PROFIBUS技术培训2—5章(doc 14).docx

PROFIBUS技术培训（25章）PROFIBUS作为一种现场总线标准，在世界市场上已被普遍接受并得到广泛运用。本培训教程全面阐述了PROFIBUS的技术特点、应用模式和产品开发方法。PROFIBUS的系统模型如下：PROFIBUS是国际性的、开放的现场总线标准（1）PROFIBUS 标准 EN 50170 是完整的、开放的、与制造商无关的、已经生效的（2）稳固的 PROFIBUS 标准保护世界范围的用户和制造商的投资（3）PROFIBUS 经实践证明并在世界范围内已安装使用的设备超过1,500,000 个。（截止于年四季度） PROFIBUS给客户的好处（1）节省硬件和安装费用      减少硬件成份 (I/O, 终端块、隔离栅)      更容易、更快捷和低成本的安装（2）节省工程费用更容易组态(对所有设备只需一套工具)      更容易保养和维修      更容易和更快捷的系统起动（3）更大的制造灵活性     改进功能 减少故障时间 准确、可靠的诊断数据 可靠的数字传输技术 PROFIBUS减少40%的安装费用： 1,200多个产品（到1998年1季），一个标准到目前为止，已250家不同的制造商可提供 1,200 多个产品，你可免费获得最新的 PROFIBUS 电子产品指南的拷贝：（1）从每一个PROFIBUS用户的CD-ROM或软盘（2）或访问PROFIBUS的国际网页 .com 产品范围快速增长 产品应用范围广泛 经认证的产品确保互操作性（1）PROFIBUS 国际已经建立了质量认证系统，包括产品的一致性和互操作性的测试（2）几百个产品已经通过了认证（3）在欧洲和美国建有这样的测试实验室（4）经认证的产品都有一个认证号，它们已在 PROFIBUS 电子产品指南中列出PROFIBUS 是领先的开放的现场总线系统·独立的市场研究证实， PROFIBUS 在欧洲是市场的领导者，且在世界范围内有最高的增长率。在年已安装的PROFIBUS 基本设备超过了 1,500,000个，年增长到约20-30%。·市场总值 根据1997 ARC 的市场研究现场总线的世界市场总值大于2百万个节点， 50%以上是用在欧洲。 ·市场份额 根据1996 Consultic 关于德国和欧洲市场的市场研究2 ，PROFIBUS 在欧洲市场中约占 41% 。 三种有效的传输技术 PROFIBUS 使用两端有终端的总线拓扑 在运行期间，接入和断开一个或几个站不会影响其他站的工作，即使在本质安全区也如此。 提供三种不同的物理层选择   (1)RS 485: 用于 DP 和 FMS   (2)IEC 1158-2: 用于 PA   (3)光纤: 用于 DP 和 FMSPROFIBUS 协议 PROFIBUS 总线访问协议（第二层）对三种PROFIBUS 版本(FMS/DP/PA)均相同 这使通信透明和FMS/DP/PA 网络区域容易组合 因为 FMS/DP 使用相同的物理介质 (RS-485/FO) ，因此它们能组合在同一根电缆上。PROFIBUS-DP 的特点·代替 PLC/PC 与 I/O 之间昂贵的电线·快速，传输 1 千字节的输入数据和 1千字节的输出数据所需时间<2 ms·强有力的工具，减少组态和维护费用·被所有主要的 PLC 制造商支持·有广泛的产品: PLC, PC, I/O, 驱动器, 阀, 编码器等·允许周期性和非周期性的数据传输·单主和多主网络·每个站的输入和输出数据最多可达 244 字节典型的PROFIBUS-DP系统组成：PROFIBUS-PA(PA = Process Automation) 的特点·基于扩展的 PROFIBUS-DP 协议和 IEC 1158-2 传输技术·适用于代替现今的 4.20 mA 技术·仅用一根双绞线进行数据通信和供电·通过串行总线联接仪器仪表与控制系统·适用于本质安全的 EEx 应用区域·可靠的串行数字传输·通过一根双绞电缆进行控制、调节和监视·对所有设备只需一个工程工具·由于 PROFIBUS-PA 行规，保证了互操作性和互换性·仪器仪表的维护和诊断信息PROFIBUS-FMS 的特点·FMS 最佳适用于车间级智能主站间通用的、面向对象的通信·FMS 提供一个 MMS-功能子集 （MMS 即 Manufacturing Message Specification, ISO9506)·主要应用区域   大数量的数据传输，例如程序、数据块等等    若干个分散过程部分集成到一个公共过程中   智能站间的通信开放的组态允许即插即用PROFIBUS ASICs 提供大量产品的关键·对PROFIBUS许多 ASICs 芯片是有效的·对 PROFIBUS-DP 用单个芯片即可解决·对 FMS/DP/PA，与处理器无关的外围芯片·对FMS/DP，带 PROFIBUS 核心功能的微控制器优点：·对制造商而言，减少实现费用·对一个接口的价格减至小于 US $ 25PROFIBUS国际·超过 650 个会员·20个地区用户协会·一个很强大的组织传输特点 (1)高速 (H2), RS 485 · 依据 RS 485，异步 NRZ 传输 · 波特率从 9.6 kBit/s 到 12 MBit/s，可选 · 双绞屏蔽电缆 · 每段 32 个站，最多允许 127 个站 · 距离: 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m · 有中继器距离可延长到 10 公里 · 9 针, D 型插头 传输特点 (2)低速 (H1), IEC 1158-2 · 同步 Manchester 编码, 31.25 kBit/s · 本质安全 (可选) 和通过总线对站供电 (可选) · 屏蔽或非屏蔽的双绞电缆 · 每段距离达 1900 米，用中继器可延长到 10 公里 · 最多 127 个站, 每段 10-32 个设备 (依赖于 EX-类型和供电消耗)PROFIBUS 电缆要求 - IEC 1158-2电缆设计: 屏蔽双绞电缆 导线面积: 0.8毫米2(AWG 18)回路电阻: 44 ? / km阻抗 （在31.25 KHz时）: 100 ? +/- 20%衰减 （在39 KHz时）: 3dB / km每单位长度的电容: 2nF / km对 IEC 1158-2 传输的电缆被列在 PROFIBUS 电子产品指南中 PROFIBUS 电缆要求 - RS 485参数 电缆类型 A 电缆设计 屏蔽双绞电缆 浪涌阻抗 135 . 165 ?回路电阻 110 ? / km线径 0.64 mm线截面积 > 0.34 mm每单位长度的电容 < 30 pF / mPROFIBUS 电缆被列在 PROFIBUS 电子产品指南中。PROFIBUS 电缆长度 （对 RS 485） 波特率（ kBit/s） 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000线长（m, A类电缆） 1200 1200 1200 1000 400 200 100长度可以用中继器来延长9 针D 型连接器的针脚分配 （为RS 485用） · 对 PROFIBUS-DP/FMS 提供的连接器类型是9 针 D 型连接器 · 插座部分被安装在设备上 · 如果其他连接器能提供必要的命令信号的话，也允许使用 拓朴PROFIBUS 支持总线型，树型和星型拓扑· 这里提供的拓扑是总线型拓扑· 在总线的开头和结尾必须有终端· 一段可以由最多 32 个站*组成 安装 RS 485 (1) 安装 RS 485 (2) RS 485 的屏蔽 / 接地RS-485 传输的数据位顺序每个八位二进数（字节）按 11 位的顺序被传输最小的有效位 (LSB) 被第一个发送最大的有效位 (MSB) 被最后发送每个八位二进数都补充三位，即开始、终止和奇偶校验位此编码原理称 NRZ （即 Non Return to Zero）信号电平 1 = 数据传输开始2 = 空闲段、无数据传输、总线终端终止的电平冗余性提高了系统的可靠性PROFIBUS 已经有广泛的应用到1997年四季度，实际应用超过150,000个，应用领域包括： · 制造业自动化汽车制造装瓶系统仓储系统· 楼宇自动化交通管理自动化供热、空调系统· 过程工业自动化 清洗工厂化工和石化工厂造纸和纺织品工厂 · 电力工业和电力输送发电厂开关装置 1 PROFIBUS 在汽车生产中的应用例如，在 Bochum 的 GM (Opel) 工厂（1）对每个车身，PROFIBUS-DP控制机器人处理2，000多个焊接操作（2）PROFIBUS-DP用在组装线上，每天生产1，200辆轿车（3）PROFIBUS-DP用在冲压车间，每天处理22，000吨钢材 在 OPEL 工厂的网络结构示意图 2 PROFIBUS 在楼宇自动化中例如，在法国的 Bibliotheque NationalePROFIBUS 控制四个 80 米高的塔楼总面积 360,000 m2容积约11,000,000 m3 PROFIBUS 任务包括· 报警管理· 能量优化 · 监视 · 技术设备的控制· 操作服务间的可靠、有效的通信、 3 PROFIBUS 在过程自动化中在 1997 年四季度已销售出 15,000 多个 Profibus - PA 的设备 ROFIBUS-PA在 WACKER 化工厂的应用WACKER 化工厂简介·由Dr. Alexander Wacker 建立于1914年10月13日·1992年,员工13,000 人, 32亿德国马克的营业额·主要生产硅和胶制品 WACKER 化工厂项目实施情况·项目从1997年1月开始·使用仪器仪表和控制设备总价值500万马克·1,000个ROFIBUS-PA的传感器和执行器 化工厂为什么选择PROFIBUS - PA？·节省 50% 以上的规划、设计和安装成本·适应本质安全区安装·由于集中组态工具，容易维修 仪器仪表和控制部门的负责人 Mr. H. Krummen对此评论：“由于PROFIBUS-PA 的使用，使新的生产线的设计、安装费用节省 超过2百万马克，此外，本质安全能力和一个组态工具对所有仪器仪表都适用，这就意味着PROFIBUS-PA完全符合NAMUR* 所期望的准则。” PROFIBUS-PA在 bitburger啤酒厂的应用·bitburger啤酒厂每年生产 350,000 吨， 在欧洲是最大的Bitburger为什么选择 PROFIBUS-PA？·由于容易安装，节省成本·由于集中组态，建立系统简单·由于提高了准确性，工厂有更高安全性和有效性·由于减少了维护，而节省成本·由于是开放的国际标准，使投资安全