PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
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PROFIBUS的系統(tǒng)模型如下：
PROFIBUS是國(guó)際性的、開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)
（1）PROFIBUS 標(biāo)準(zhǔn) EN 50170 是完整的、開(kāi)放的、與制造商無(wú)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(guò)1,500,000 個(gè)。（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
（2）節(jié)省工程費(fèi)用更容易組態(tài)(對(duì)所有設(shè)備只需一套工具)
（3）更大的制造靈活性
※ PROFIBUS減少40%的安裝費(fèi)用：
※ 1,200多個(gè)產(chǎn)品（到1998年1季），一個(gè)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(gè)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(gè)PROFIBUS用戶的CD-ROM或軟盤
（2）或訪問(wèn)PROFIBUS的國(guó)際網(wǎng)頁(yè)http://www.profibus.com
※ 產(chǎn)品范圍快速增長(zhǎng)
※ 產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣泛
※ 經(jīng)認(rèn)證的產(chǎn)品確保互操作性
（1）PROFIBUS 國(guó)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(cè)試
（2）幾百個(gè)產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了認(rèn)證
（3）在歐洲和美國(guó)建有這樣的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室
（4）經(jīng)認(rèn)證的產(chǎn)品都有一個(gè)認(rèn)證號(hào)，它們已在 PROFIBUS 電子產(chǎn)品指南中列出
PROFIBUS 是領(lǐng)先的開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)
•獨(dú)立的市場(chǎng)研究證實(shí)， PROFIBUS 在歐洲是市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，且在世界范圍內(nèi)有最高的增長(zhǎng)率。在１９９７年已安裝的PROFIBUS 基本設(shè)備超過(guò)了 1,500,000個(gè)，年增長(zhǎng)到約20-30%。
•市場(chǎng)總值 根據(jù)1997 ARC 的市場(chǎng)研究現(xiàn)場(chǎng)總線的世界市場(chǎng)總值大于2百萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)， 50%以上是用在歐洲。
•市場(chǎng)份額 根據(jù)1996 Consultic 關(guān)于德國(guó)和歐洲市場(chǎng)的市場(chǎng)研究2 ，PROFIBUS 在歐洲市場(chǎng)中約占 41% 。
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(kāi)一個(gè)或幾個(gè)站不會(huì)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
PROFIBUS 協(xié)議
→ PROFIBUS 總線訪問(wèn)協(xié)議（第二層）對(duì)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(shí)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(dòng)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(gè)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(guò)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(guò)一根雙絞電纜進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視
•對(duì)所有設(shè)備只需一個(gè)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(jí)智能主站間通用的、面向?qū)ο蟮耐ㄐ?br />•FMS 提供一個(gè) MMS-功能子集 （MMS 即 Manufacturing Message Specification, ISO9506)
•主要應(yīng)用區(qū)域
開(kāi)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(duì)PROFIBUS許多 ASICs 芯片是有效的
•對(duì) PROFIBUS-DP 用單個(gè)芯片即可解決
•對(duì) FMS/DP/PA，與處理器無(wú)關(guān)的外圍芯片
•對(duì)FMS/DP，帶 PROFIBUS 核心功能的微控制器
優(yōu)點(diǎn)：
•對(duì)制造商而言，減少實(shí)現(xiàn)費(fèi)用
•對(duì)一個(gè)接口的價(jià)格減至小于 US $ 25
PROFIBUS國(guó)際
•超過(guò) 650 個(gè)會(huì)員
•20個(gè)地區(qū)用戶協(xié)會(huì)
•一個(gè)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(guò)150,000個(gè)，應(yīng)用領(lǐng)域包括：
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汽車制造
裝瓶系統(tǒng)
倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)
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交通管理自動(dòng)化
供熱、空調(diào)系統(tǒng)
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清洗工廠
化工和石化工廠
造紙和紡織品工廠
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發(fā)電廠
開(kāi)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(duì)每個(gè)車身，PROFIBUS-DP控制機(jī)器人處理2，000多個(gè)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(dòng)化中
例如，在法國(guó)的 Bibliotheque Nationale
PROFIBUS 控制四個(gè) 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
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3 PROFIBUS 在過(guò)程自動(dòng)化中
在 1997 年四季度已銷售出 15,000 多個(gè) Profibus - PA 的設(shè)備
※ ROFIBUS-PA在 WACKER 化工廠的應(yīng)用
WACKER 化工廠簡(jiǎn)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(guó)馬克的營(yíng)業(yè)額
•主要生產(chǎn)硅和膠制品
WACKER 化工廠項(xiàng)目實(shí)施情況
•項(xiàng)目從1997年1月開(kāi)始
•使用儀器儀表和控制設(shè)備總價(jià)值500萬(wàn)馬克
•1,000個(gè)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(jì)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(duì)此評(píng)論：
“由于PROFIBUS-PA 的使用，使新的生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、安裝費(fèi)用節(jié)省 超過(guò)2百萬(wàn)馬克，
此外，本質(zhì)安全能力和一個(gè)組態(tài)工具對(duì)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(jiǎn)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(kāi)放的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使投資安全
傳輸特點(diǎn) (1)
高速 (H2), RS 485
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傳輸特點(diǎn) (2)
低速 (H1), IEC 1158-2
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PROFIBUS 電纜要求 - IEC 1158-2
電纜設(shè)計(jì): 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(shí)）: 100 ? +/- 20%
衰減 （在39 KHz時(shí)）: 3dB / km
每單位長(zhǎng)度的電容: 2nF / km
對(duì) 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(jì) 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(zhǎng)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(zhǎng)度 （對(duì) RS 485）
波特率（ kBit/s） 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000
線長(zhǎng)（m, A類電纜） 1200 1200 1200 1000 400 200 100
長(zhǎng)度可以用中繼器來(lái)延長(zhǎng)
9 針D 型連接器的針腳分配 （為RS 485用）
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拓樸
PROFIBUS 支持總線型，樹(shù)型和星型拓?fù)?br />•
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RS-485 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位順序
每個(gè)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(gè)發(fā)送
最大的有效位 (MSB) 被最后發(fā)送
每個(gè)八位二進(jìn)數(shù)都補(bǔ)充三位，即開(kāi)始、終止和奇偶校驗(yàn)位
此編碼原理稱 NRZ （即 Non Return to Zero）
信號(hào)電平
1 = 數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始
2 = 空閑段、無(wú)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(wèn)方式兼有多主通信和主從通信
總線訪問(wèn)協(xié)議的特征 (1)
混合總線訪問(wèn)協(xié)議
主站
從站
PROFIBUS 總線訪問(wèn)協(xié)議 (FDL)的特點(diǎn)
•主站或從站可以在任何時(shí)間點(diǎn)接入或斷開(kāi)。FDL 將自動(dòng)地重新組織令牌環(huán)。
•令牌環(huán)調(diào)度確保每個(gè)主站有足夠的時(shí)間履行它的通信任務(wù)。因此，用戶必須計(jì)算全部目標(biāo)令牌環(huán)時(shí)間 (TTR)。
•總線訪問(wèn)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(cuò)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(guò)程中確保高度安全，以免傳輸錯(cuò)誤。
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(gè)主站有足夠的時(shí)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(shí)間 (TTR) 進(jìn)入所有主站的通信任務(wù)帳戶。
•每一個(gè)主站根據(jù)下列公式計(jì)算它接收令牌后完成它的通信任務(wù)的時(shí)間(TTH)
TTH = TTR - TRR
TTH = 持有令牌時(shí)間
TTR = 目標(biāo)令牌循環(huán)時(shí)間
TRR = 實(shí)際令牌循環(huán)時(shí)間
FDL 狀態(tài)圖
重要的 PROFIBUS 電文結(jié)構(gòu)
圖例： TRDY = 準(zhǔn)備時(shí)間 TSDR = 站響應(yīng)時(shí)間 TSYN = 同步時(shí)間
數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)及其用法
服務(wù)存取點(diǎn) (SAP)
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評(píng)論