PROFIBUS传输技术.ppt

第三章 PROFIBUS 现场总线,Profibus传输技术,现场总线系统的应用取决于选用的传输技术 由于单一的传输技术不可能满足所有的要求，故Profibus提供3种类型的传输： Profibus-DP和Profibus-FMS的RS485传输 Profibus-PA的IEC1158-2传输 DP和FMS的光纤传输,Profibus传输技术,Profibus-DP和Profibus-FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议，因此这两套系统可在同一根电缆上同时操作 RS485传输是Profibus最常用的一种，通常称为H2，采用屏蔽双绞铜线电缆，共用一根导线对，适用于需要高速传输和设施简单而又便宜的各个领域RS485传输技术的基本特性如表所示1）RS485传输技术,（1）RS485传输技术,RS485操作容易，总线结构允许增加或减少站点，分步投入不会影响到其他站点操作传输速度可选用9.6Kbps～12Mbps，一旦设备投入运行，全部设备均需选用同一传输速度电缆的最大长度取决于传输速度，如表所示1）RS485传输技术,Profibus的RS485的传输过程是建立在半双工、异步、无间隙同步化的基础上的。

数据的发送使用NRZ（不归零）编码，即一个字符帧为11位（bit）RS-485总线段的结构,（2）用于Profibus-PA的IEC1158-2传输技术,IEC1158-2传输技术能满足化工和石化工业的要求，可保持其本质安全性，现有设备通过总线供电 一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称之为H1，用于Profibus-PA传输媒介是屏蔽的或不屏蔽的双绞线2）用于Profibus-PA的IEC1158-2传输技术,IEC1158-2传输技术以特性: 数据传输数字式、位同步、曼彻斯特码 传输速率通信速率为31.25kbit/s,与系统结构和总线长度无关 数据可靠性前同步信号，采用起始和终止限定符，以避免误差,（2）用于Profibus-PA的IEC1158-2传输技术,IEC1158-2传输技术以特性: 传输介质可采用屏蔽双绞线电缆，也可以采用非屏蔽双绞线电缆 远程电源供电 防爆型能进行本安和非本安操作 站点数每段最多32个站；使用中继器最多可到127个站 拓扑结构采用总线型和树形或混合型拓扑结构,（2）用于Profibus-PA的IEC1158-2传输技术,PA总线结构: 总线的最大长度取决于电源、传输介质的类型和总线站点的电流损耗。

3）光纤传输技术,在电磁干扰很大的环境下应用Profibus系统时，可使用光纤导体以延长高速传输的最大距离 便宜的塑料光纤为距离在50m以内时使用，玻璃光纤为距离小于15km时使用 许多厂商提供专用的总线插头可将RS485信号转换成光纤信号，或将光纤信号转换成RS485信号4.1.3总线仲裁,Profibus总线均使用单一的总线仲裁协议，通过OSI参考模型的第2层实现，包括数据的可靠性以及传输协议和报文的处理 在Profibus中，第2层称为现场总线数据链路（Fieldbus Data Link，FDL），媒体访问控制（MAC）具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在任何时刻只能有一个站点发送数据4.1.3总线仲裁,Profibus协议的设计旨在满足媒体访问控制的基本要求： 在复杂的主站间通信，必须保证在精确定义的时间间隔内，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务； 在可编程控制器和简单的I／O设备（从站）间通信时，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输4.1.3总线仲裁,Profibus总线存取协议包括主站之间的令牌传递方式和主站与从站之间的主从方式令牌传递程序保证了每个主站在一个确切规定的时间框内得到总线存取权（令牌），令牌在所有主站中循环的最长时间是事先规定的。

在Profibus中，令牌只在各主站之间通信时使用 主从方式允许主站在得到总线存取令牌时可与从站通信，每个主站均可向从站发送或索取信息，通过这种方法有可能实现下列系统配置：纯主-从系统，纯主-主系统（带令牌传递）和混合系统3.2 PROFIBUS的传输技术,1.DP/FMS(RS-485)的传输技术2.DP/FMS(光纤电缆)的传输技术3.PA的IEC 61158-2传输技术,1.DP/FMS(RS-485)的传输技术 屏蔽双绞电缆符合EIA RS-485标准(也称H2) 总线段的两端各有一个终端器 传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选,（1）传输程序 半双工、异步、无间隙同步 NRZ（不归零）编码 “1”——RXD/TXD-P（Receive/Transmit-Data-P）线上的正电位，而在RXD/TXD-N线上则正相反 各报文的空闲（idle）状态对应于二进制“1”信号 A线对应于RXD/TXD-N信号，而B线对应于RXD/TXD-P信号2）总线连接 国际性的PROFIBUS标准EN50170推荐使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接（9针头） D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接。

3)总线终端器 根据EIA RS-485标准，在数据线A和B两端均加接总线终端器 空闲状态：确定的空闲电位 可以由跳接器或开关来启动 传输速率大于1.5Mbit/s时，由于所连接站的电容性负载而引起导线反射，因此必须使用附加有轴向电感的总线连接插头4）传输技术 网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻； 传输速率： 9.6kbit/s—12Mbit/s； 介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）； 站点数：每段32站（无中继），127站（有中继）； 插头连接：9针D型插头,（5）拓扑结构,2.DP/FMS(光纤电缆)的物理层 PROFIBUS第1层的另一种类型是通过光纤导体中光的传输来传送数据 站之间的距离最大到15km 用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆可用作传输介质 玻璃光纤能处理的连接距离达到15km，而塑料光纤只能达到80m连接技术 (1)OLM技术 (Optical Link Module),(2)OLP技术 (Optical Link Plug),（3）集成的光纤电缆连接 使用集成在设备中的光纤接口将PROFIBUS节点与光纤电缆直接连接 （4）OBT（Optical Fiber Bus Terminal，光纤总线终端） 一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUS站或一个RS-485段可以通过OBT连接到一个光纤电路。

3.PA的物理层 （1）数据传输 非直流传输的位同步、曼彻斯特编码 (也称H1编码) 数据的发送采用对总线系统的基本电流IB调节9mA的方法实现 PROFIBUS-PA的数据传输,,,（2）总线连接 （PA 总线段的结构）,（3）拓扑结构 树型结构是典型的现场安装技术，现场分配器负责连接现场设备与主干总线，所有连接在现场总线上的设备通过现场分配器进行并行切换总线型结构：提供了与供电电路安装类似的沿现场总线电缆的连接点，现场总线电缆可通过现场设备连接成回路，其分支线也可连接一个或多个现场设备树型与线型的组合结构：基于IEC61158-2传输技术总线段与基于RS485传输技术总线段可以通过DP/PA耦合器或链接器相连，耦合器使RS485信号和IEC61158-2信号相适配4） IECl158-2传输技术特性： 数据传输:数字式、位同步、曼彻斯特编码; 传输速率:31.25kbit/s，电压式; 数据可靠性:前同步信号，采用起始和终止界定符避免误差; 电缆:双绞线，屏蔽式或非屏蔽式;,远程电源供电:可选附件，通过数据线; 防爆型:能进行本征及非本征安全操作; 拓扑:总线形或树形，或两者相组合; 站数:每段最多32个，总数最多为126个; 中继器:最多可扩展至4台。

3.2.2 现场总线数据链路层,根据OSI参考模型，数据链路层规定总线存取控制、数据安全性以及传输协议和报文的处理 在PROFIBUS中，数据链路层 (第2层)称为FDL层 (现场总线数据链路层) PROFIBUS的报文格式,PROFIBUS的报文格式： 1.有固定信息字段长度的格式 2.带数据的有固定信息字段长度的格式 3.有可变信息字段长度的格式 4.短应答 5.令牌报文,L:信息字段长度 SC(单字符):单字符，仅用于应答 SD1—SD4(起始界定符):起始字节，用于区别不同的报文格式 LE/LEr:长度字节，指出可变长报文中信息字段的长度 DA(目的地址):目的地址字节，指出将接收此信息的站FC(帧控制):控制字节，包含用于此信息的服务和此信息的优先权的详细说明 DU:数据单元，包含报文的有用信息，必要时还包含扩展地址的详细说明 FCS(帧校验顺序):校验字节，包含报文校验和 (不进位地加所有报文字节的和) ED(终止界定符):终止字节，指出此报文终止第2层报文格式提供高级的传输安全性，海明距离HD=4检查以下类型错误： 字符格式出错 (奇偶校验，溢出，帧出错) 协议出错 起始和终止界定符出错 帧校验字节出错 点对点的数据传输 广播和群播通信的多点传输,第2层提供的数据服务如下: 1)发送数据需应答 (SDA) 2)发送数据无需应答 (SDN） 3）发送和请求数据需回答 (SRD) 4）循环地发送和请求数据需回答 (CSRD)。

上一层通过第2层的SAP(服务存取点)调用这些服务：SSAP(源服务存取点)和DSAP(目的服务存取点)3.2.3 应用层,PROFIBUS的应用层由FMS接口(现场总线报文规范)和LLI接口(低层接口)组成 在不同的应用中，具体需要的功能范围必须与具体应用相适应，这些适应性定义称为行规 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l. PROFIBUS-FMS行规 （1）控制器间的通信 (3.002):可编程控制器 (PLC)之间通信的FMS服务 （2）楼宇自动化行规 (3.001):对楼宇自动化系统使用FMS进行监视、闭环和开环控制、操作控制、报警处理及系统档案管理作了描述 （3）低压开关设备 (3.032):通过FMS在通信过程中低压开关设备的应用行为2.PROFIBUS-DP行规 PROFIBUS-DP只使用了第1层和第2层而用户接口定义了PROFIBUS-DP设备可使用的应用功能以及各种类型的系统和设备的行为特性 （1）NC/RC行规 (3.052):机床和装配机器人 （2）编码器行规 (3.062):回转式、转角式和线性编码器与PROFlBUS-DP的连接。

（3）变速传动行规 (3.071):传动技术设备生产厂商共同制定了PROFIDRIVE行规 （4）操作员控制和过程监视行规 (HMI):通过PROFIBUS-DP与更高一级自动化部件的连接3.PROFIBUS-PA行规 PROFIBUS-PA行规保证了不同厂商所生产的现场设备的互换性和互操作性，PA行规的任务是选用各种类型现场设备真正需要的通信功能，对所有通用的测量变送器和其他被选类型的设备作了具体规定: （1）压力、液位、温度和流量用测量变送器 （2）数字量输人和输出 （3）模拟量输人和输出 （4）阀门 （5）定位器,3.3 PROFIBUS-DP的总线设备类型和数据通信,3.3.1 概述 3.3.2 DP设备类型 3.3.3 DP设备之间的通信 3.3.4 PROFIBUS-DP循环 3.3.5 采用交叉通信的数据交换 3.3.6 设备数据库文件,3.3.1 概述,PROFIBUS-DP协议是为自动化制造工厂中分散的I/0设备和现场设备所需要的高速数据通信而设计的 典型的DP配置是单主站结构 DP主站与DP从站间的通信基于主-从原理，一个报文循环由DP主站发出的请求帧 (轮询报文)和由DP从站返回的有关应答或响应帧组成。

单 主 站 结 构,。