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            EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計應(yīng)用 > PROFIBUS 現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

            PROFIBUS 現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

            作者: 時間:2016-12-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            PROFIBUS作為一種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),在世界市場上已被普遍接受并得到廣泛運(yùn)用。本培訓(xùn)教程全面闡述了PROFIBUS的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用模式和產(chǎn)品開發(fā)方法。

            PROFIBUS的系統(tǒng)模型如下:

             

            PROFIBUS是國際性的、開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)
            (1)PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn) EN 50170 是完整的、開放的、與制造商無關(guān)的、已經(jīng)生效的
            (2)穩(wěn)固的 PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)世界范圍的用戶和制造商的投資
            (3)PROFIBUS 經(jīng)實(shí)踐證明并在世界范圍內(nèi)已安裝使用的設(shè)備超過1,500,000 個。(截止于1997年四季度)
            PROFIBUS給客戶的好處
            (1)節(jié)省硬件和安裝費(fèi)用
            減少硬件成份 (I/O, 終端塊、隔離)
            更容易、更快捷和低成本的安裝
            (2)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
            (3)更大的制造靈活性
            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)
            ※ PROFIBUS減少40%的安裝費(fèi)用:

            ※ 1,200多個產(chǎn)品(到1998年1季),一個標(biāo)準(zhǔn)
            到目前為止,已250家不同的制造商可提供 1,200 多個產(chǎn)品,你可免費(fèi)獲得最新的 PROFIBUS電子產(chǎn)品指南的拷貝:
            (1)從每一個PROFIBUS用戶的CD-ROM或軟盤
            (2)或訪問PROFIBUS的國際網(wǎng)頁http://www.profibus.com
            ※ 產(chǎn)品范圍快速增長

            ※ 產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣泛
            ※ 經(jīng)認(rèn)證的產(chǎn)品確?;ゲ僮餍?br />(1)PROFIBUS 國際已經(jīng)建立了質(zhì)量認(rèn)證系統(tǒng),包括產(chǎn)品的一致性和互操作性的測試
            (2)幾百個產(chǎn)品已經(jīng)通過了認(rèn)證
            (3)在歐洲和美國建有這樣的測試實(shí)驗(yàn)室
            (4)經(jīng)認(rèn)證的產(chǎn)品都有一個認(rèn)證號,它們已在 PROFIBUS 電子產(chǎn)品指南中列出
            PROFIBUS 是領(lǐng)先的開放的現(xiàn)場總線系統(tǒng)
            •獨(dú)立的市場研究證實(shí), PROFIBUS 在歐洲是市場的領(lǐng)導(dǎo)者,且在世界范圍內(nèi)有最高的增長率。在1997年已安裝的PROFIBUS 基本設(shè)備超過了 1,500,000個,年增長到約20-30%。
            •市場總值 根據(jù)1997 ARC 的市場研究現(xiàn)場總線的世界市場總值大于2百萬個節(jié)點(diǎn), 50%以上是用在歐洲。
            •市場份額 根據(jù)1996 Consultic 關(guān)于德國和歐洲市場的市場研究2 ,PROFIBUS 在歐洲市場中約占 41% 。

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201612/329022.htm


            三種有效的傳輸技術(shù)

            → PROFIBUS 使用兩端有終端的總線拓?fù)?/strong>
            → 在運(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。
            → 提供三種不同的物理層選擇
            (1)RS 485: 用于 DP 和 FMS
            (2)IEC 1158-2: 用于 PA
            (3)光纖: 用于 DP 和 FMS
            PROFIBUS 協(xié)議
            → PROFIBUS 總線訪問協(xié)議(第二層)對三種PROFIBUS 版本(FMS/DP/PA)均相同
            → 這使通信透明和FMS/DP/PA 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域容易組合
            → 因?yàn)?FMS/DP 使用相同的物理介質(zhì) (RS-485/FO) ,因此它們能組合在同一根電纜上。

            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<2 ms
            •強(qiáng)有力的工具,減少組態(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)
            典型的PROFIBUS-DP系統(tǒng)組成:

            PROFIBUS-PA(PA = Process Automation) 的特點(diǎn)
            •基于擴(kuò)展的 PROFIBUS-DP 協(xié)議和 IEC 1158-2 傳輸技術(shù)
            •適用于代替現(xiàn)今的 4...20 mA 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-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?br />•FMS 提供一個 MMS-功能子集 (MMS 即 Manufacturing Message Specification, 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

            開放的組態(tài)允許即插即用
            PROFIBUS ASICs 提供大量產(chǎn)品的關(guān)鍵
            •對PROFIBUS許多 ASICs 芯片是有效的
            •對 PROFIBUS-DP 用單個芯片即可解決
            •對 FMS/DP/PA,與處理器無關(guān)的外圍芯片
            •對FMS/DP,帶 PROFIBUS 核心功能的微控制器
            優(yōu)點(diǎn):
            •對制造商而言,減少實(shí)現(xiàn)費(fèi)用
            •對一個接口的價格減至小于 US $ 25
            PROFIBUS國際
            •超過 650 個會員
            •20個地區(qū)用戶協(xié)會
            •一個很強(qiáng)大的組織

            PROFIBUS技術(shù)培訓(xùn) —— 典型應(yīng)用
            PROFIBUS 已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用
            到1997年四季度,實(shí)際應(yīng)用超過150,000個,應(yīng)用領(lǐng)域包括:
            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
            電力工業(yè)和電力輸送
            發(fā)電廠
            開關(guān)裝置
            1 PROFIBUS 在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用
            例如,在 Bochum 的 GM (Opel) 工廠
            (1)對每個車身,PROFIBUS-DP控制機(jī)器人處理2,000多個焊接操作
            (2)PROFIBUS-DP用在組裝線上,每天生產(chǎn)1,200輛轎車
            (3)PROFIBUS-DP用在沖壓車間,每天處理22,000噸鋼材
            在 OPEL 工廠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

            2 PROFIBUS 在樓宇自動化中
            例如,在法國的 Bibliotheque Nationale
            PROFIBUS 控制四個 80 米高的塔樓
            總面積 360,000 m2
            容積約11,000,000 m3
            PROFIBUS 任務(wù)包括
            報警管理
            能量優(yōu)化
            監(jiān)視
            技術(shù)設(shè)備的控制
            操作服務(wù)間的可靠、有效的通信、
            3 PROFIBUS 在過程自動化中
            在 1997 年四季度已銷售出 15,000 多個 Profibus - PA 的設(shè)備
            ※ ROFIBUS-PA在 WACKER 化工廠的應(yīng)用
            WACKER 化工廠簡介
            •由Dr. Alexander Wacker 建立于1914年10月13日
            •1992年,員工13,000 人, 32億德國馬克的營業(yè)額
            •主要生產(chǎn)硅和膠制品
            WACKER 化工廠項目實(shí)施情況
            •項目從1997年1月開始
            •使用儀器儀表和控制設(shè)備總價值500萬馬克
            •1,000個PROFIBUS-PA的傳感器和執(zhí)行器

            化工廠為什么選擇PROFIBUS - PA?
            •節(jié)省 50% 以上的規(guī)劃、設(shè)計和安裝成本
            •適應(yīng)本質(zhì)安全區(qū)安裝
            •由于集中組態(tài)工具,容易維修
            儀器儀表和控制部門的負(fù)責(zé)人 Mr. H. Krummen對此評論:
            “由于PROFIBUS-PA 的使用,使新的生產(chǎn)線的設(shè)計、安裝費(fèi)用節(jié)省 超過2百萬馬克,
            此外,本質(zhì)安全能力和一個組態(tài)工具對所有儀器儀表都適用,這就意味著PROFIBUS-PA
            完全符合NAMUR* 所期望的準(zhǔn)則。”
            ※ PROFIBUS-PA在 bitburger啤酒廠的應(yīng)用
            •bitburger啤酒廠每年生產(chǎn) 350,000 噸, 在歐洲是最大的
            Bitburger為什么選擇 PROFIBUS-PA?
            •由于容易安裝,節(jié)省成本
            •由于集中組態(tài),建立系統(tǒng)簡單
            •由于提高了準(zhǔn)確性,工廠有更高安全性和有效性
            •由于減少了維護(hù),而節(jié)省成本
            •由于是開放的國際標(biāo)準(zhǔn),使投資安全

            PROFIBUS技術(shù)培訓(xùn) —— 安裝與布線
            傳輸特點(diǎn) (1)
            高速 (H2), RS 485
            依據(jù) RS 485,異步 NRZ 傳輸
            波特率從 9.6 kBit/s 到 12 MBit/s,可選
            雙絞屏蔽電纜
            每段 32 個站,最多允許 127 個站

            距離: 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m
            中繼器距離可延長到 10 公里
            9 針, D 型插頭

            傳輸特點(diǎn) (2)
            低速 (H1), IEC 1158-2
            同步 Manchester 編碼, 31.25 kBit/s
            本質(zhì)安全 (可選) 和通過總線對站供電 (可選)
            屏蔽或非屏蔽的雙絞電纜
            每段距離達(dá) 1900 米,用中繼器可延長到 10 公里
            最多 127 個站, 每段 10-32 個設(shè)備 (依賴于 EX-類型和供電消耗)
            PROFIBUS 電纜要求 - IEC 1158-2
            電纜設(shè)計: 屏蔽雙絞電纜
            導(dǎo)線面積: 0.8毫米2(AWG 18)
            回路電阻: 44 ? / km
            阻抗 (在31.25 KHz時): 100 ? +/- 20%
            衰減 (在39 KHz時): 3dB / km
            每單位長度的電容: 2nF / km
            對 IEC 1158-2 傳輸?shù)碾娎|被列在 PROFIBUS 電子產(chǎn)品指南中
            PROFIBUS 電纜要求 - RS 485
            參數(shù) 電纜類型 A
            電纜設(shè)計 屏蔽雙絞電纜
            浪涌阻抗 135 ... 165 ?
            回路電阻 110 ? / km
            線徑 0.64 mm
            線截面積 > 0.34 mm
            每單位長度的電容 < 30 pF / m
            PROFIBUS 電纜被列在 PROFIBUS 電子產(chǎn)品指南中。

            PROFIBUS 電纜長度 (對 RS 485)
            波特率( kBit/s) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000
            線長(m, A類電纜) 1200 1200 1200 1000 400 200 100
            長度可以用中繼器來延長
            9 針D 型連接器的針腳分配 (為RS 485用)
            對 PROFIBUS-DP/FMS 提供的連接器類型是9 針 D 型連接器
            插座部分被安裝在設(shè)備上
            如果其他連接器能提供必要的命令信號的話,也允許使用

            拓樸
            PROFIBUS 支持總線型,樹型和星型拓?fù)?br />•這里提供的拓?fù)涫强偩€型拓?fù)?br />•在總線的開頭和結(jié)尾必須有終端
            一段可以由最多 32 個站*組成


            RS-485 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位順序
            每個八位二進(jìn)數(shù)(1字節(jié))按 11 位的順序被傳輸
            最小的有效位 (LSB) 被第一個發(fā)送
            最大的有效位 (MSB) 被最后發(fā)送
            每個八位二進(jìn)數(shù)都補(bǔ)充三位,即開始、終止和奇偶校驗(yàn)位
            此編碼原理稱 NRZ (即 Non Return to Zero)

            信號電平

            1 = 數(shù)據(jù)傳輸開始
            2 = 空閑段、無數(shù)據(jù)傳輸、總線終端終止的電平
            冗余性提高了系統(tǒng)的可靠性

            PROFIBUS技術(shù)培訓(xùn) —— 總線協(xié)議


            PROFIBUS 總線訪問方式兼有多主通信和主從通信

            總線訪問協(xié)議的特征 (1)
            混合總線訪問協(xié)議
            主站間的邏輯令牌環(huán)
            主從站間的主從協(xié)議
            主站
            主動站在一個限定時間內(nèi) (Token Hold Time) 對總線有控制權(quán)
            從站
            從站只是響應(yīng)一個主站的請求,它們對總線沒有控制權(quán)
            PROFIBUS 總線訪問協(xié)議 (FDL)的特點(diǎn)
            •主站或從站可以在任何時間點(diǎn)接入或斷開。FDL 將自動地重新組織令牌環(huán)。
            •令牌環(huán)調(diào)度確保每個主站有足夠的時間履行它的通信任務(wù)。因此,用戶必須計算全部目標(biāo)令牌環(huán)時間 (TTR)。
            •總線訪問協(xié)議有能力發(fā)現(xiàn)有故障的站、失效的令牌、重復(fù)的令牌、傳輸錯誤和其他所有可能的網(wǎng)絡(luò)失敗。
            •所有信息(包括令牌信息)在傳輸過程中確保高度安全,以免傳輸錯誤。
            海明距離 HD = 4
            令牌調(diào)度原理
            •在多主網(wǎng)絡(luò)中,令牌調(diào)度必須確保每個主站有足夠的時間完成它的通信任務(wù)
            •用戶組織全部目標(biāo)令牌循環(huán)時間 (TTR) 進(jìn)入所有主站的通信任務(wù)帳戶。
            •每一個主站根據(jù)下列公式計算它接收令牌后完成它的通信任務(wù)的時間(TTH)
            TTH = TTR - TRR
            TTH = 持有令牌時間
            TTR = 目標(biāo)令牌循環(huán)時間
            TRR = 實(shí)際令牌循環(huán)時間
            FDL 狀態(tài)圖

            重要的 PROFIBUS 電文結(jié)構(gòu)


            圖例: TRDY = 準(zhǔn)備時間 TSDR = 站響應(yīng)時間 TSYN = 同步時間
            數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)及其用法

            服務(wù)存取點(diǎn) (SAP)
            在 PROFIBUS 數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層之間的接口處,服務(wù)存取點(diǎn)被用來交互作用
            請求站的服務(wù)存取點(diǎn)叫做源服務(wù)存取點(diǎn)(= SSAP)
            響應(yīng)站的服務(wù)存取點(diǎn)叫做目的服務(wù)存取點(diǎn) (= DSAP)
            服務(wù)存取點(diǎn)對 FMS 和 DP/PA 有著不同的功能
            對 FMS: 它們被用于區(qū)分站之間的邏輯連接
            對 DP/PA: 它們被用于選擇不同的功能。



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