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第6章 PROFIBUS现场总线1

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实操派文库一最全的工业动化手册实操派文库一最全的工第6章PROFIBUS现场总线实操派文库最全的Tv6.1计算机控制系统的概念PROFIBUS(Process Fieldbus的缩写)是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他自动化领域。PROFIBUS技术的发展经历了如下过程:■1987年由德国SIEMENS公司等13家企业和5家研究机构联合开发;■1989年成为德国工业标准DN19245;C就是快1996年成为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS-DP);■1998年PROFIBUS-PA被纳入EN50170V.2;■1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分2001年成为中国的机械行业标准JB/T10308.3-2001。PROFIBUS由以下三个兼容部分组成。PROFIBUS-DP:用于传感器和执行器级的高速数据传输,它以DN19245的第一部分为基础,根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充,一般构成单主站系统,主站、从站间采用循环数据传输方式工作。PROFIBUS-PA:对于安全性要求较高的场合,制定了PROFIBUS-PA协议,这由DIN19245的第四部分描、PA具有本质安全特性,实现了IEC1158-2规定的通信规程■PA尤其适用于石油、化工、冶金等行业的过程自动化控制系统。PROFIBUS-FMS:它的设计是旨在解决车间一级通用性通信任务,FMS提供大量的通信服务,用以完成以中等实操派文传输速率进行的循环和非循环的通信任务。为了满足苛刻的实时要求,PROFIBUS协议具有如下特点:(1)不支持长信息段>235B(实际最大长度为255B,数据最大长度244B,典型长度120B)(2)不支持短信息组块功能。由许多短信息组成的长信息包不符合短信息的要求,因此,PROFIBUS不提供这一功能(实际使用中可通过应用层或用户层的制定或扩展来克服这一约束)。■(3)本规范不提供由网络层支持运行的功能。(4)除规定的最小组态外,根据应用需求可以建立任意的服务子集。这对小系统(如传感器等)尤其重要。(5)其他功能是可选的,如口令保护方法等。(6)网络拓扑是总线形,两端带终端器或不带终端器。最全的(7)介质、距离、站点数取决于信号特性,如对屏蔽双绞线,单段长度小于或等于1.2km,不带中继器,每段32个站点。(网络规模:双绞线,最大长度9.6km;光纤,最大长度90km;最大站数,127个)(8)传输速率取决于网络拓扑和总线长度,从9.6kbps到12Mbps不等。(9)可选第二种介质(冗余)。学PC就是快(10)在传输时,使用半双工,异步,滑差(Sipe)保护同步(无位填充)。(11)报文数据的完整性,用海明距离HD=4,同步滑差检查和特殊序列,以避免数据的丢失和增加。(12)地址定义范围为:0~127(对广播和群播而言,127是全局地址),对区域地址、段地址的服务存取地址(服务存取点LSAP)的地址扩展,每个6bit。实(13)使用两类站:主站(主动站,具有总线存取控制权)和从站(被动站,没有总线存取控制权)。如果对实时性要求不苛刻,最多可用32个主站,总站数可达127个。(14)总线存取基于混合、分散、集中三种方式:主站间用令牌传输,主站与从站之间用主一从方式。令牌在由主站组成的逻辑令牌环中循环。,如果系统中仅有二主站则不需要令牌传输。这是一个单主站一多从站的系统。最(15)数据传输服务有两类:■非循环的:有无应答要求的发送数据:有应答要求的发送和请求数据。循环的(轮询):有应答要求的发送和请求数据。PROFIBUS广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其它自动化领域,PROFIBUS的典型应用如图6-1所示。的实操派工厂管理系统工厂管理级总线循环MMS,TCP/IP Backbone时间<1000ms册下载:到实操派PC网关甲车间级总线循环PROFIBUS-FMSC就业自动化手册下载:到"实操派”,学PLC就是快时间<100msPCPLS现场级PROFIBUS-DPPROFIBUS-PA总线循环时间现场远程M现场实操派文库<10ms设备IVO设备传感器传动装置变送器设备图6-1 PROFIBUS的典型应用6.2 PROFIBUS的协议结构■PROFIBUS的协议结构如图6-2所示。全的工业白,DP设备行规PA设备行规基本功能FMS设备行规基本功能用户层扩展功能扩展功能DP用户接口直接数据链路应用层接口DP用户接口映象程序(DDLM)(ALI)直接数据链路‘。映象程序(DDLM)第7层应用层(应用层)现场总线报文规范(FMS)第3-6层未使用第2层数据链路层现场总线数据链路层现场总线EC接口实操(数据链路层)数据链路(FDL)数据链路(FDL)第1层物理层物理层IEC1158-2(物理层)(RS-485/LWL)(RS-485/LWL)的工业图6-2 PROFIBUS的协议结构6.2.1 PROFIBUS-DP的协议结构■PROFIBUS-DP使用第1层、第2层和用户接口层,第3到第7层未用,这种精简的结构确保高速数据传输。物理层采用RS-485标准,规定了传输介质、物理连接和电气等特性。■PROFIBUS-DP的数据链路层称为现场总线数据链路层(FDL,Fieldbus Data Link layer)C就是快■这种为高速传输用户数据而优化的PROFIBUS协议特别适用于可编程控制器与现场级分散VO设备之间的通信。实操派文库最全的T实操派文库最全的T6.2.2 PROFIBUS-FMS的协议结构■PROFIBUS-FMS使用了第1层、第2层和第7层。应用层(第7层)包括FMS(现场总线报文规范)和LL!(低层接口)。FMS包含应用协议和提供的通信服务。LL建立各种类型的通信关系,并给FMS提供不依赖于设备的对第2层的访问。■FMS处理单元级(PLC和PC)的数据通信。功能强大的FMS服务可在广泛的应用领域内使用,并为解决复杂通信任务提供了很大的灵活性。■PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS使用相同的传输技术和总线存取协议。因此,它们可以在同一根电缆上同时运行。实操派文一最全的工6.2.3 PROFIBUS-PA的协议结构■PROFIBUS-PA使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输。此外,它执行规定现场设备特性的PA设备行规。传输技术依据EC1158-2标准,确保本质安全和通过总线对现场设备供电。使用段耦合器可将PROFIBUS-PA设备很容易地集成到PROFIBUS-DP网络之中。PROFIBUS-PA是为过程自动化工程中的高速、可靠的通信要求而特别设计的。用PROFIBUS-PA可以把传感器和执行器连接到通常的现场总线(段)上,即使在防爆区域的传感器和执行器也可如此。实操派文库最全的T6.3 PROFIBUS-DP现场总线系统■由于Siemens公司在离散自动化领域具有较深的影响,并且PROFIBUS-DP在国内具有广大的用户,本节以PROFIBUS-DP为例介绍PROFIBUS现场总线系统。6.3.1 PROFIBUS-DP的三个版本派■PROFIBUS-DP经过功能扩展,一共有DPV0、DP-V1和DP-V2三个版本,有时将DPV1简写为DPV1。■1.基本功能(DPV0)1(1)总线存取方法各主站间为令牌传送,主站与从站间为主-从循环传送,实操支持单主站或多主站系统,总线上最多126个站。可以采用点对点用户数据通信、广播(控制指令)方式和循环主-从用户数据通信。实操派(2)循环数据交换DPVO可以实现中央控制器(PLC,PC或过程控制系统)与分布式现场设备(从站,例如O、阀门、变送器和分析仪等)之间的快速循环数据交换,主站发出请求报文,从站收到后返回响应报文。这种循环数据交换是在被称为MS0的连接上进行的。派(3)诊断功能经过扩展的PROFIBUS-DP诊断,能对站级、模块级、通道级这3级故障进行诊断和快速定位,诊断信息在总线上传输并由主站采集■本站诊断操作:对本站设备的一般操作状态的诊断,例如温度过高,压力过低■模块诊断操作:对站点内部某个具体的O模块的故障定实通道诊断操作:对某个输入/输出通道的故障定位。实操派文(4)保护功能对DP从站的输出进行存取保护,DP主站用监控定时器监视与从站的通信,对每个从站都有独立的监控定时器。在多主站系统中,从站输出操作的访问保护是必要的。这样可以保证只有授权的主站才能直接访问。其他从站可以读它们的输入的映像,但是不能直接访问。派(5)通过网络的组态功能与控制功能学PLC就是快通过网络可以实现下列功能:动态激活或关闭DP从站,对DP主站(DPM1)进行配置,可以设置站点的数目、DP从站的地址、输入/输出数据的格式、诊断报文的格式等,以及检查DP从站的组态。控制命令可以同时发送给所有的从站或部分从站。(6)同步与锁定功能实操派文主站可以发送命令给一个从站或同时发给一组从站。接收到主站的同步命令后,从站进入同步模式。%锁定(FREEZE)命令使指定的从站组进入锁定模式,即将各从站的输入数据锁定在当前状态,直到主站发送下一个锁定命令时才可以刷新。用“UNFREEZE”命令来解除锁定模式。操派(7)DPM1和DP从站之间的循环数据传输■DPM1与有关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1按照确定的递归顺序自动进行的。在对总线系统进行组态时,用户定义DP从站与DPM1的关系,确定哪些DP从站被纳入信息交换的循环。(8)DPM1和系统组态设备间的循环数据传输PROFIBUS-DP允许主站之间的数据交换,即DPM1和DPM2之间的数据交换。该功能使组态和诊断设备通过总实线对系统进行组态,改变DPM1的操作方式,动态地允许或禁止DPM1与某些从站之间交换数据。
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