1、第六講PROFIBUS現(xiàn)場總線,PROFIBUS,第一部分概論,ProcessFieldbus的縮寫，是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動化；是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)。可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。PROFIBUS由三個兼容部分組成PROFIBUS-DPDecentralizedPeriphery.是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PRO

2、FIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信號傳輸。PROFIBUS-PAProcessAutomation.專為過程自動化設(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。PROFIBUS-FMSFieldbusMessageSpecification.用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時多主網(wǎng)絡(luò)。,概述,通信透明從傳感器執(zhí)行器到區(qū)域控制器,概述,PROFIBUS簇,概述,PROFIBUS給客戶的好處,節(jié)省硬件和安裝費(fèi)用減少硬件成份(I/O,終端塊、隔離柵)更容易、更快捷和低成本的安裝節(jié)省工程費(fèi)用更容易組態(tài)(對所有設(shè)備只需一套工具)更容易保養(yǎng)和維修更容易和更快捷的系統(tǒng)起動更

3、大的制造靈活性改進(jìn)功能減少故障時間準(zhǔn)確、可靠的診斷數(shù)據(jù)可靠的數(shù)字傳輸技術(shù),概述,PROFIBUS產(chǎn)品范圍,概述,PROFIBUS協(xié)議符合ISO/OSI的開放系統(tǒng)參考模型,概述,三種有效的傳輸技術(shù):,提供三種不同的物理層選擇:,RS485:用于DP和FMSIEC1158-2:用于PA光纖:用于DP和FMS,站1,.,站n,PROFIBUS使用兩端有終端的總線拓?fù)湓谶\(yùn)行期間，接入和斷開一個或幾個站不會影響其他站的工作，即使在本質(zhì)安全區(qū)也如此。,概述,PROFIBUS-DP的特點(diǎn):,代替PLC/PC與I/O之間昂貴的電線快速，傳輸1千字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)和1千字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)所需時間2ms強(qiáng)有力的工具，減少

4、組態(tài)和維護(hù)費(fèi)用被所有主要的PLC制造商支持有廣泛的產(chǎn)品:PLC,PC,I/O,驅(qū)動器,閥,編碼器等允許周期性和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸單主和多主網(wǎng)絡(luò)每個站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多可達(dá)244字節(jié),概述,典型的PROFIBUS-DP系統(tǒng),一個典型的PROFIBUS-DP系統(tǒng)的組成:一個PLC/PC作為中央控制器各種外圍設(shè)備，如:數(shù)字或模擬I/OAC或DC驅(qū)動器電磁或氣動閥人機(jī)界面(HMI),概述,基于擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議和IEC1158-2傳輸技術(shù)適用于代替現(xiàn)今的4.20mA技術(shù)僅用一根雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和供電通過串行總線聯(lián)接儀器儀表與控制系統(tǒng)適用于本質(zhì)安全的EEx應(yīng)用區(qū)域可靠的串行數(shù)字傳輸通過

5、一根雙絞電纜進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視對所有設(shè)備只需一個工程工具由于PROFIBUS-PA行規(guī)，保證了互操作性和互換性儀器儀表的維護(hù)和診斷信息,PROFIBUS-PA的特點(diǎn)PA=ProcessAutomation,概述,帶有PROFIBUS-PA的典型系統(tǒng)配置,概述,PROFIBUS-FMS的特點(diǎn):,FMS最佳適用于車間級智能主站間通用的、面向?qū)ο蟮耐ㄐ臚MS提供一個MMS-功能子集（MMS即ManufacturingMessageSpecification,ISO9506)主要應(yīng)用區(qū)域:大數(shù)量的數(shù)據(jù)傳輸，例如程序、數(shù)據(jù)塊等等若干個分散過程部分集成到一個公共過程中智能站間的通信,概述,典型的PROF

6、IBUS-FMS系統(tǒng),主站,概述,開放的組態(tài)允許即插即用,概述,PROFIBUS,第二部分典型應(yīng)用,PROFIBUS已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用,制造業(yè)自動化汽車制造裝瓶系統(tǒng)倉儲系統(tǒng)樓宇自動化交通管理自動化供熱、空調(diào)系統(tǒng)過程工業(yè)自動化清洗工廠化工和石化工廠造紙和紡織品工廠鋼鐵廠電力工業(yè)和電力輸送發(fā)電廠開關(guān)裝置,水泥生產(chǎn),聚合物存儲,膠制品生產(chǎn),釀酒,汽車制造,污水處理,裝瓶工廠,食品生產(chǎn),樓宇自動化,鋼鐵廠,典型應(yīng)用,PROFIBUS在汽車生產(chǎn)中例如，在Bochum的GM(Opel)工廠,歐洲的GM已決定將PROFIBUS作為優(yōu)選的開放現(xiàn)場總線系統(tǒng)在其所有的歐洲工廠中使用,對每個車身，PROFIBUS-D

7、P控制機(jī)器人處理2,000多個焊接操作,PROFIBUS用在沖壓車間，每月處理22,000噸鋼材,PROFIBUS-DP用在組裝線上，每天生產(chǎn)出1,200輛轎車,典型應(yīng)用,在OPEL工廠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖,典型應(yīng)用,項(xiàng)目從1997年1月開始使用儀器儀表和控制設(shè)備總值5百萬馬克1,000PROFIBUS-PA的傳感器和執(zhí)行器,PROFIBUS-PA在化工廠的應(yīng)用,典型應(yīng)用,PROFIBUS-PA在Bitburger啤酒廠的應(yīng)用,典型應(yīng)用,PROFIBUS-PA在DeutscheShellAG的應(yīng)用,典型應(yīng)用,PROFIBUS,第三部分安裝與布線,傳輸特點(diǎn)(1),高速(H2),RS485(DP,FM

8、S)依據(jù)RS485，異步NRZ傳輸波特率從9.6kBit/s到12MBit/s，可選雙絞屏蔽電纜每段32個站，最多允許127個站距離:12MBit/s=100m;1.5MBit/s=400m;0.34mm每單位長度的電容1,000,000,PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),對PROFIBUS-DP智能從設(shè)備用單微控制器的實(shí)現(xiàn)(例，組合I/O),用戶應(yīng)用軟件,應(yīng)用接口和PROFIBUS-DP軟件,用戶應(yīng)用硬件,微控制器:,協(xié)議Asic如SPC3/SPC4IX-1,PBS,總線接口RS485/光纖,地址,數(shù)據(jù),PROFIBUS,PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),對PROFIBUS-DP/FMS智能從設(shè)備復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)(如

9、，用PROFIDRIVE行規(guī)的頻率轉(zhuǎn)換器),帶微控制器的主機(jī),雙RAM,命令,數(shù)據(jù),本地RAM,本地Eprom,協(xié)議lASIC如SPC3,SPC4IX-1,PBS,RS485/光纖接口,16位微控制器,主機(jī)運(yùn)行有關(guān)微控制器的應(yīng)用軟件,PROFIBUS接口運(yùn)行有關(guān)微控制器的協(xié)議軟件,PROFIBUS,PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),PROFIBUS-PA現(xiàn)場設(shè)備接口的實(shí)現(xiàn)(如，PROFIBUS-PA溫度變送器的接口),I,BusconnectiontoIEC1158-2technology,現(xiàn)場設(shè)備PROFIBUS-PA接口是很小的，只需很少的ASICs采用低電耗的微控制器和低電耗的PROFIBUSAS

10、ICs可減少電耗以確保通過總線的供電量小于10mA.可以直接代替現(xiàn)行的“RoundBoards”。,PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),主設(shè)備接口的實(shí)現(xiàn)(如，PLC的PROFIBUS-DP接口),PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),串行PROFIBUS-控制器SPC3(Siemens),總線接口單元,中斷控制器,看門狗,模式/狀態(tài)/參數(shù)寄存器,微序列器,RAM控制器,UART,空閑定時器,波特率發(fā)生器,SPC3內(nèi)部1.5kBRAM,CPU控制線,數(shù)據(jù)線,地址線,TxD,RxD,時鐘分頻輸出,時鐘輸入,PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),串行PROFIBUS-接口(例),PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),75ALS176D差動總線傳輸芯片,

11、PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),PROFIBUS-DP從站智能測控節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì),PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),硬件設(shè)計(jì)(1)-總體,PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),硬件設(shè)計(jì)(2)-數(shù)字量輸入輸出,當(dāng)跳線JP1的1-2短路，JP2的1-2斷開，2-3短路時，DI+和DI-可接一干接點(diǎn)信號當(dāng)跳線JP1的1-2斷開，JP2的1-2短路，2-3斷開時，DI+和DI-可接一有源信號,PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),軟件設(shè)計(jì)(1)-從站初始化,PROFIBUS的實(shí)現(xiàn),軟件設(shè)計(jì)(2)-主程序流程圖,PROFIBUS,第七部分PROFI-NET,自動化領(lǐng)域的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),PROFINET,現(xiàn)場級,控制級,SIMATICNET工業(yè)網(wǎng)絡(luò),

12、PROFINET,挑戰(zhàn)：專用的網(wǎng)絡(luò)和不同的協(xié)議,PROFINET,挑戰(zhàn)：多供應(yīng)商、不同的控制平臺,PROFINET,PROFINET連接自動化,PROFINET,PROFINET開放的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),PROFINET,PROFINET開放的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),PROFINET,PROFINET的亮點(diǎn),PROFINET,PROFInet部件模型,1、工藝模塊PROFInet定義了功能術(shù)語，如“機(jī)械”、“電氣/電子”和“控制邏輯/軟件”，從而形成一種工藝模塊。2、PROFInet部件PROFInet部件代表系統(tǒng)范圍工程設(shè)計(jì)中的一種工藝模塊，它將其自動化功能封裝在一個軟件部件內(nèi)。3、使用XML的部件描述在PROFInet中XML部件文件包含以下數(shù)據(jù)：作為一個庫元素的部件描述、硬件描述、軟件功能描述、部件項(xiàng)目的存取地點(diǎn)。PROFInet以DCOM作為設(shè)備之間的公共應(yīng)用協(xié)議。