1、第三章多閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)造及PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)本講主要內(nèi)容第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)第351講第361講2第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài) PROFIBUS是Process Field Bus的簡(jiǎn)稱，它廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)自動(dòng)化、流水線工業(yè)自動(dòng)化和過程、樓宇等其他自動(dòng)化領(lǐng)域。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線已成為我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài) PROFIBUS是Process Field Bus的簡(jiǎn)稱，它廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)自動(dòng)化、流水線工業(yè)自動(dòng)化和過程、樓宇等其他自動(dòng)化領(lǐng)域。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線已成為我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4第六節(jié) PROFIBUS通信

2、和網(wǎng)絡(luò)組態(tài) PROFIBUS是Process Field Bus的簡(jiǎn)稱，它廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)自動(dòng)化、流水線工業(yè)自動(dòng)化和過程、樓宇等其他自動(dòng)化領(lǐng)域。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線已成為我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)場(chǎng)總線是低帶寬的底層控制網(wǎng)絡(luò)，它構(gòu)造了新型的、開放的自動(dòng)化系統(tǒng)。它可與因特網(wǎng)(Internet)相連。因?yàn)樗挥谏a(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底層，所以又稱為基礎(chǔ)網(wǎng)或底層網(wǎng)(Infranet)。 5第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 控制設(shè)備之間的信息交換一般稱為通信。 1、數(shù)據(jù)傳輸方式 并行通信方式 并行通信在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)數(shù)據(jù)的所有位同時(shí)傳送，因此每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要一條單獨(dú)的傳輸線。并

3、行通信的特點(diǎn)是：傳送速率快，但硬件成本高，不宜于遠(yuǎn)距離通信。 串行通信方式 串行通信在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)的各個(gè)不同位分時(shí)使用同一條傳輸線，從低位開始一位接一位按順序傳送。串行通信的特點(diǎn)是：需要的信號(hào)線少，最少的只需要兩根線(雙絞線)，適合遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。6第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 控制設(shè)備之間的信息交換一般稱為通信。 1、數(shù)據(jù)傳輸方式 并行通信方式 并行通信在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)數(shù)據(jù)的所有位同時(shí)傳送，因此每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要一條單獨(dú)的傳輸線。并行通信的特點(diǎn)是：傳送速率快，但硬件成本高，不宜于遠(yuǎn)距離通信。 串行通信方式 串行通信在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)的各個(gè)不同位分時(shí)使用同一條傳輸

4、線，從低位開始一位接一位按順序傳送。串行通信的特點(diǎn)是：需要的信號(hào)線少，最少的只需要兩根線(雙絞線)，適合遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。7第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 控制設(shè)備之間的信息交換一般稱為通信。 1、數(shù)據(jù)傳輸方式 串行通信方式 串行通信在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)的各個(gè)不同位分時(shí)使用同一條傳輸線，從低位開始一位接一位按順序傳送。串行通信的特點(diǎn)是：需要的信號(hào)線少，最少的只需要兩根線(雙絞線)，適合遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。 串行通信傳輸速率(又稱波特率)的單位為“比特每秒”，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，用bits表示。8第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 2、數(shù)據(jù)傳送方向 單工

5、方式 在單工通信方式下，通信線的一端連接發(fā)送器，另一端連接接收器，它們形成單向連接，只允許數(shù)據(jù)按照一個(gè)固定的方向傳送。如下圖所示，數(shù)據(jù)只能由A站傳送到B站， 而不能由B站傳送到A站。 9第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 2、數(shù)據(jù)傳送方向 半雙工方式 在半雙工通信方式下，系統(tǒng)中每一個(gè)通信設(shè)備都由一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器組成，通過收發(fā)開關(guān)接到通信線路上，如上圖所示。在這種方式中，數(shù)據(jù)能從A站傳送到B站，也能從B站傳送到A站，但是不能同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送，即每次只能一個(gè)站發(fā)送，另一個(gè)站接收。收發(fā)開關(guān)通過半雙工通信協(xié)議進(jìn)行功能切換。10第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信

6、基礎(chǔ)知識(shí) 2、數(shù)據(jù)傳送方向 全雙工方式 在全雙工通信方式下，系統(tǒng)中每一個(gè)通信設(shè)備都由一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器組成，數(shù)據(jù)可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送，如下圖所示 。11第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 3、傳輸介質(zhì) 目前，普遍使用的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線和光纜。其中雙絞線(帶屏蔽)成本低、安裝簡(jiǎn)單；光纜的尺寸小、質(zhì)量輕、傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高，安裝維修不方便。 4、串行通信接口 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中大多采用串行通信在設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)之間傳送數(shù)據(jù)，常用的有以下幾種串行通信接口。 RS-232C接口 ； RS-422接口 RS-485接口 12第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí)

7、 3、傳輸介質(zhì) 目前，普遍使用的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線和光纜。其中雙絞線(帶屏蔽)成本低、安裝簡(jiǎn)單；光纜的尺寸小、質(zhì)量輕、傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高，安裝維修不方便。 4、串行通信接口 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中大多采用串行通信在設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)之間傳送數(shù)據(jù)，常用的有以下幾種串行通信接口。 RS-232C接口 ； RS-422接口 RS-485接口 13第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí)4、串行通信接口 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中大多采用串行通信在設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)之間傳送數(shù)據(jù)，常用的有以下幾種串行通信接口。 RS-232C接口 RS-232C接口是計(jì)算機(jī)普遍配備的接口，應(yīng)用既簡(jiǎn)單又方便。它采用負(fù)邏輯，利用傳輸信號(hào)線與地

8、線之間的電壓差表示邏輯電平，用-5-15V表示邏輯“1”，用+5+15V表示邏輯“0”。RS-232C可使用9針或25針D型連接器，當(dāng)兩臺(tái)通信設(shè)備距離較近、不需應(yīng)答信號(hào)時(shí)，只需連接三根線，如圖所示。 RS:推薦標(biāo)準(zhǔn)232:標(biāo)識(shí)號(hào)C:標(biāo)準(zhǔn)修改次數(shù)14第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí)4、串行通信接口 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中大多采用串行通信在設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)之間傳送數(shù)據(jù)，常用的有以下幾種串行通信接口。 RS-232C接口 RS-232C接口是計(jì)算機(jī)普遍配備的接口，應(yīng)用既簡(jiǎn)單又方便。它采用負(fù)邏輯，利用傳輸信號(hào)線與地線之間的電壓差表示邏輯電平，用-5-15V表示邏輯“1”，用+5+15V表示邏輯“0

9、”。RS-232C可使用9針或25針D型連接器，當(dāng)兩臺(tái)通信設(shè)備距離較近、不需應(yīng)答信號(hào)時(shí)，只需連接三根線，如圖所示。 RS:推薦標(biāo)準(zhǔn)232:標(biāo)識(shí)號(hào)C:標(biāo)準(zhǔn)修改次數(shù)15第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí)4、串行通信接口 RS-232C接口 RS-232C使用單端發(fā)送、單端接收的電路，如圖所示。發(fā)送器和接收器之間有公共 的信號(hào)地線，共模干擾信號(hào)不可避免地要進(jìn)入信號(hào)傳送系統(tǒng)中，使信號(hào)“0”變成“1”， “1”變成“0”。因此，這種電路限定了其傳輸?shù)木嚯x和速率，RS-232C的最大通信距離為15m，最高傳輸速率為20kbits，只能進(jìn)行一對(duì)一的通信。 16第六節(jié) PROFIBUS通信

10、和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí)4、串行通信接口 RS-422接口 RS-422接口采用平衡驅(qū)動(dòng)、差動(dòng)接收電路，從根本上取消了信號(hào)地線，如圖所示。 利用兩條信號(hào)線之間的電壓差表示邏輯電平，(VAVB)+0.2V表示邏輯“1”，(VAVB) -0.2V表示邏輯“0”。當(dāng)外部的干擾信號(hào)作為共模信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，兩根傳輸線上的共模干擾信號(hào)相同，因接收器是差分輸入，共模干擾信號(hào)可以互相抵消。RS-422接口抗干擾能力強(qiáng)，有較高的通信速率，適合遠(yuǎn)距離傳輸。例如：距離為1.2km時(shí)，通信速率可達(dá)100kbitS，而在12m較短距離內(nèi)，通信速率可達(dá)10Mbits以上。17第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基

11、礎(chǔ)知識(shí)4、串行通信接口 RS-4485接口 RS-485接口是RS-422的變形，與RS-422不同的是：RS-422是全雙工的，如圖上所示。RS-485是半雙工的，如圖下所示。RS-485只有一對(duì)平衡差分信號(hào)線，用最少的信號(hào)連線(雙絞線)即可實(shí)現(xiàn)通信任務(wù)。許多工業(yè)計(jì)算機(jī)；PLC和智能儀表均配有RS-485接口，可以方便地組成串行通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中最多可以有32個(gè)站，新的接口器件已允許連接128個(gè)站。 18第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述1、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 在20世紀(jì)7080年代，人們?cè)跍y(cè)量、模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用了數(shù)字計(jì)算機(jī)，從而產(chǎn)生了集中式數(shù)字控制(又稱直接

12、數(shù)字控制)。 典型集中控制器是PLC和單片機(jī)。 控制器傳感器及操作板執(zhí)行機(jī)構(gòu)19第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述1、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 但是，集中控制在實(shí)踐中遇到了流水線比較大或執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器相距比較遠(yuǎn)時(shí)，如果使用都集中在一起的控制方案，現(xiàn)場(chǎng)控制線施工難度增大、成本增大、可靠性反而又降低了。 控制器傳感器及操作板執(zhí)行機(jī)構(gòu)20第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述1、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 為了解決這個(gè)問題人們只能使用若干個(gè)集中控制系統(tǒng)，就近就地的把執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器集中在一起的控制方案。 但是，這樣做又遇到了控制器之間的信息傳遞問題，如何解決呢？211

13、、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 在20世紀(jì)8090年代，出現(xiàn)了集散控制系統(tǒng) DCS ( Distributed Control System)，又稱為分散控制系統(tǒng)，其核心思想是集中管理、分散控制，即上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理，若干臺(tái)下位機(jī)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制，下位機(jī)之間的信息傳遞通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)互連。221、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 由于DCS有如下缺點(diǎn)阻礙著自動(dòng)化的發(fā)展潮流： 不同制造商制造的DCS難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享； 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的檢測(cè)、傳輸和控制還是采用420mA的模擬信號(hào)； 布線復(fù)雜、費(fèi)用高。23第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述1、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 從20世紀(jì)90年代初期

14、開始，出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線。由于現(xiàn)場(chǎng)總線適應(yīng)了自動(dòng)化向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向的發(fā)展，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，受到全世界的普遍關(guān)注。 24第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC61158的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線(Field Bus)是“安裝在過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線?！?5第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 也就是說基于現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)是以單個(gè)分散的，數(shù)字化，智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，用總線相連，實(shí)現(xiàn)信息的相互交換

15、，使得不同網(wǎng)絡(luò)，不同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間可以信息共享。26第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)信息以及故障信息等通過總線傳送到遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制中心，而控制中心又可以將各種控制、維護(hù)、組態(tài)命令又送往相關(guān)的設(shè)備，從而建立起了具有自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)。27第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 通常我們將這種位于網(wǎng)絡(luò)底層的自動(dòng)化及信息集成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(FieldBus)。28第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 通常我們將這種位于網(wǎng)絡(luò)底層的自動(dòng)

16、化及信息集成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(FieldBus)。29二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn)(1)全數(shù)字化通信 傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備與控制器之間采用的一對(duì)一所謂IO接線的方式， IO模塊接收或送出420mA15VDC信號(hào)。而采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)后只用一條通信電纜就可以將控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(智能化，具有通信口)連接起來，信號(hào)傳輸是全數(shù)字化的。30二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn) (2)可以實(shí)現(xiàn)徹底的分散性和分布性 采用現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)FCS，它的控制單元全都可以分散到現(xiàn)場(chǎng)，控制器路由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，因此FCS可以認(rèn)為是一個(gè)徹底的分布式控制系

17、統(tǒng)。31二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn) (3)具有較強(qiáng)的信息集成能力 傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)控制器獲取的信息是有限的，采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，連接的可以是智能化設(shè)備，所以控制器就可以從現(xiàn)場(chǎng)獲取大量的信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)故障，參數(shù)信息的一體化傳送。32二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn) (4)節(jié)省連接導(dǎo)線，降低安裝和維護(hù)費(fèi)用。33二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn) (5)具有互操作性和互換性 傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)不開放，系統(tǒng)的軟硬件一般只能使用一家的產(chǎn)品，不同廠家不同產(chǎn)品間缺乏互操作性和互換性。采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)設(shè)備間，系統(tǒng)間的

18、信息傳送和溝通，不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備都可以進(jìn)行互換。34二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與主要特點(diǎn) 目前流行的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線是： FF基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 (Foundation Field bus) 、 Profibus過程現(xiàn)場(chǎng)總線(Process Field Bus)、 LON局部操作網(wǎng)絡(luò)(Local Operating Network)、 CAN控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network) 等現(xiàn)場(chǎng)總線。35第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 OSI參考模型提供了大

19、多數(shù)協(xié)議棧共有的基本框架，上三層用來處理用戶接口、數(shù)據(jù)格式和應(yīng)用程序的訪問，通常將上三層稱為應(yīng)用層。36第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI (Open System Interconnection)模型 下四層負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的物理傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 37第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的組成PROFIBUS目前有三種互相兼容的模塊構(gòu)成： PROFIBUS-FMS (用于一般自動(dòng)化)PROFIBUS PROFIBUS-DP (加工自動(dòng)化) PROFIBUS-PA (過程自動(dòng)化) 38二、

20、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的組成 PROFIBUS-DP 是一種優(yōu)化過的模塊，適用于對(duì)時(shí)間要求苛刻的場(chǎng)合，而在自動(dòng)控制系統(tǒng)和外圍設(shè)備之間進(jìn)行通信，用以取代價(jià)格昂貴的24V及420mA并行信號(hào)線。 39二、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的組成 PROFIBUSPA 用于對(duì)安全性要求較高的過程自動(dòng)化場(chǎng)合及由總線供電的站點(diǎn)。 40二、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的組成 PROFIBUS-FMS 主要解決車間一級(jí)通用性通信任務(wù)，用以完成以中等傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信任務(wù)。 41二、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信

21、概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的組成 由于自動(dòng)化專業(yè)對(duì)于控制與被控對(duì)象之間的實(shí)時(shí)性要求比較高，所以一般采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。42二、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)2、PROFIBUS的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)（1） 使用PROFIBUS后，可使分散式數(shù)字化控制器或控制系統(tǒng)，從現(xiàn)場(chǎng)到車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)化；注意：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)上網(wǎng)的目的是用于監(jiān)視不是用于控制。注意：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)上網(wǎng)的目的是用于監(jiān)視不是用于控制。為什么？第三章多閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)造及PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)本講主要內(nèi)容第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述 三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)第3

22、62講44第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 1、(兩種)數(shù)據(jù)傳輸方式 2、(三種)數(shù)據(jù)傳送方向 3、傳輸介質(zhì) 45第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 1、(兩種)數(shù)據(jù)傳輸方式 2、(三種)數(shù)據(jù)傳送方向 3、傳輸介質(zhì) 46第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 1、(兩種)數(shù)據(jù)傳輸方式 2、(三種)數(shù)據(jù)傳送方向 3、傳輸介質(zhì) 47第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、通信基礎(chǔ)知識(shí) 1、(兩種)數(shù)據(jù)傳輸方式 2、(三種)數(shù)據(jù)傳送方向 3、傳輸介質(zhì) 4、串行通信接口 RS-232C接口 RS-422接口 RS-485接口48第六節(jié) PRO

23、FIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述1、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 在20世紀(jì)7080年代，人們?cè)跍y(cè)量、模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用了數(shù)字計(jì)算機(jī)，從而產(chǎn)生了集中式數(shù)字控制(又稱直接數(shù)字控制)。 典型集中控制器是PLC和單片機(jī)。 控制器傳感器及操作板執(zhí)行機(jī)構(gòu)49第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述1、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 但是，集中控制在實(shí)踐中遇到了流水線比較大或執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器相距比較遠(yuǎn)時(shí)，如果使用都集中在一起的控制方案，現(xiàn)場(chǎng)控制線施工難度增大、成本增大、可靠性反而又降低了。 50第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述1、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 但是，集中控制

24、在實(shí)踐中遇到了流水線比較大或執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器相距比較遠(yuǎn)時(shí)，如果使用都集中在一起的控制方案，現(xiàn)場(chǎng)控制線施工難度增大、成本增大、可靠性反而又降低了。 51第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述1、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 但是，集中控制在實(shí)踐中遇到了流水線比較大或執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器相距比較遠(yuǎn)時(shí)，如果使用都集中在一起的控制方案，現(xiàn)場(chǎng)控制線施工難度增大、成本增大、可靠性反而又降低了。 52第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述1、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 為了解決這個(gè)問題人們只能使用若干個(gè)集中控制系統(tǒng)，就近就地的把執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器集中在一起的控制方案。 但是，這樣做又遇到了控

25、制器之間的信息傳遞問題，如何解決呢？531、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 在20世紀(jì)8090年代，出現(xiàn)了集散控制系統(tǒng) DCS ( Distributed Control System)，又稱為分散控制系統(tǒng)，其核心思想是集中管理、分散控制，即上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理，若干臺(tái)下位機(jī)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制，下位機(jī)之間的信息傳遞通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)互連。541、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 由于DCS有如下缺點(diǎn)阻礙著自動(dòng)化的發(fā)展潮流： 不同制造商制造的DCS難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享； 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的檢測(cè)、傳輸和控制還是采用420mA的模擬信號(hào)； 布線復(fù)雜、費(fèi)用高。551、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 由于DCS有如下缺點(diǎn)阻礙著自動(dòng)化的

26、發(fā)展潮流： 不同制造商制造的DCS難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享； 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的檢測(cè)、傳輸和控制還是采用420mA的模擬信號(hào)； 布線復(fù)雜、費(fèi)用高。561、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 從20世紀(jì)90年代初期開始，出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線。由于現(xiàn)場(chǎng)總線適應(yīng)了自動(dòng)化向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向的發(fā)展，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，受到全世界的普遍關(guān)注。 571、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生及其發(fā)展 從20世紀(jì)90年代初期開始，出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線。由于現(xiàn)場(chǎng)總線適應(yīng)了自動(dòng)化向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向的發(fā)展，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，受到全世界的普遍關(guān)注。 58第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特

27、點(diǎn) 按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC61158的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線(Field Bus)是“安裝在過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線?！?9第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 也就是說基于現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)是以單個(gè)分散的，數(shù)字化，智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，用總線相連，實(shí)現(xiàn)信息的相互交換，使得不同網(wǎng)絡(luò)，不同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間可以信息共享。60第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)信息以及故障信息等通過總線傳送到遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制中心，而控制中

28、心又可以將各種控制、維護(hù)、組態(tài)命令又送往相關(guān)的設(shè)備，從而建立起了具有自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)。61第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 通常我們將這種位于網(wǎng)絡(luò)底層的自動(dòng)化及信息集成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(FieldBus)。62第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 通常我們將這種位于網(wǎng)絡(luò)底層的自動(dòng)化及信息集成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(FieldBus)。63二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn)(1)全數(shù)字化通信 傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備與控制器之間采用的一對(duì)一所謂IO接線的方式， IO模

29、塊接收或送出420mA15VDC信號(hào)。而采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)后只用一條通信電纜就可以將控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(智能化，具有通信口)連接起來，信號(hào)傳輸是全數(shù)字化的。64二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn) (2)可以實(shí)現(xiàn)徹底的分散性和分布性 采用現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)FCS，它的控制單元全都可以分散到現(xiàn)場(chǎng)，控制器路由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，因此FCS可以認(rèn)為是一個(gè)徹底的分布式控制系統(tǒng)。65二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn) (3)具有較強(qiáng)的信息集成能力 傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)控制器獲取的信息是有限的，采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，連接的可以是智能化設(shè)備，所以控制器就可以從現(xiàn)場(chǎng)獲取大量的信息

30、，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)故障，參數(shù)信息的一體化傳送。66二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn) (4)節(jié)省連接導(dǎo)線，降低安裝和維護(hù)費(fèi)用。67二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn) (5)具有互操作性和互換性 傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)不開放，系統(tǒng)的軟硬件一般只能使用一家的產(chǎn)品，不同廠家不同產(chǎn)品間缺乏互操作性和互換性。采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)設(shè)備間，系統(tǒng)間的信息傳送和溝通，不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備都可以進(jìn)行互換。68二、網(wǎng)絡(luò)通信概述2、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義與主要特點(diǎn) 目前流行的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線是： FF基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 (Foundation Field bus) 、 Prof

31、ibus過程現(xiàn)場(chǎng)總線(Process Field Bus)、 LON局部操作網(wǎng)絡(luò)(Local Operating Network)、 CAN控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network) 等現(xiàn)場(chǎng)總線。69第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 為了保證通信的正常運(yùn)行，除需具有良好、可靠的通信信道外，還需通信各方遵守共同的協(xié)議，才能保證高效、可靠的通信。 通信協(xié)議一般采用分層設(shè)計(jì)的方法。對(duì)于局域網(wǎng)來說，分層設(shè)計(jì)非常重要，因?yàn)閷?duì)某層協(xié)議的修改不會(huì)影響其他層，甚至也不影響相鄰層的工作

32、，各層相互獨(dú)立，通過接口發(fā)生聯(lián)系。 1979年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM (Open System InterconnectionReference Model)。該模型規(guī)定了7個(gè)功能層。 70第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 為了保證通信的正常運(yùn)行，除需具有良好、可靠的通信信道外，還需通信各方遵守共同的協(xié)議，才能保證高效、可靠的通信。 通信協(xié)議一般采用分層設(shè)計(jì)的方法。對(duì)于局域網(wǎng)來說，分層設(shè)計(jì)非常重要，因?yàn)閷?duì)某層協(xié)議的修改不會(huì)影響其他層，甚至也不影響相

33、鄰層的工作，各層相互獨(dú)立，通過接口發(fā)生聯(lián)系。 1979年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM (Open System InterconnectionReference Model)。該模型規(guī)定了7個(gè)功能層。 71第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 每層都使用自己的協(xié)議，目的就是使各終端設(shè)備、PLC、操作系統(tǒng)各進(jìn)程之間互相交換信息的過程能逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。凡遵守這一標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)之間可以互相連接使用，而不對(duì)相應(yīng)的信息變換和通信加上任何控制。物理層(Physical)。物

34、理層在信道上傳送未經(jīng)處理的信息，該層協(xié)議涉及通信雙方的機(jī)械、電氣和連接規(guī)程。如接插件型號(hào)，每根線的定義，“1”、“0”電平規(guī)定，Bit脈寬，傳送方向規(guī)定，如何進(jìn)行建立初始連接，如何拆除連接等等。如RS-232、RS-422、RS-485等均為物理層協(xié)議。 72第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 每層都使用自己的協(xié)議，目的就是使各終端設(shè)備、PLC、操作系統(tǒng)各進(jìn)程之間互相交換信息的過程能逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。凡遵守這一標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)之間可以互相連接使用，而不對(duì)相應(yīng)的信息變換和通信加上任何控制。物理層(P

35、hysical)。物理層在信道上傳送未經(jīng)處理的信息，該層協(xié)議涉及通信雙方的機(jī)械、電氣和連接規(guī)程。如接插件型號(hào)，每根線的定義，“1”、“0”電平規(guī)定，Bit脈寬，傳送方向規(guī)定，如何進(jìn)行建立初始連接，如何拆除連接等等。如RS-232、RS-422、RS-485等均為物理層協(xié)議。 73第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link)。數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是將可能有差錯(cuò)的物理鏈路，改造成對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層來說是無差錯(cuò)傳送線路。它把輸入的數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)幀，并在接受端檢驗(yàn)傳送的正確性。若正確，則

36、發(fā)送確認(rèn)信息；若不正確，則拋棄該幀，等待發(fā)送端超時(shí)重發(fā)。 同步數(shù)據(jù)鏈路控制(SDLC)、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)，以及異步串行數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，都屬于此范圍。74第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link)。數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是將可能有差錯(cuò)的物理鏈路，改造成對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層來說是無差錯(cuò)傳送線路。它把輸入的數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)幀，并在接受端檢驗(yàn)傳送的正確性。若正確，則發(fā)送確認(rèn)信息；若不正確，則拋棄該幀，等待發(fā)送端超時(shí)重發(fā)。 同步數(shù)據(jù)鏈路控制(SDLC)、高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)，

37、以及異步串行數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，都屬于此范圍。75第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 網(wǎng)絡(luò)層（Network）。網(wǎng)絡(luò)層也稱分組層，它的任務(wù)是使網(wǎng)絡(luò)中傳送分組。它規(guī)定了分組在網(wǎng)絡(luò)中是如何傳送的。網(wǎng)絡(luò)層控制網(wǎng)絡(luò)上信息的切換和路由的選擇，因此本層要為數(shù)據(jù)從源點(diǎn)到終點(diǎn)建立物理和邏輯的連接。 傳送層(Transpon)。傳送層的基本功能是從會(huì)話層接受數(shù)據(jù)，把它傳到網(wǎng)絡(luò)層，并保證這些數(shù)據(jù)正確地到達(dá)目的地。該層控制端到端數(shù)據(jù)的完整性，確保高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，起到網(wǎng)絡(luò)層和會(huì)話層之間接口作用。 76第六節(jié) PROF

38、IBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 網(wǎng)絡(luò)層（Network）。網(wǎng)絡(luò)層也稱分組層，它的任務(wù)是使網(wǎng)絡(luò)中傳送分組。它規(guī)定了分組在網(wǎng)絡(luò)中是如何傳送的。網(wǎng)絡(luò)層控制網(wǎng)絡(luò)上信息的切換和路由的選擇，因此本層要為數(shù)據(jù)從源點(diǎn)到終點(diǎn)建立物理和邏輯的連接。 傳送層(Transpon)。傳送層的基本功能是從會(huì)話層接受數(shù)據(jù)，把它傳到網(wǎng)絡(luò)層，并保證這些數(shù)據(jù)正確地到達(dá)目的地。該層控制端到端數(shù)據(jù)的完整性，確保高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，起到網(wǎng)絡(luò)層和會(huì)話層之間接口作用。 77第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI

39、 (Open System Interconnection)模型 會(huì)話層(Session)。它控制一個(gè)通信會(huì)話進(jìn)程的建立和結(jié)束。該層檢查并確定一個(gè)正常的通信是否會(huì)發(fā)生。如果沒有發(fā)生，該層必須在不丟失數(shù)據(jù)的情況下，恢復(fù)會(huì)話，或根據(jù)在會(huì)話不能正常發(fā)生的情況下終止會(huì)話。 表示層。實(shí)現(xiàn)不同信息格式和編碼之間的轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換方式有正文壓縮，例如：將常用的詞用縮寫字母或特殊數(shù)字編碼，消去重復(fù)的字符和空白等；提供加密、解密；不同計(jì)算機(jī)之間文件格式的轉(zhuǎn)換；不相容終端輸入、輸出格式的轉(zhuǎn)換等等。 78第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Inte

40、rconnection)模型 會(huì)話層(Session)。它控制一個(gè)通信會(huì)話進(jìn)程的建立和結(jié)束。該層檢查并確定一個(gè)正常的通信是否會(huì)發(fā)生。如果沒有發(fā)生，該層必須在不丟失數(shù)據(jù)的情況下，恢復(fù)會(huì)話，或根據(jù)在會(huì)話不能正常發(fā)生的情況下終止會(huì)話。 表示層。實(shí)現(xiàn)不同信息格式和編碼之間的轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換方式有正文壓縮，例如：將常用的詞用縮寫字母或特殊數(shù)字編碼，消去重復(fù)的字符和空白等；提供加密、解密；不同計(jì)算機(jī)之間文件格式的轉(zhuǎn)換；不相容終端輸入、輸出格式的轉(zhuǎn)換等等。 79第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 應(yīng)用層

41、(Application)。應(yīng)用層的內(nèi)容，要根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的不同要求而定。它規(guī)定了在不同情況下，所允許的報(bào)文集合和對(duì)每個(gè)報(bào)文所采取的動(dòng)作。這一層負(fù)責(zé)與其他高級(jí)功能通信，如分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和文件傳送。 80第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互連OSI (Open System Interconnection)模型 OSI參考模型提供了大多數(shù)協(xié)議棧共有的基本框架，上三層用來處理用戶接口、數(shù)據(jù)格式和應(yīng)用程序的訪問，通常將上三層稱為應(yīng)用層。81第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)二、網(wǎng)絡(luò)通信概述3、開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI (Open System Interconnection)

42、模型 下四層負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的物理傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 82第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的通信協(xié)議PROFIBUS目前有三種標(biāo)準(zhǔn)和開放的互相兼容的通信協(xié)議： PROFIBUS-FMS (用于一般自動(dòng)化)PROFIBUS PROFIBUS-DP (加工自動(dòng)化) PROFIBUS-PA (過程自動(dòng)化) 它考慮的主要是系統(tǒng)功能而不是系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)用過程中通常要求的是隨機(jī)信息的交換，例如每包鋼板的張數(shù)等信息。它專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間的通信設(shè)計(jì)的。它用于對(duì)安全性要求較高的場(chǎng)合及由總線供電的站點(diǎn)。83三、PROFIBU

43、S網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的通信協(xié)議 PROFIBUS-DP (Distributed Peripheral)使用了ISOOSI網(wǎng)絡(luò)模型的第一層和第二層，這種精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的高速傳送，用于PLC與現(xiàn)場(chǎng)分布式I0設(shè)備之間的實(shí)時(shí)、循環(huán)數(shù)據(jù)通信。 84三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的通信協(xié)議 PROFIBUS-DP 是一種優(yōu)化過的模塊，適用于對(duì)時(shí)間要求苛刻的場(chǎng)合，而在自動(dòng)控制系統(tǒng)和外圍設(shè)備之間進(jìn)行通信，用以取代價(jià)格昂貴的24V及420mA并行信號(hào)線。 85三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的通信協(xié)議 PROFIBUS

44、PA 使用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，用于對(duì)安全性要求較高的過程自動(dòng)化場(chǎng)合及由總線供電的站點(diǎn)。 86三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的通信協(xié)議 PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification)使用了ISOOSI網(wǎng)絡(luò)模型的第一層、第二層和第七層，用于車間級(jí)(PLC和PC)的數(shù)據(jù)通信，可實(shí)現(xiàn)不同供應(yīng)商的自動(dòng)化系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)。但是由于配置和編程比較繁瑣，目前很少使用。 87三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)1、PROFIBUS的通信協(xié)議 由于自動(dòng)化專業(yè)對(duì)于控制與被控對(duì)象

45、之間的實(shí)時(shí)性要求比較高，所以一般采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。88三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)2、PROFIBUS的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn) 設(shè)計(jì)、調(diào)試簡(jiǎn)便，節(jié)省硬件安裝費(fèi)用 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單，一對(duì)雙絞線上可連接多個(gè)設(shè)備，因而，電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。 89三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)2、PROFIBUS的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn) 設(shè)計(jì)、調(diào)試簡(jiǎn)便，節(jié)省硬件安裝費(fèi)用 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單，一對(duì)雙絞線上可連接多個(gè)設(shè)備，因而，電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。 90三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信

46、概述及主要特點(diǎn)2、PROFIBUS的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn) 設(shè)計(jì)、調(diào)試簡(jiǎn)便，節(jié)省硬件安裝費(fèi)用 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單，一對(duì)雙絞線上可連接多個(gè)設(shè)備，因而，電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。 當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備時(shí)，無需增設(shè) 新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既 節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。 一般可節(jié)約安裝費(fèi)用40以上，其它施工 情況如圖所示。91三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)2、PROFIBUS的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn) 系統(tǒng)維護(hù)、設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)充方便 由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力，并通過數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護(hù)信息傳送到上位監(jiān)控設(shè)

47、備，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行和診斷維護(hù)信息，能夠早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量。由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)充方便等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間較短，所以用于控制的反饋信號(hào)直接送入現(xiàn)場(chǎng)的控制器，而不是送入網(wǎng)絡(luò)后再由網(wǎng)絡(luò)送入控制器。注意：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)上網(wǎng)的目的是用于監(jiān)視與故障診斷而不是用于控制。為什么？92三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)2、PROFIBUS的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn) 用戶對(duì)系統(tǒng)配置、設(shè)備選型有最大的自主權(quán) 許多自動(dòng)化產(chǎn)品企業(yè)的設(shè)備都支持PROFIBUS協(xié)議，這樣就可以

48、在一個(gè)企業(yè)中由用戶根據(jù)產(chǎn)品的性能和價(jià)格選擇不同廠商提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)，不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品而限制了設(shè)備的選擇范圍，降低了控制系統(tǒng)的成本，使系統(tǒng)集成過程中的自主權(quán)完全掌握在用戶手中。 互操作性：現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)保證不同廠家的產(chǎn)品可以互操作，集成在一起，避免了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中必須選用同一廠家的產(chǎn)品限制，促進(jìn)了有效的競(jìng)爭(zhēng)，降低了設(shè)備安裝企業(yè)的成本。93三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)2、PROFIBUS的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn) 提高了系統(tǒng)的可靠性，減少故障停機(jī)時(shí)間 由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度，并能在部

49、件、甚至網(wǎng)絡(luò)故障的情況下獨(dú)立工作。同時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)，大大提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和可靠性。94三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)3、PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)特性 傳輸介質(zhì) 1)電氣網(wǎng)絡(luò)：帶屏蔽層雙絞線電纜； 2)光纖網(wǎng)絡(luò)：光纖電纜(玻璃、PCF和塑料)； 3)無線連接：紅外線。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1)電氣網(wǎng)絡(luò)：線形、樹形； 2)光纖網(wǎng)絡(luò)：線形、樹形、環(huán)形； 3)無線連接：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。95三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)3、PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)特性 網(wǎng)絡(luò)距離 1)電氣網(wǎng)絡(luò)：使用中繼器最大9.6km； 2)光纖網(wǎng)絡(luò)：最大90km；

50、3)無線連接：最大15m。 傳輸速率 從9.6kbit /s 12Mbits。 站點(diǎn)數(shù)目 總線支持的最多站點(diǎn)數(shù)為127個(gè)，地址編號(hào)為0126。96三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)3、PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)特性 網(wǎng)絡(luò)段的配置 電氣傳輸時(shí)使用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如下圖所示。 編程口編程口97三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)3、PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)特性 網(wǎng)絡(luò)段的配置 每一個(gè)RS-485網(wǎng)段最多支持32個(gè)站點(diǎn)和有源網(wǎng)絡(luò)元件。網(wǎng)段的最大傳輸距離與通信速率有關(guān)，距離越遠(yuǎn)，信號(hào)衰減得越嚴(yán)重，通信速率越低。98三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)3、PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)特性 網(wǎng)絡(luò)段的

51、配置 每一個(gè)RS-485網(wǎng)段最多支持32個(gè)站點(diǎn)和有源網(wǎng)絡(luò)元件。網(wǎng)段的最大傳輸距離與通信速率有關(guān)，距離越遠(yuǎn)，信號(hào)衰減得越嚴(yán)重，通信速率越低。 PROFIBUS傳輸距離與通信速率的關(guān)系見下表所示。99三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)4、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件 總線連接器 PROFIBUS的電氣接口為RS-485接口，總線連接器使用9針D型連接器，D型連接器插座連接總線站，D型連接器插頭與總線電纜相連。9針D型總線連接器的針腳定義見下表。100三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)4、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件 總線連接器 PROFIBUS的電氣接口為RS-485接口，總線連接

52、器使用9針D型連接器，D型連接器插座連接總線站，D型連接器插頭與總線電纜相連。9針D型總線連接器的針腳定義見下表。101三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)4、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件 總線連接器 西門子公司的總線連接器一般都配有終端電阻，有帶編輯器接口的和不帶編輯器接口的兩種類型，進(jìn)出線的角度有多種規(guī)格，快速連接插頭可以不用工具快速連接總線電纜，如下圖所示。 102三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)4、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件 RS-485中繼器 如果一條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上超過32個(gè)站點(diǎn)或者網(wǎng)絡(luò)傳輸距離需要擴(kuò)展時(shí)，就要使用RS-485中繼器(RS-485 Repea

53、ter)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)段的隔離和擴(kuò)展。 RS-485中繼器如圖所示，是一個(gè)有源的網(wǎng)絡(luò)部件，具有信號(hào)放大和再生功能，需要占用一個(gè)站地址，在一條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上最多可以安裝9個(gè)RS-485中繼器。 應(yīng)用RS-485中繼器還可以構(gòu)成樹形網(wǎng)絡(luò)，可以使網(wǎng)段之間相互實(shí)現(xiàn)電氣隔離。 103三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)4、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件 RS-485中繼器 例如：如果要求PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離為500m，通信速率達(dá)到1.5Mbit/s。 對(duì)照傳“輸距離與通信速率關(guān)系表”可知，當(dāng)通信速率為1.5Mbit/s時(shí)，最大的距離為200m，要擴(kuò)展到500m，就需要使用兩個(gè)RS-485中

54、繼器，這樣就可以同時(shí)滿足距離和通信速率的要求。500m104三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)4、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件 RS-485中繼器 例如：如果要求PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離為500m，通信速率達(dá)到1.5Mbit/s。 對(duì)照傳“輸距離與通信速率關(guān)系表”可知，當(dāng)通信速率為1.5Mbit/s時(shí)，最大的距離為200m，要擴(kuò)展到500m，就需要使用兩個(gè)RS-485中繼器，這樣就可以同時(shí)滿足距離和通信速率的要求。500m105三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)4、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件 RS-485中繼器 思考題：如果一條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的距離不長(zhǎng)，但總線上有

55、80個(gè)站點(diǎn)，那么需要增加多少個(gè)RS-485中繼器？ 第三章多閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)造及PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)本講主要內(nèi)容（第六節(jié) ）四、PROFIBUS-DP的主要特點(diǎn)五、PROFIBUS協(xié)議專用集成電路及接口電路 六、PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)過程及數(shù)據(jù)傳輸命令第363講107三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn) 4、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接部件 終端電阻 為了防止回波干擾，在總線的兩端必須使用終端電阻。西門子公司的PROFIBUS總線連接器都帶有終端電阻，總線兩端應(yīng)將終端電阻撥到“0n”的位置，如下圖所示。108三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn) 4、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接

56、部件 終端電阻 在一條PROFIBUS總線上；位于總線中間的站點(diǎn)掉電，從電路連接上不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信功能。但是，如果總線兩端任一站點(diǎn)掉電，終端電阻將失效，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信中斷。 解決此問題可利用專用的有源總線終端(Active Bus Terminal)，它是一個(gè)有源的網(wǎng)絡(luò)元件，在一個(gè)網(wǎng)段里本身也是一個(gè)站點(diǎn)，僅作為總線終端使用，無中繼功能，如圖所示。109三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)5、 PROFIBUS總線訪問協(xié)議 在PROFIBUS協(xié)議中有兩種基本的媒體訪問控制： 主站之間的數(shù)據(jù)傳輸（令牌傳遞方式） 每個(gè)主站擁有相同的總線訪問權(quán)(令牌)。主站傳遞程序必須保證在確切限定的時(shí)

57、間間隔中，任何一個(gè)站點(diǎn)要有足夠的時(shí)間來完成其通信任務(wù)。令牌信息是一條特殊的報(bào)文，它在主站之間傳遞總線訪問權(quán)。令牌在所有主站中循環(huán)一周的最長(zhǎng)時(shí)間是事先規(guī)定的。在PROFIBUS中，令牌僅在各主站之間升序傳遞。 110三、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通信概述及主要特點(diǎn)5、 PROFIBUS總線訪問協(xié)議 主站與從站之間的數(shù)據(jù)交換（主從方式） 主站在一個(gè)限定的時(shí)間內(nèi)對(duì)總線有控制權(quán)。從站只是響應(yīng)一個(gè)主站的請(qǐng)求，對(duì)總線沒有控制權(quán)。主站和從站之間周期、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的通信，應(yīng)盡可能地快速和簡(jiǎn)單。主站-從站方式允許主站在得到總線訪問權(quán)(令牌)時(shí)，可以與從站通信，每一個(gè)主站均可和向從站發(fā)送或索取信息。111第六節(jié) PROFI

58、BUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)四、PROFIBUS-DP的主要特點(diǎn) PROFIBUS-DP (Distrbuted Peripheral) 協(xié)議是為滿足自動(dòng)化工廠中分散I/O和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間所需要的高速數(shù)據(jù)通信的需求而設(shè)計(jì)的。用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸1K字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)和1K字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)，所需時(shí)間小于2 ms。一般用于單主場(chǎng)合。 1、PROFIBUS-DP總線循環(huán)時(shí)間 中央控制器(主站)周期地讀取從站的輸入信息，并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時(shí)間必須小于中央控制器(主站)的程序循環(huán)時(shí)間，一般情況下主站程序循環(huán)時(shí)間不會(huì)高于10ms。主站和從站都能對(duì)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行監(jiān)控。112第六節(jié) PROFIB

59、US通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)四、PROFIBUS-DP的主要特點(diǎn) 2、PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型 PROFIBUS-DP允許構(gòu)成多主站系統(tǒng)（一般是單主站），這就為系統(tǒng)配置提供了高度的靈活性。PROFIBUS-DP系統(tǒng)一般有如下三種不同類型的設(shè)備：（1） 一級(jí)DP主站 (DPMl) 一級(jí)DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的從站交換信息。典型的主設(shè)備包括可編程序控制器(PLC)、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、數(shù)控設(shè)備(CNC)和機(jī)器人控制器。113第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)四、PROFIBUS-DP的主要特點(diǎn) 2、PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型（2） 二級(jí)DP主站 二

60、級(jí)DP主站是觸摸屏、操作面板或編程器、組態(tài)設(shè)備等。它們?cè)贒P系統(tǒng)控制操作和組態(tài)時(shí)使用，以達(dá)到系統(tǒng)操作和監(jiān)視的目的。（3）DP從站 DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍沒備，這些外圍沒備可以成為DP從站：數(shù)字或模擬的輸入偷出設(shè)備、直流調(diào)速器、變頻器、閥門等.114第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)五、PROFIBUS協(xié)議專用集成電路及接口電路 115直流調(diào)速器網(wǎng)卡與主控制板的安裝過程網(wǎng)卡主控板基板基板架機(jī)殼116直流調(diào)速器網(wǎng)卡與主控制板的安裝過程117第六節(jié) PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)六、PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)過程及數(shù)據(jù)傳輸命令1、PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)過程 PR