現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS技術(shù)簡(jiǎn)介三四

1、轉(zhuǎn)帖現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）技術(shù)簡(jiǎn)介（三）上文第二章：現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS技術(shù)要點(diǎn)本章從PROFIBUS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)角度，概要說(shuō)明了PROFIBUS技術(shù)要點(diǎn)。使讀者可快速了解PROFIBUS技術(shù)概貌。 2.1PROFIBUS概貌(1)PROFIBUS是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。(2)PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(Fieldb

2、usMessageSpecification)。(3)PROFIBUS-DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代辦24VDC或4-20mA信號(hào)傳輸。(4)PROFIBUS-PA：專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。(5)PROFIBUS-FMS：用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。(7)PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的

3、解決方案。2.2PRFIBUS基本特性2.2.1PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國(guó)際準(zhǔn)，以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（OpenSystemInterconnection-SIO）作為參考模型的。該模型共有七層，如下圖2-1所示：此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：圖2-1：PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)(1)PROFIBUS-DP：定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)備行為。(2)PROFIBUS-FMS：定義了第一、二、七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范（F

4、ieldbusMessageSpecification-FMS）和低層接口（LowerLayerInterface-LLI）。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問(wèn)接口。(3)PROFIBUS-PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過(guò)總線給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。2.2.2PROFIBUS傳輸技術(shù)PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型：用于DP和FMS的RS485

5、傳輸。用于PA的IEC1158-2傳輸。光纖2.2.2.1用于DP/FMS的RS485傳輸技術(shù)由于DP與FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問(wèn)協(xié)議，因而，這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時(shí)操作。RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)。這種技術(shù)通常稱之為H2。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線。RS-485傳輸技術(shù)基本特征：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€性總線，兩端有有源的總線終端電阻。傳輸速率：9.6Kbit/s12Mbit/s介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）。站點(diǎn)數(shù)：每分段32個(gè)站（不帶中繼），可多到127個(gè)站（帶中繼）。插頭連接：最好使用9針D型插頭。2.2.2.2RS-

6、485傳輸設(shè)備安裝要點(diǎn)(1)全部設(shè)備均與總線連接。(2)每個(gè)分段上最多可接32個(gè)站（主站或從站）。(3)每段的頭和尾各有一個(gè)總線終端電阻，確保操作運(yùn)行不發(fā)生誤差。兩個(gè)總線終端電阻必須永遠(yuǎn)有電源。見(jiàn)圖2-2所示。(4)當(dāng)分段站超過(guò)32個(gè)時(shí)，必須使用中繼器用以連接各總線段。串聯(lián)的中繼器一般不超過(guò)3個(gè)。見(jiàn)圖2-3所示：此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：圖2-2：PROFIBUD-DP和PROFIBUS-FMS的電纜接線和總線終端電阻此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：圖2-2:每個(gè)分段上最多可接32個(gè)站（主站或從站）轉(zhuǎn)帖現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）技術(shù)簡(jiǎn)介（三）下文(5)電纜最大長(zhǎng)度取決于傳輸速率

7、。如使用A型電纜，則傳輸速率與長(zhǎng)度如下表2-1：表2-1此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：(6)A型電纜參數(shù)：阻抗：135-165W電容：30pf/m回路電阻：110W線規(guī)：0.64mm導(dǎo)線面積：0.34mmW(7)RS-485的傳輸技術(shù)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)最好使用9針D型插頭，插頭針腳定義和接線見(jiàn)圖2-2所示。(8)當(dāng)連接各站時(shí)，應(yīng)確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境（如汽車制造業(yè)）下運(yùn)行應(yīng)使用帶屛蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（EMC）。(9)如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應(yīng)在兩端與保護(hù)接地連接，并通過(guò)盡可能的大面積屏蔽接線來(lái)復(fù)蓋，以保持良好的傳導(dǎo)性。另外建議數(shù)據(jù)線必須與高壓線隔離。(1

8、0)超過(guò)500Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)應(yīng)避免使用短截線段，應(yīng)使用市場(chǎng)上現(xiàn)有的插頭可使數(shù)據(jù)輸入和輸出電纜直接與插頭連接，而且總線插頭可在任何時(shí)候接通或斷開(kāi)而并不中斷其它站的數(shù)據(jù)通信。 2.2.2.3用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)(1)數(shù)據(jù)IEC1158-2的傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本征安全性，并通過(guò)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。(2)IEC1158-2是一種位同步協(xié)議，通常稱為H1。(3)IEC1158-2技術(shù)用于PROFIBUS-PA，其傳輸以下列原理為依據(jù)：每段只有一個(gè)電源作為供電裝置。當(dāng)站收發(fā)信息時(shí)，不向總線供電。每站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所消耗的為常

9、量穩(wěn)態(tài)基本電流。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備其作用如同無(wú)源的電流吸收裝置。主總線兩端起無(wú)源終端線作用。允許使用線性、樹型和星型網(wǎng)絡(luò)。為提高可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)可采用冗余的總線段。為了調(diào)制的目的，假設(shè)每個(gè)總線站至少需用10mA基本電流才能使設(shè)備啟動(dòng)。通信信號(hào)的發(fā)生是通過(guò)發(fā)送設(shè)備的調(diào)制，從9mA到基本電流之間。(4)IEC1158-2傳輸技術(shù)特性:數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)字式、位同步、曼徹斯特編碼。傳輸速率：31.25Kbit/s，電壓式。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。電纜：雙絞線，屏蔽式或非屏蔽式。遠(yuǎn)程電源供電：可選附件，通過(guò)數(shù)據(jù)線。防爆型：能進(jìn)行本征及非本征安全操作。拓?fù)洌壕€型或樹型，或兩者相結(jié)合。站數(shù)：每

10、段最多32個(gè)，總數(shù)最多為126個(gè)。中繼器：最多可擴(kuò)展至4臺(tái)。2.2.2.4IEC1158傳輸設(shè)備安裝要點(diǎn)(1)分段藕合器將IEC1158-2傳輸技術(shù)總線段與RS-485傳輸技術(shù)總線段連接。藕合器使RS-485信號(hào)與IEC1158-2信號(hào)相適配。它們?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程電源供電，供電裝置可限制IEC1158-2總線的電流和電壓。(2)PROFIBUS-PA的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆袠湫秃途€型結(jié)構(gòu)，或是兩種拓?fù)涞幕旌希?jiàn)圖2-3此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：(3)現(xiàn)場(chǎng)配電箱仍繼續(xù)用來(lái)連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備并放置總線終端電阻器。采用樹型結(jié)構(gòu)時(shí)連在現(xiàn)場(chǎng)總線分段的全部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都并聯(lián)地接在現(xiàn)場(chǎng)配電箱上。(4)建議使用下列參考電

11、纜，也可使用更粗截面導(dǎo)體的其它電纜。電纜設(shè)計(jì)：雙絞線屏蔽電纜導(dǎo)線面積（額定值）：0.8mm2(AWG18)回路電阻（直流）：44W/Km阻抗（31.25千赫時(shí)）：100W20%39千赫時(shí)衰減：3dB/Km電容不平衡度：2nF/Km(5)主總線電纜的兩端各有一個(gè)無(wú)源終端器，內(nèi)有串聯(lián)的RC元件，R=100W，C=1mF。當(dāng)總線站極性反向連接時(shí)，它對(duì)總線的功能不會(huì)有任何影響。(6)連接到一個(gè)段上的站數(shù)目最多是32個(gè)。如果使用本征安全型及總線供電，站的數(shù)量將進(jìn)一步受到限制。即使不需要本征安全性，遠(yuǎn)程供電裝置電源也要受到限制。(7)線路最長(zhǎng)長(zhǎng)度的確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先計(jì)算一下電流的需要，從表2-2中選用一種供

12、電電源單元，再根據(jù)表2-3中線的長(zhǎng)度選定哪種電纜。表2-2標(biāo)準(zhǔn)供電裝置（操作值）此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：(8)外接電源：如果外接電源設(shè)備，根據(jù)EN50020標(biāo)準(zhǔn)帶有適當(dāng)?shù)母綦x裝置，將總線供電設(shè)備與外接電源設(shè)備連在本征安全總線上是允許的。2.2.2.5光纖傳輸技術(shù)(1)PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用時(shí)，可使用光纖導(dǎo)體，以增加高速傳輸?shù)木嚯x。(2)可使用兩種光纖導(dǎo)體，一是價(jià)格低廉的塑料纖維導(dǎo)體，供距離小于50米情況下使用。另一種是玻璃纖維導(dǎo)體，供距離大于1公里情況下使用。(3)許多廠商提供專用總線插頭可將RS-485信號(hào)轉(zhuǎn)換成光纖導(dǎo)體信號(hào)或?qū)⒐饫w導(dǎo)體信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS-48

13、5信號(hào)。轉(zhuǎn)帖現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）技術(shù)簡(jiǎn)介（四）2.2.3PROFIBUS總線存取協(xié)議(1)三種PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的總線存取協(xié)議。該協(xié)議是通過(guò)OSI參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它包括了保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報(bào)文處理。(2)在PROFIBUS中，第二層稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層（FieldbusDataLink-FDL）。介質(zhì)存取控制（MediumAccessControl-MAC）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，MAC必須確保在任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。(3)PROFIBUS協(xié)議的設(shè)計(jì)要滿足介質(zhì)存取控制的兩個(gè)基本要求：在復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)（主站

14、）間的通信，必須保證在確切限定的時(shí)間間隔中，任何一個(gè)站點(diǎn)要有足夠的時(shí)間來(lái)完成通信任務(wù)。在復(fù)雜的程序控制器和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備（從站）間通信，應(yīng)盡可能快速又簡(jiǎn)單地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。因此，PROFIBUS總線存取協(xié)議，主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。(4)令牌傳遞程序保證每個(gè)主站在一個(gè)確切規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到總線存取權(quán)（令牌）。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進(jìn)行。(5)主站得到總線存取令牌時(shí)可與從站通信。每個(gè)主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。因此，可能有以下三種系統(tǒng)配置：純主-從系統(tǒng)純主-主系統(tǒng)混合系統(tǒng)(6)圖2-4是一個(gè)由3個(gè)主站、7個(gè)從站構(gòu)成的PROFIBUS系統(tǒng)。3個(gè)主站之間構(gòu)成令牌邏輯環(huán)。當(dāng)某主站得到令牌報(bào)文后，該主站可在一定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行主站工作。在這段時(shí)間內(nèi)，它可依照主-從通訊關(guān)系表與所有從站通信，也可依照主-主通訊關(guān)系表與所有主站通信。此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：