型連接器 n 插座部分被安裝在設(shè)備上插座部分被安裝在設(shè)備上 n 如果其他連接器能提供必要的命令信號(hào)的話，也允許使用如果其他連接器能提供必要的命令信號(hào)的話，也允許使用 表表 9 針針D 型連接器的針腳分配型連接器的針腳分配 RS 485傳輸設(shè)備安裝傳輸設(shè)備安裝 要點(diǎn)要點(diǎn)(1)電纜接線電纜接線A型電纜的總線終端器型電纜的總線終端器站站 1站站 2屏蔽屏蔽保護(hù)地保護(hù)地RxD/TxD-P (

3、3)DGND (5)VP (6)RxD/TxD-N (8)(3) RxD/TxD-P(5) DGND(6) VP(8) RxD/TxD-N保護(hù)地保護(hù)地* 注: 中繼器沒(méi)有站地址，但它們被計(jì)算在每段的最多站數(shù)中*終羰電阻供電電源 +5V390 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線DGND (5)VP (6)220 390 RxD/TxD-P (3)RxD/TxD-N (8)* 數(shù)據(jù)線B* 數(shù)據(jù)線A數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，即 +5V地安裝安裝 RS 485 (2)VPBADGND第一個(gè)站390 220 390 總線終端最后一個(gè)站總線終端VPBADGND數(shù)據(jù)線 B數(shù)據(jù)線 ABBAA站 2站 3390 220 390 為了

4、在高電磁輻射環(huán)境下獲得良好的抗干擾性能，可以使用帶屏蔽為了在高電磁輻射環(huán)境下獲得良好的抗干擾性能，可以使用帶屏蔽的數(shù)據(jù)傳輸電纜，屏蔽電纜兩端的屏蔽編織箔必須與地線連接，并的數(shù)據(jù)傳輸電纜，屏蔽電纜兩端的屏蔽編織箔必須與地線連接，并通過(guò)盡可能大面積的屏蔽接線來(lái)覆蓋。此外，在鋪設(shè)過(guò)程中建議把通過(guò)盡可能大面積的屏蔽接線來(lái)覆蓋。此外，在鋪設(shè)過(guò)程中建議把數(shù)據(jù)線和高壓線隔離數(shù)據(jù)線和高壓線隔離拓樸拓樸 這里提供的拓?fù)涫强偩€型拓?fù)?在總線的開(kāi)頭和結(jié)尾必須有終端 一段可以由最多 32 個(gè)站*組成終端終端終端23303162613332(PROFIBUS 支持總線型，樹(shù)型和星型拓?fù)?終端中繼器中繼器* 注: 中繼器

5、沒(méi)有站地址，但它們被計(jì)算在每段的最多站數(shù)中站站 1RS 485 的屏蔽的屏蔽 / 接地接地詳細(xì)的安裝指示在PROFIBUS-DP / FMS 的安裝導(dǎo)則中說(shuō)明，訂單號(hào) 2.112數(shù)據(jù)電纜接地電纜從從從從主主接地線數(shù)據(jù)電纜接地線接地線RS-485 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位順序傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位順序 每個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)（字節(jié)）按每個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)（字節(jié)）按 11 11 位的順序被傳輸位的順序被傳輸 最小的有效位最小的有效位 (LSB) (LSB) 被第一個(gè)發(fā)送被第一個(gè)發(fā)送 最大的有效位最大的有效位 (MSB) (MSB) 被最后發(fā)送被最后發(fā)送 每個(gè)八位二進(jìn)數(shù)都補(bǔ)充三位，即開(kāi)始、終止和奇偶校驗(yàn)位每個(gè)八位二進(jìn)數(shù)都補(bǔ)充三位，

6、即開(kāi)始、終止和奇偶校驗(yàn)位 此編碼原理稱(chēng)非歸零碼此編碼原理稱(chēng)非歸零碼NRZNRZ （即（即 N Non on R Return to eturn to Z Zeroero）開(kāi)始 1 2 3 4 5 6 7 8 奇偶 終止 開(kāi)始 校驗(yàn)空閑位順序: 1. 字節(jié) LSBMSB 2. 字節(jié) LSBn根據(jù)根據(jù)IEC1158-2的傳輸技術(shù)用于的傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-PA，能滿足石油和化，能滿足石油和化工工業(yè)要求，它可保證其本質(zhì)安全，并通過(guò)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電工工業(yè)要求，它可保證其本質(zhì)安全，并通過(guò)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。IEC1158-2是一種是一種位同步協(xié)議位同步協(xié)議，其技術(shù)特性如下：，其技術(shù)特性如下：n

7、 本質(zhì)安全本質(zhì)安全 (可選可選) 和通過(guò)和通過(guò)總線對(duì)站供電總線對(duì)站供電 (可選可選) ，能滿足化工和，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求石油化工業(yè)的要求n 同步同步 Manchester 編碼編碼, ，可進(jìn)行無(wú)電流的連接傳輸，通常，可進(jìn)行無(wú)電流的連接傳輸，通常稱(chēng)為稱(chēng)為H1n傳輸速度：傳輸速度：31.25 kBit/s（kbps), 電壓式電壓式n數(shù)據(jù)可靠性：前同步信號(hào)，采用起始和終止限定符避免誤差數(shù)據(jù)可靠性：前同步信號(hào)，采用起始和終止限定符避免誤差n電纜：電纜： 屏蔽或非屏蔽的雙絞電纜屏蔽或非屏蔽的雙絞電纜n網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕W(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?總線型總線型 、樹(shù)型或兩者相結(jié)合、星型、樹(shù)型或兩者相結(jié)合、星型n站點(diǎn)數(shù)

8、最多站點(diǎn)數(shù)最多 127 個(gè)站個(gè)站, 每段每段 10-32 個(gè)設(shè)備個(gè)設(shè)備 (依賴于依賴于 EX-類(lèi)型和供電消耗類(lèi)型和供電消耗)n距離：距離： 每段距離達(dá)每段距離達(dá) 1900 米，用中繼器可延長(zhǎng)到米，用中繼器可延長(zhǎng)到 10 公里公里用于用于PA的的IEC1158-2傳輸技術(shù)傳輸技術(shù)PROFIBUS 電纜要求電纜要求 - IEC 1158-2 電纜設(shè)計(jì)電纜設(shè)計(jì):屏蔽雙絞電纜 導(dǎo)線面積導(dǎo)線面積:0.8毫米2(AWG 18) 回路電阻回路電阻: 44 / km 阻抗阻抗 （在（在31.25 KHz時(shí)）時(shí)）:100 +/- 20% 衰減衰減 （在（在39 KHz時(shí)）時(shí)）:3dB / km 每單位長(zhǎng)度的電容

9、每單位長(zhǎng)度的電容: 2nF / km對(duì) IEC 1158-2 傳輸?shù)碾娎|被列在 PROFIBUS 電子產(chǎn)品指南中冗余性提高了系統(tǒng)的可靠性冗余性提高了系統(tǒng)的可靠性若干種接口給予了冗余系統(tǒng)的可能光纖段給予了冗余電線的能力PROFIBUS-DP每個(gè)測(cè)量點(diǎn)兩個(gè)設(shè)備FOcouplerFOcouplerFOcouplerFOcoupler系統(tǒng)冗余系統(tǒng)冗余介質(zhì)冗余介質(zhì)冗余基于基于IEC1158-2IEC1158-2傳輸技術(shù)總線段與基于傳輸技術(shù)總線段與基于RS485RS485傳輸技術(shù)總線段可以通過(guò)耦傳輸技術(shù)總線段可以通過(guò)耦合裝置相連，合裝置相連，耦合器耦合器使使RS485RS485信號(hào)和信號(hào)和IEC1158-

10、2IEC1158-2信號(hào)相適配。每段通常配信號(hào)相適配。每段通常配一個(gè)電源裝置，電源裝置經(jīng)耦合器和一個(gè)電源裝置，電源裝置經(jīng)耦合器和PAPA總線為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供電源，這種總線為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供電源，這種供電方式可以限制供電方式可以限制IEC1158-2IEC1158-2總線段上的電流和電壓。如果需要外接電源總線段上的電流和電壓。如果需要外接電源設(shè)備，根據(jù)設(shè)備，根據(jù)EN5020EN5020標(biāo)準(zhǔn)必須用適當(dāng)?shù)母綦x裝置標(biāo)準(zhǔn)必須用適當(dāng)?shù)母綦x裝置 ，將總線供電設(shè)備與外接，將總線供電設(shè)備與外接電源設(shè)備連接在本質(zhì)安全總線上。電源設(shè)備連接在本質(zhì)安全總線上。PAPA使用的傳輸介質(zhì)是雙絞線電纜，可以使用下表所列使用的傳輸介質(zhì)

11、是雙絞線電纜，可以使用下表所列的的IEC1158-2IEC1158-2傳輸技術(shù)的參考電纜規(guī)格，也可使用更粗傳輸技術(shù)的參考電纜規(guī)格，也可使用更粗截面導(dǎo)體的其它電纜截面導(dǎo)體的其它電纜n PROFIBUS PROFIBUS 總線訪問(wèn)協(xié)議（第二層）對(duì)總線訪問(wèn)協(xié)議（第二層）對(duì)三種三種PROFIBUS PROFIBUS 版本版本 (FMS/DP/PA)(FMS/DP/PA)均相同均相同n 這使通信透明和這使通信透明和FMS/DP/PA FMS/DP/PA 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域容易組合網(wǎng)絡(luò)區(qū)域容易組合n 因?yàn)橐驗(yàn)?FMS/DP FMS/DP 使用使用相同的物理介質(zhì)相同的物理介質(zhì) (RS-485/FO) (RS-485/

12、FO) ，因因此它們能此它們能組合在同一根電纜上。組合在同一根電纜上。nPRIFIBUSPRIFIBUS總線存取協(xié)議包括主站之間的總線存取協(xié)議包括主站之間的令牌傳遞令牌傳遞方式方式 和主站與從站之間的和主站與從站之間的主從方式主從方式，如下圖所示，如下圖所示PROFIBUS 總線存取協(xié)議總線存取協(xié)議主動(dòng)站、主設(shè)備被動(dòng)站、從設(shè)備PLCPLCPCPROFIBUSn主從方式主從方式允許主站在得允許主站在得到這些存取令牌時(shí)可與從到這些存取令牌時(shí)可與從站通信，每個(gè)主站均可向站通信，每個(gè)主站均可向從站發(fā)送或索取信息從站發(fā)送或索取信息n當(dāng)某主站得到令牌后，當(dāng)某主站得到令牌后，該主站可在一定的時(shí)間內(nèi)該主站可在

13、一定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行主站的工作，在這段執(zhí)行主站的工作，在這段時(shí)間內(nèi)，它可依照時(shí)間內(nèi)，它可依照 主主- -從從關(guān)系表與所有從站通信，關(guān)系表與所有從站通信，也可依照主也可依照主- -主關(guān)系表與主關(guān)系表與其它主站通信其它主站通信n令牌傳遞令牌傳遞程序保證了每個(gè)主站在一個(gè)確定的時(shí)間內(nèi)得程序保證了每個(gè)主站在一個(gè)確定的時(shí)間內(nèi)得到令牌，令牌只在到令牌，令牌只在主站之間主站之間通信時(shí)使用通信時(shí)使用P R O F I B U S -DP典型的典型的PROFIBUS-DP 系統(tǒng)系統(tǒng)主站主站一個(gè)典型的一個(gè)典型的 PROFIBUS-DP 系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成: 一個(gè)一個(gè) PLC/PC 作為中央控制器作為中央控制器 各種外

14、圍設(shè)備，如各種外圍設(shè)備，如: 數(shù)字或模擬數(shù)字或模擬 I/O AC 或或 DC 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器 電磁或氣動(dòng)閥電磁或氣動(dòng)閥 人機(jī)界面人機(jī)界面 (HMI)PROFIBUS-DPPLC從站從站從站從站從站從站從站從站RS 485 up to 12 MBit/sPLC開(kāi)放的組態(tài)允許即插即用開(kāi)放的組態(tài)允許即插即用PROFIBUS 組態(tài)工具組態(tài)工具系統(tǒng)組態(tài)系統(tǒng)組態(tài)電子設(shè)備數(shù)據(jù)單電子設(shè)備數(shù)據(jù)單 (GSD-files)PLCPROFIBUSGSDGSDGSDGSDGSDGSDPLCP R O F I B U S -PAn基于擴(kuò)展的基于擴(kuò)展的 PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP 協(xié)議和協(xié)議和 IEC 1

15、158-2 IEC 1158-2 傳輸技術(shù)傳輸技術(shù) n適用于代替現(xiàn)今的適用于代替現(xiàn)今的 4.20 mA 4.20 mA 技術(shù)技術(shù)n僅用一根雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和供電僅用一根雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和供電 n通過(guò)串行總線聯(lián)接儀器儀表與控制系統(tǒng)通過(guò)串行總線聯(lián)接儀器儀表與控制系統(tǒng)n適用于本質(zhì)安全的適用于本質(zhì)安全的 EEx EEx 應(yīng)用區(qū)域應(yīng)用區(qū)域n可靠的串行數(shù)字傳輸可靠的串行數(shù)字傳輸n通過(guò)一根雙絞電纜進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視通過(guò)一根雙絞電纜進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視n對(duì)所有設(shè)備只需一個(gè)工程工具對(duì)所有設(shè)備只需一個(gè)工程工具n由于由于 PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA 行規(guī)，保證了互操作性和互換性行規(guī)，保證了

16、互操作性和互換性n儀器儀表的維護(hù)和診斷信息儀器儀表的維護(hù)和診斷信息PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA 的特點(diǎn)的特點(diǎn)PAPA = = P Process rocess A AutomationutomationnPA/DPPA/DP耦合器不占地址，而耦合器不占地址，而PA/DPPA/DP鏈接器要占用一個(gè)鏈接器要占用一個(gè)DPDP網(wǎng)絡(luò)從站地址，但對(duì)于網(wǎng)絡(luò)從站地址，但對(duì)于PAPA段，它是段，它是一個(gè)主站一個(gè)主站n一個(gè)鏈接器下通常有多個(gè)即插式的耦合器去驅(qū)動(dòng)幾個(gè)一個(gè)鏈接器下通常有多個(gè)即插式的耦合器去驅(qū)動(dòng)幾個(gè)PAPA網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 帶有帶有 PROFIBUS-PA 的典型系統(tǒng)配置的典型系統(tǒng)配置PROFIBUS-DPRS 485 up to 12 MBit/s區(qū)域控制器區(qū)域控制器 (PLC)工程或工程或 HMI 工具工具PROFIBUS-PA IEC 1158-2 with 31.25 kBit/sI段耦合器鏈接器段耦合器鏈接器變送器H2H1+xxP R O F I B U S -FMS典型的典型的PROFIBUS-FMS 系統(tǒng)系統(tǒng)主站主站一個(gè)典型的一個(gè)典型的 PROFIBUS-FMS 系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成: 各種智能自動(dòng)化單元，如各種智能自動(dòng)化單元，如: PC 作為中央控制器的作為中央控制器的PLC 作為人機(jī)界面的作為