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Profibus现场总线教程


一 现场总线的概念
什么是现场总线 现场总线在自动化系统中所处的位置 现场总线对自动控制系统和自动化系统的影响 使用现场总线技术给用户带来的好处

什么是现场总线
?现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控 现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/ 制室内的自动控制装置/ 制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行 数字式 生产过程”包括断 多点 双向通信的数据总线 其中 “生产过程 包括断 生产过程 续生产过程和连续生产过程两类 ?或者 现场总线是以单个分散的数字化 智能化的测 量和控制设备作为网络节点 用总线相连接 实现相互 交换信息 共同完成自动控制功能的网络系统与控制系 统

现场总线在自动化系统中的位置
工厂级
总线循环 时间
< 1000 ms

区域控制器

MMS, TCP/IP Backbone
PC/VME

车间级
总线循环 时间
< 100 ms

CNC

Host
PROFIBUS-FMS

VME/PC

PLC
PLS

现场级
PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA 现场 设备 变送器 现场 设备

总线循环 时间
< 10 ms

驱动器

输入 输出

传感器

传统方式 现场级设备与控制器之间连接采用一对一所谓I/O接线方式 4-20mA或24VDC信号

传递

车间级
ASCII Printer ASCII Printer

车间级监控网

控制器
I/O连线 现场信号 4-20mA/24VDC I/O连线 现场信号 4-20mA/24VDC

控制器

去工厂骨干网

现场总线技术 主要特征是采用 数字式通信方式 取代设备级的 4-20mA(模拟量 /24VDC 开关 量 信号 使用 一根电缆连接所 有现场设备

ASCII Printer

ASCII Printer

车间级监控网 控制器

控制器

现 场 总 线

现 场 总 线

现场总线对自动控制系统和自动化系统的影响 传统的信号制将由4-20mA模拟信号制转换为双向数字通信 的现场总线 信号制 自动控制系统的体系结构 将由模拟与数字的分散型控制系统 (DCS)转换为全数字现场总线控制系统(FCS) 进而 自动控制 系统的设计方法和安装调试方式也将发生重大的变化 现行的现场设备和仪表的产品结构将发生重大变革 现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中 企业信息网络的底层 动化提供了可行的基础 形成为

从而为实现企业信息集成和企业综合自

使用现场总线技术给用户带来的好处
节省硬件成本 设计 组态 安装 调试简便 系统的安全 可靠性好 减少故障停机时间 系统维护 设备更换和系统扩充方便

用户对系统配置 设备选型有最大的自主权
完善了企业信息系统 为实现企业综合自动化提供了 基础

100%
100%

22% 27%
50%

57% 12% 22%
工程费

51% 23%
0%
Today (4...20mA) Hardware
硬件

组装费

硬件费

PROFIBUS Assembly
组装

Engineering
工程



PROFIBUS 技术及标准化
PROFIBUS技术的由来 技术的由来 现场总线欧洲标准的结构 现场总线国际标准 IEC 61158 的形成 中国现场总线标准化工作的现状

PROFIBUS技术的由来 技术的由来
87年由 年由Siemens公司等 家企业和 家研究机构联合开发 公司等13家企业和 年由 公司等 家企业和5家研究机构联合开发 89年批准为德国工业标准 DIN 19245 年批准为德国工业标准 96年批准为欧洲标准 年批准为欧洲标准EN 50170 V.2 (PROFIBUS-FMS/-DP) 年批准为欧洲标准 98年PROFIBUS-PA批准纳入 年 批准纳入EN 50170 V.2 批准纳入 9 9年PROFIBUS成为国际标准 IEC 61158 的组成部分 年 成为国际标准 (Type III). 2001年批准成为中国的行业标准 年批准成为中国的行业标准JB/T 10308.3-2001 年批准成为中国的行业标准

PROFIBUS协议模型与 协议模型与ISO/OSI协议模型的关系 协议模型与 协议模型的关系 应 用 过 程 7 6 5 4 3 2 1
应用层 表达层 会话层 传输层 网络层
数据链路层

用户层 7
应用层 3-6层未使用 FMS LLI
FMA7

物理层

2 1

数据链路层 物理层

FDL PHY

网 络 管 理
FMA1/2

ISO/OSI模型 模型

PROFIBUS协议模型 协议模型

PROFIBUS 协议结构

FMS
Layer FMS 设备行规

DP
DP行规 行规

PA
PA行规 行规 DP扩展功能 扩展功能

用户层

DP 基本功能
应用层 (7) (3)-(6)

现场总线信息规范

未使用 现场总线数据链路 RS-485 / 光纤
EN 50 170 DIN E 19245 T4

数据链路层 (2) 物理层 (1)

IEC 接口 IEC 1158-2
行规

现场总线欧洲标准的结构
CLC TC65C X
EN EN 50170 P-Net, PROFIBUS, WFIP, FF, Control Net EN EN 50254 DP, DWF, INTERBUS prEN EN 50325 Device Net, SDS

对应IEC TC65

CLC TC17 B
EN EN 50295

对应IEC TC17B
(AS- I)

现场总线国际标准 IEC 61158 的形成
IEC 61158 的 目 标
Industrial Automation Process Control Factory Automation

Continuous Process Control

Batch Process Control

Materials Handling Control

Robotics

Numerical Control

1998 年
IEC 61158

形成 IEC 61158
TS

TS
相当于 FF H1

1999 年 12月通过 月通过
Type 2:Control Net Type 3:PROFIBUS Type 4:P-Net Type 5:FF HSE Type 6:Swift Net Type 7:WorldFIP Type 8:Interbus

+ Add.Protocols

Merged IEC 61158

国际标准 IEC 61158

2001年各总线又 对IEC 61158作了充实 其中纳入PROFIBUS DP-V1,DP-V2以 及PROFInet (Type 10)

国际标准 IEC 61158 -2000 的文本包括 Part 1: Introductory guide Part 2: Physical Layer Specification and Service Definition Part 3: Data Link Layer Service Definition Part 4: Data Link Layer Protocol Specification Part 5: Application Layer Service Definition Part 6: Application Layer Protocol Specification Part 7: System Management Part 8: Conformance Testing

新IEC 61158

2002

所包含的通信类型
Type 1/5/9 FF+HSE

IEC 61158 (4,460 页

2002

Type 2 ControlNet/EthernetIP Type 3 +10 PROFOBUS +PROFInet Type 4 P-Net Type 6 Swift-Net

IEC 61784 2002 250 页

Type 7 WoeldFIP Type 8 INTERBUS

新IEC 61158 Type 3 +10所包含的内容 所包含的内容
Type 3 +10 PROFIBUS +PROFInet PROFIBUS DP-V0 PROFIBUS DP-V1 PROFIBUS DP-V2 RS 485,RS 485-IS Optical(Plastic,Glass,PCF)MBP, MBP-IS(PROFIBUS PA PhL),MBP-LP PROFInet 新增部分

中国现场总线标准化工作的现状
多种现场总线共存 由用户根据各自需要进行选择 形成 国际标准IEC 61158 的文本结构作适当调整 对国际标准 多种总线的标准文本 多种总线的标准文本 标准

并根据中国用户应用和产品开

发的需要建立相应的行业标准 发的需要建立相应的行业标准 同时跟踪并参与国际 现场总线标准技术的新发展 同时跟踪并参与国际IEC现场总线标准技术的新发展 国际 现场总线 2001年 年 中国将FF 中国将 PROFIBUS HART等立项为行 等立项为行 已于2001 已于

业标准 其中

PROFIBUS标准 中文本 标准

月批准为中国的行业标准 年11月批准为中国的行业标准 月批准为中国的行业 编号 JB/T 10308.3-2001

CPO 在标准化方面将要做的工作
根据IEC 61158 2002 新增内容 在JB/T 10308.3-2001的基础上 增做以下的标准 1 PROFIBUS DP-V1 主要内容包括非循环数 据交换 报警模型 以及更复杂的数据类型的传 输等 2 PROFIBUS DP-V2 主要内容包括用于运动 控制的时钟同步数据传输 从站对从站通信和位 置反馈接口 以及驱动器的设定值和实际值的标 准化配置等 PROFInet 3 PROFI 4 对应于IEC 61158 Type 10 包含在IEC 61804中

PROFIBUS PA行规 行规



PRFIBUS国际组织 国际组织

PI

现状

89年12月 年 月

在产品中采用PROFIBUS规范的企业组成 规范的企业组成 在产品中采用 PNO 德国 PI 目前 在23个工 个工

PROFIBUS 用户组织

95年成立 年成立PROFIBUS国际组织 年成立 国际组织

业国家和地区成立了地区性组织 有22个资格中心 个资格中心 PCC

会员超过1100家 家 会员超过

7个产品测试实验室 个产品测试实验室 CPO 下 挂在

97年7月成立中国 年 月成立中国PROFIBUS用户组织 用户组织 月成立中国 中国机电一体化技术应用协会

CAMETA

中国PROFIBUS用户组织 中国PROFIBUS用户组织 PROFIBUS
CPO于1997年 于 年 一个专业委员会 CPO是一个非赢利的社团组织 是一个非赢利的社团组织 门与企业 目前 研究院所

CPO 简况

7月在北京成立 它是 月在北京成立 它是CAMETA下的 下的 它在中国政府有关部

大学之间起桥梁作用

CPO有120多个会员 有 多个会员(Full /Informative member), 多个会员 联系人 传真 刘云男 晏波

其中有20多家企业正在从事 其中有 多家企业正在从事PROFIBUS产 品 的研发 多家企业正在从事 产 CPO秘书处现有5名工作人员 地址 电话 E-mail 010-62029218 北京德胜门外教场口1号 profibus@public.bta.net.cn 邮编 100011

010-62017873

CPO的主要任务 CPO的主要任务
推广PROFIBUS技术及其成功的应用实例 技术及其成功的应用实例 推广 支持CPO会员的市场开拓及其用户的应用 会员的市场开拓及其用户的应用 支持 支持CPO会员及有关企业开发 会员及有关企业开发PROFIBUS产品 支持 会员及有关企业开发 产品 开展现场总线的中国市场调研 参与我国有关现场总线的标准化工作 会员发送有关PROFIBUS技术资料及其它服务 技术资料及其它服务 向CPO会员发送有关 会员发送有关 支持CPCC和CPPTL的工作等 和 支持 的工作等

中国PROFIBUS技术资格中心 中国PROFIBUS技术资格中心 PROFIBUS 中国PROFIBUS产品测试中心 中国PROFIBUS产品测试中心 PROFIBUS

CPCC CPPTL

中心主任 地址

唐济扬

教授 邮编 100011

北京德胜门外教场口1号 010-62078264

电话/传真

E-mail:tangjy@riamb.ac.cn

www.c-profibus.com.cn

CPO可提供的服务 CPO可提供的服务
一 资料提供
1. PROFIBUS标准(中 英文版 导则及行规等 DP快速入门等 中文光盘 等 2. PROFIBUS技术手册 应用指南 3. PROFIBUS技术简介

技术培训材料

4. PROFIBUS应用论文集 5. PROFIBUS的技术发展 产品开发 应用动态等

二 技术咨询
1. 技术研讨

技术培训 技术交流
产品介绍 应用交流

2. 用户技术培训 3. 产品开发研讨

三 技术服务,包括用户应用工程技术支持 技术服务 包括用户应用工程技术支持

设备提供和工程实施等

设备 系统演示及PROFIBUS产品的测 四 PROFIBUS-DP/-PA/-FMS设备 系统演示及 产品的测 试认证等

谢 谢 大 家

再 见

CPO

COM - Component Object Model DCOM- Distributed Component Object Model DCS - Distributed Control System OLE - Object Link and Embedding (ActiveX) OPC - OLE for Process Control TCP/IP-Transmission Control Protocol/Internet Protocol HMI - Human-Machine Interface RPC- Remote Process Call UDP- User Datagram Protocol

现场总线PROFIBUS技术简介 现场总线PROFIBUS技术简介 PROFIBUS

现场总线 PROFIBUS 专业委员会 CPO 秘书处


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