PLC 技術(shù)培訓(xùn)班(第5講)現(xiàn)場總線介紹

1、2021-6-12 1 熱熱 烈烈 歡歡 迎迎 中核集團的領(lǐng)導(dǎo)和工程師們！中核集團的領(lǐng)導(dǎo)和工程師們！ 北京機械工業(yè)自動化研究所 2021-6-12 2 熱熱 烈烈 歡歡 迎迎 參加參加plc技術(shù)培訓(xùn)班的技術(shù)培訓(xùn)班的 全體學(xué)員！全體學(xué)員！ l北京精誠智合教學(xué)科技有限公司 2021-6-12 3 陳忠華陳忠華 教授教授 plc培訓(xùn)班（第培訓(xùn)班（第5講）現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)介紹講）現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)介紹 2021-6-12 4 1. 現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)生的背景現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)生的背景 2. 2. 現(xiàn)場總線技術(shù)概念現(xiàn)場總線技術(shù)概念 3. 3. 現(xiàn)場總線技術(shù)的主要特點現(xiàn)場總線技術(shù)的主要特點 4. 現(xiàn)場總線的主要優(yōu)點現(xiàn)場總線

2、的主要優(yōu)點 5. 5. 成熟的現(xiàn)場總線應(yīng)該具有的技術(shù)特點成熟的現(xiàn)場總線應(yīng)該具有的技術(shù)特點 6. 6. 現(xiàn)場總線技術(shù)對自動控制及自動化技術(shù)的影響現(xiàn)場總線技術(shù)對自動控制及自動化技術(shù)的影響 7. 7. 使用使用profibusprofibus-dp-dp進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的實例進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的實例 2021-6-12 5 2021-6-12 6 2021-6-12 7 現(xiàn)場總線技術(shù)自現(xiàn)場總線技術(shù)自20世紀(jì)世紀(jì)80年代產(chǎn)生以來，一直受到人們的年代產(chǎn)生以來，一直受到人們的 關(guān)注，被譽為自動化控制領(lǐng)域的一次新的革命進(jìn)入關(guān)注，被譽為自動化控制領(lǐng)域的一次新的革命進(jìn)入90年年 代以后，現(xiàn)場總線技術(shù)一度成為人們研究的熱點

3、代以后，現(xiàn)場總線技術(shù)一度成為人們研究的熱點 現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生是由多方面因素共同作用的結(jié)果，首現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生是由多方面因素共同作用的結(jié)果，首 先，現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生反映了當(dāng)時儀器儀表自身發(fā)展的先，現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生反映了當(dāng)時儀器儀表自身發(fā)展的 需要，同時也反映了用戶實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化，信息化的需要，同時也反映了用戶實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化，信息化的 實際應(yīng)用的要求，是工業(yè)自動化技術(shù)和儀器儀表發(fā)展的必實際應(yīng)用的要求，是工業(yè)自動化技術(shù)和儀器儀表發(fā)展的必 然趨勢，其次由于計算機技術(shù)，通信技術(shù)和控制技術(shù)的迅然趨勢，其次由于計算機技術(shù)，通信技術(shù)和控制技術(shù)的迅 速發(fā)展，為實現(xiàn)上述要求提供了技術(shù)基礎(chǔ)因此，速發(fā)

4、展，為實現(xiàn)上述要求提供了技術(shù)基礎(chǔ)因此，用戶的用戶的 需要是產(chǎn)生現(xiàn)場總線技術(shù)的動力，而計算機，網(wǎng)絡(luò)通信和需要是產(chǎn)生現(xiàn)場總線技術(shù)的動力，而計算機，網(wǎng)絡(luò)通信和 自動控制三種技術(shù)的發(fā)展則為研究開發(fā)現(xiàn)場總線提供了技自動控制三種技術(shù)的發(fā)展則為研究開發(fā)現(xiàn)場總線提供了技 術(shù)基礎(chǔ)術(shù)基礎(chǔ) 2021-6-12 8 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)有諸多不足：控制器與現(xiàn)場設(shè)備之間傳統(tǒng)控制系統(tǒng)有諸多不足：控制器與現(xiàn)場設(shè)備之間 靠靠i/oi/o連線連接，傳送連線連接，傳送4-20 ma4-20 ma模擬量信號或模擬量信號或24v dc24v dc 等開關(guān)量信號，并以此監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備這樣，控制等開關(guān)量信號，并以此監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備這樣，控制 器獲取信

5、息量有限，大量的數(shù)據(jù)如設(shè)備參數(shù)，故障器獲取信息量有限，大量的數(shù)據(jù)如設(shè)備參數(shù)，故障 及故障記錄等數(shù)據(jù)很難得到底層數(shù)據(jù)不全，信息及故障記錄等數(shù)據(jù)很難得到底層數(shù)據(jù)不全，信息 集成能力不強，不能完全滿足自動化系統(tǒng)對底層數(shù)集成能力不強，不能完全滿足自動化系統(tǒng)對底層數(shù) 據(jù)的要求；除現(xiàn)場設(shè)備均靠標(biāo)準(zhǔn)據(jù)的要求；除現(xiàn)場設(shè)備均靠標(biāo)準(zhǔn)4-20 ma4-20 ma24v dc24v dc連連 接外，系統(tǒng)其它軟，硬件通常只能使用一家產(chǎn)接外，系統(tǒng)其它軟，硬件通常只能使用一家產(chǎn) 品不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性，互換性，因品不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性，互換性，因 此開放性，可集成性差此開放性，可集成性差 2021-6-12

6、 9 這種系統(tǒng)很少留出接口允許其它廠商將自己專長的控這種系統(tǒng)很少留出接口允許其它廠商將自己專長的控 制技術(shù)，如控制算法，工藝流程，配方等集成到通用系制技術(shù)，如控制算法，工藝流程，配方等集成到通用系 統(tǒng)中去，因此，面向行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)很少；對于大范圍統(tǒng)中去，因此，面向行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)很少；對于大范圍 的分布式系統(tǒng)，使用大量的的分布式系統(tǒng)，使用大量的i/oi/o電纜，以及敷設(shè)施工，電纜，以及敷設(shè)施工， 不僅增加成本，也增加了系統(tǒng)的不可靠性；由于現(xiàn)場級不僅增加成本，也增加了系統(tǒng)的不可靠性；由于現(xiàn)場級 設(shè)備信息不全，現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷，報警，記設(shè)備信息不全，現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷，報警，記 錄功能

7、不強，也很難完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，修錄功能不強，也很難完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，修 改等參數(shù)化功能，影響了系統(tǒng)的可維護(hù)性等改等參數(shù)化功能，影響了系統(tǒng)的可維護(hù)性等 2021-6-12 10 由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，許多傳感器，執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，許多傳感器，執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動 裝置等現(xiàn)場設(shè)備智能化，即內(nèi)置裝置等現(xiàn)場設(shè)備智能化，即內(nèi)置cpucpu控制器，完成諸如線性化，控制器，完成諸如線性化， 量程轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波甚至回路調(diào)節(jié)等功能因此，對于這些智量程轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波甚至回路調(diào)節(jié)等功能因此，對于這些智 能現(xiàn)場設(shè)備增加一個串行數(shù)據(jù)接口（如能現(xiàn)場設(shè)備增加一個串行數(shù)據(jù)接口（如rs-

8、232/485rs-232/485）是非常方）是非常方 便的有了這樣的接口控制器就可以按其規(guī)定協(xié)議，通過串行便的有了這樣的接口控制器就可以按其規(guī)定協(xié)議，通過串行 通信方式（而不是通信方式（而不是i/oi/o方式）完成對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控如果設(shè)方式）完成對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控如果設(shè) 想全部或大部分現(xiàn)場設(shè)備都具有串行通信接口，并具有統(tǒng)一的想全部或大部分現(xiàn)場設(shè)備都具有串行通信接口，并具有統(tǒng)一的 通信協(xié)議，控制器只需一根通信電纜就可與分散的現(xiàn)場設(shè)備連通信協(xié)議，控制器只需一根通信電纜就可與分散的現(xiàn)場設(shè)備連 接，采用數(shù)字通信方式，完成對所有現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控和信息集接，采用數(shù)字通信方式，完成對所有現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控和信息集

9、 成，這就是現(xiàn)場總線技術(shù)的初始想法成，這就是現(xiàn)場總線技術(shù)的初始想法 2021-6-12 11 隨著控制，計算機，通信，網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)隨著控制，計算機，通信，網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā) 展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工 廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控制，管理的各個層次，廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控制，管理的各個層次， 覆蓋從工段，車間，工廠，企業(yè)乃至世界各覆蓋從工段，車間，工廠，企業(yè)乃至世界各 地的市場信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自地的市場信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自 動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成 自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)現(xiàn)場總自動化

10、系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)現(xiàn)場總 線就是順應(yīng)這一形式發(fā)展起來的新技術(shù)線就是順應(yīng)這一形式發(fā)展起來的新技術(shù) 2021-6-12 12 20 20世紀(jì)末，世界最重大的變化是全球市場的逐步世紀(jì)末，世界最重大的變化是全球市場的逐步 形成，從而導(dǎo)致競爭空前加劇，產(chǎn)品技術(shù)含量高，形成，從而導(dǎo)致競爭空前加劇，產(chǎn)品技術(shù)含量高， 更新?lián)Q代快處于全球市場之中的工業(yè)生產(chǎn)必須加更新?lián)Q代快處于全球市場之中的工業(yè)生產(chǎn)必須加 快新產(chǎn)品的開發(fā)，按市場需求調(diào)整產(chǎn)品的上市時間快新產(chǎn)品的開發(fā)，按市場需求調(diào)整產(chǎn)品的上市時間 t t，改善質(zhì)量，改善質(zhì)量q q，降低成本，降低成本c c，并不斷完善售前售后，并不斷完善售前售后 服務(wù)服務(wù)s s

11、，才能在劇烈的競爭之中立于不敗之地追，才能在劇烈的競爭之中立于不敗之地追 求完善的求完善的t.q.c.s是一個永無止境的過程，它能不是一個永無止境的過程，它能不 斷地促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步與管理改革為了適應(yīng)市場競爭斷地促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步與管理改革為了適應(yīng)市場競爭 需要，在追求需要，在追求tqcstqcs的過程中逐漸形成了計算機集成的過程中逐漸形成了計算機集成 制造系統(tǒng)制造系統(tǒng)cims 2021-6-12 13 它采用系統(tǒng)集成，信息集成的觀點來組織工業(yè)生它采用系統(tǒng)集成，信息集成的觀點來組織工業(yè)生 產(chǎn)把市場，生產(chǎn)計劃，制造過程，企業(yè)管理，售后服產(chǎn)把市場，生產(chǎn)計劃，制造過程，企業(yè)管理，售后服 務(wù)看做要統(tǒng)一考慮的生產(chǎn)

12、過程，并采用計算機，自動化，務(wù)看做要統(tǒng)一考慮的生產(chǎn)過程，并采用計算機，自動化， 通信等技術(shù)來實現(xiàn)整個過程的綜合自動化，以改善生產(chǎn)通信等技術(shù)來實現(xiàn)整個過程的綜合自動化，以改善生產(chǎn) 加工，管理決策等由于它把整個生產(chǎn)過程看做是信息加工，管理決策等由于它把整個生產(chǎn)過程看做是信息 的采集，傳送及加工處理的過程，因而信息技術(shù)成為工的采集，傳送及加工處理的過程，因而信息技術(shù)成為工 業(yè)生產(chǎn)制造過程的重要因素綜合自動化就是在信息采業(yè)生產(chǎn)制造過程的重要因素綜合自動化就是在信息采 集，加工的基礎(chǔ)上，運用網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)信息集，加工的基礎(chǔ)上，運用網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)信息 集成，在集成信息的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)

13、與操作，增集成，在集成信息的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)與操作，增 加產(chǎn)量，改善加產(chǎn)量，改善t.q.c.s提高企業(yè)的市場應(yīng)變能力和競爭提高企業(yè)的市場應(yīng)變能力和競爭 能力能力 2021-6-12 14 隨著計算機功能的不斷增強，價格急劇降低，計算機與隨著計算機功能的不斷增強，價格急劇降低，計算機與 計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展據(jù)統(tǒng)計，過去二十年中，計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展據(jù)統(tǒng)計，過去二十年中， 計算機和通信的年增長率不低于計算機和通信的年增長率不低于25%25%，使計算機集成制造，使計算機集成制造 系統(tǒng)的實施具備了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)但處于企業(yè)生產(chǎn)過程系統(tǒng)的實施具備了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)但處于企業(yè)生產(chǎn)過程 底層的測

14、控自動化系統(tǒng)，要與外界交換信息要實現(xiàn)整個底層的測控自動化系統(tǒng)，要與外界交換信息要實現(xiàn)整個 生產(chǎn)過程的信息集成，要實現(xiàn)綜合自動化，就必須設(shè)計出生產(chǎn)過程的信息集成，要實現(xiàn)綜合自動化，就必須設(shè)計出 一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運行的，性能可靠，造價低廉的通一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運行的，性能可靠，造價低廉的通 信系統(tǒng)，以實現(xiàn)現(xiàn)場自動化智能設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，信系統(tǒng)，以實現(xiàn)現(xiàn)場自動化智能設(shè)備之間的多點數(shù)字通信， 形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn) 現(xiàn)場與外界的信息交換現(xiàn)場總線就是在這種背景下產(chǎn)生現(xiàn)場與外界的信息交換現(xiàn)場總線就是在這種背景下產(chǎn)生

15、的的 2021-6-12 15 現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測量現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測量 控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的 系統(tǒng)，也被稱為開放式，數(shù)字化，多點通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式，數(shù)字化，多點通信的 底層控制網(wǎng)絡(luò)它把單個分散的測量控制設(shè)備底層控制網(wǎng)絡(luò)它把單個分散的測量控制設(shè)備 變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連 接成可以相互溝通信息，共同完成自控任務(wù)的接成可以相互溝通信息，共同完成自控任務(wù)的 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng) 2021-6-12 16 根據(jù)國際電工委員會（

16、根據(jù)國際電工委員會（ieciec）的定義，現(xiàn)場總線是）的定義，現(xiàn)場總線是安安 裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備儀表與控制室內(nèi)的自裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備儀表與控制室內(nèi)的自 動化控制裝置系統(tǒng)之間的一種串行，數(shù)字式，多點動化控制裝置系統(tǒng)之間的一種串行，數(shù)字式，多點 通信的數(shù)據(jù)總線通信的數(shù)據(jù)總線或者說，現(xiàn)場總線是以單個分散或者說，現(xiàn)場總線是以單個分散 的數(shù)字化，智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，的數(shù)字化，智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點， 用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控 制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)其中，生產(chǎn)過程制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)其

17、中，生產(chǎn)過程 應(yīng)包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程現(xiàn)場設(shè)備儀應(yīng)包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程現(xiàn)場設(shè)備儀 表指位于現(xiàn)場層的傳感器，驅(qū)動器執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)表指位于現(xiàn)場層的傳感器，驅(qū)動器執(zhí)行機構(gòu)等設(shè) 備因此，現(xiàn)場總線是面向工廠底層自動化及信息集備因此，現(xiàn)場總線是面向工廠底層自動化及信息集 成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 2021-6-12 17 (1) (1) 現(xiàn)場總線使用數(shù)字化通信信號取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線使用數(shù)字化通信信號取代傳統(tǒng)的4-20 4-20 mama 模擬信號，可用一條通信電纜將控制器與現(xiàn)場設(shè)模擬信號，可用一條通信電纜將控制器與現(xiàn)場設(shè) 備連接，使用數(shù)字化通信完成底層設(shè)備通信及控制要備連接，使

18、用數(shù)字化通信完成底層設(shè)備通信及控制要 求求 (2) (2) 現(xiàn)場總線要求現(xiàn)場設(shè)備數(shù)字化，智能化，因此，現(xiàn)場總線要求現(xiàn)場設(shè)備數(shù)字化，智能化，因此， 現(xiàn)場設(shè)備是帶有串行通信接口的智能化設(shè)備現(xiàn)場設(shè)備是帶有串行通信接口的智能化設(shè)備 (3) (3) 現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的控制器可從現(xiàn)場設(shè)備獲取大現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的控制器可從現(xiàn)場設(shè)備獲取大 量信息，可實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)，故障，參數(shù)信息傳送，可量信息，可實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)，故障，參數(shù)信息傳送，可 完成設(shè)備遠(yuǎn)程控制，參數(shù)化及故障診斷工作完成設(shè)備遠(yuǎn)程控制，參數(shù)化及故障診斷工作 2021-6-12 18 (4) (4) 現(xiàn)場總線是計算機網(wǎng)絡(luò)通信向現(xiàn)場級的延伸，現(xiàn)場總線是計算機網(wǎng)絡(luò)通信

19、向現(xiàn)場級的延伸， 現(xiàn)場總線技術(shù)采用計算機數(shù)字化通信技術(shù)，使自現(xiàn)場總線技術(shù)采用計算機數(shù)字化通信技術(shù)，使自 控系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，完成了企業(yè)信控系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，完成了企業(yè)信 息系統(tǒng)的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場的要求息系統(tǒng)的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場的要求 (5) (5) 現(xiàn)場總線技術(shù)是實現(xiàn)工廠底層信息集成的關(guān)鍵現(xiàn)場總線技術(shù)是實現(xiàn)工廠底層信息集成的關(guān)鍵 技術(shù)，要成功地實施技術(shù)，要成功地實施cims,cims,各層次的信息集成及支各層次的信息集成及支 撐技術(shù)（計算機網(wǎng)絡(luò)問題）就必須得到解決現(xiàn)撐技術(shù)（計算機網(wǎng)絡(luò)問題）就必須得到解決現(xiàn) 場總線是工廠計算機網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場設(shè)備的延伸，是場總線是

20、工廠計算機網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場設(shè)備的延伸，是 支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術(shù)基礎(chǔ) 2021-6-12 19 (1) (1)基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)增強了現(xiàn)場級信息集成基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)增強了現(xiàn)場級信息集成 能力，現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠更能力，現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠更 好地滿足工廠自動化及好地滿足工廠自動化及cimscims系統(tǒng)的信息集成要求，系統(tǒng)除系統(tǒng)的信息集成要求，系統(tǒng)除 完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作 (2)(2)開放式，互操作性，互換性，可集成性，不同廠家產(chǎn)品開放式

21、，互操作性，互換性，可集成性，不同廠家產(chǎn)品 只要使用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，就具有互操作性，互換性，因此只要使用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，就具有互操作性，互換性，因此 設(shè)備具有很好的可集成性系統(tǒng)為開放式，允許其它廠商設(shè)備具有很好的可集成性系統(tǒng)為開放式，允許其它廠商 將自己專長的控制技術(shù)集成到通用系統(tǒng)中去，因此，市場將自己專長的控制技術(shù)集成到通用系統(tǒng)中去，因此，市場 上將會出現(xiàn)許多面向行業(yè)特點的監(jiān)控系統(tǒng)上將會出現(xiàn)許多面向行業(yè)特點的監(jiān)控系統(tǒng) 2021-6-12 20 (3)(3)系統(tǒng)可靠性高，可維護(hù)性好，基于現(xiàn)場總線的自動系統(tǒng)可靠性高，可維護(hù)性好，基于現(xiàn)場總線的自動 化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代一對一的化監(jiān)控系統(tǒng)采用

22、總線連接方式替代一對一的i/oi/o連接，連接， 對于大規(guī)模對于大規(guī)模i/oi/o系統(tǒng)來說，減少了由接線點造成的不可系統(tǒng)來說，減少了由接線點造成的不可 靠因素同時系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷，報靠因素同時系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷，報 警，記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，修改警，記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，修改 等參數(shù)化工作，也增強了系統(tǒng)的可維護(hù)性等參數(shù)化工作，也增強了系統(tǒng)的可維護(hù)性 (4)(4)節(jié)省成本，對大范圍，大規(guī)模節(jié)省成本，對大范圍，大規(guī)模i/oi/o的分布式系統(tǒng)來說，的分布式系統(tǒng)來說， 省去了大量的電纜費用，省去了大量的電纜費用，i/oi/o模塊及電纜的

23、敷設(shè)工程費模塊及電纜的敷設(shè)工程費 用，降低了系統(tǒng)及工程成本用，降低了系統(tǒng)及工程成本 2021-6-12 21 目前，國際上流行的現(xiàn)場總線技術(shù)有很多，但一目前，國際上流行的現(xiàn)場總線技術(shù)有很多，但一 種成熟的現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)該包括以下特點：種成熟的現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)該包括以下特點： (1)(1)現(xiàn)場總線組織：一個由產(chǎn)品制造商，系統(tǒng)集現(xiàn)場總線組織：一個由產(chǎn)品制造商，系統(tǒng)集 成商，研究院所組成的企業(yè)組織聯(lián)盟，負(fù)責(zé)管理成商，研究院所組成的企業(yè)組織聯(lián)盟，負(fù)責(zé)管理 現(xiàn)場總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)，市場拓展，技術(shù)信現(xiàn)場總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)，市場拓展，技術(shù)信 息交流，產(chǎn)品技術(shù)認(rèn)證等工作息交流，產(chǎn)品技術(shù)認(rèn)證等工作 (2)(2

24、)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)：一部無知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，開放的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)：一部無知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，開放的 現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 2021-6-12 22 (3) (3)現(xiàn)場總線產(chǎn)品：有一批產(chǎn)品制造商開發(fā)并生產(chǎn)出相現(xiàn)場總線產(chǎn)品：有一批產(chǎn)品制造商開發(fā)并生產(chǎn)出相 當(dāng)數(shù)量和品種的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，供用戶選擇使用當(dāng)數(shù)量和品種的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，供用戶選擇使用 （4 4）現(xiàn)場總線認(rèn)證：有獨立于產(chǎn)品制造業(yè)的產(chǎn)品測）現(xiàn)場總線認(rèn)證：有獨立于產(chǎn)品制造業(yè)的產(chǎn)品測 試認(rèn)證機構(gòu)，負(fù)責(zé)產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試認(rèn)證工作，試認(rèn)證機構(gòu)，負(fù)責(zé)產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試認(rèn)證工作， 以保證現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)一致性和可互換性以保證現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)一致性和可

25、互換性 (5)(5)現(xiàn)場總線工程研究：有一批系統(tǒng)集成商針對行業(yè)現(xiàn)場總線工程研究：有一批系統(tǒng)集成商針對行業(yè) 應(yīng)用，給出基于現(xiàn)場總線的自動化系統(tǒng)解決方案，并應(yīng)用，給出基于現(xiàn)場總線的自動化系統(tǒng)解決方案，并 可完成工程實施可完成工程實施 2021-6-12 23 現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一， 被譽為自動化的計算機局域網(wǎng)，它導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制被譽為自動化的計算機局域網(wǎng)，它導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布 控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)fcsfcs，最終將取代傳

26、，最終將取代傳 統(tǒng)的統(tǒng)的dcsdcs它的出現(xiàn)，標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又它的出現(xiàn)，標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又 一個新時代的開始，并將對該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要一個新時代的開始，并將對該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要 影響其深度與廣度將超過歷史上的任何一次，將影響其深度與廣度將超過歷史上的任何一次，將 開創(chuàng)自動化的新紀(jì)元開創(chuàng)自動化的新紀(jì)元 2021-6-12 24 (1)(1)現(xiàn)場總線技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)場級設(shè)備數(shù)字化現(xiàn)場總線技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)場級設(shè)備數(shù)字化 通信的一種工業(yè)現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，計算通信的一種工業(yè)現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，計算 機網(wǎng)絡(luò)及信息集成技術(shù)在自動化領(lǐng)域發(fā)展的機網(wǎng)絡(luò)及信息集成技術(shù)在自動化領(lǐng)域發(fā)展的 必然結(jié)果：是一次

27、工業(yè)現(xiàn)場級設(shè)備通信的數(shù)必然結(jié)果：是一次工業(yè)現(xiàn)場級設(shè)備通信的數(shù) 字化變革，正像計算機網(wǎng)絡(luò)給社會經(jīng)濟帶來字化變革，正像計算機網(wǎng)絡(luò)給社會經(jīng)濟帶來 巨大變化一樣，現(xiàn)場總線技術(shù)將給自動化領(lǐng)巨大變化一樣，現(xiàn)場總線技術(shù)將給自動化領(lǐng) 域帶來一場深刻的革命域帶來一場深刻的革命 2021-6-12 25 (2) (2)現(xiàn)場總線技術(shù)以其開放性為重要特點，為現(xiàn)場總線技術(shù)以其開放性為重要特點，為 自動化領(lǐng)域帶來全新的技術(shù)概念現(xiàn)場總線技自動化領(lǐng)域帶來全新的技術(shù)概念現(xiàn)場總線技 術(shù)打破了自動化領(lǐng)域被少數(shù)幾個國際性大公司術(shù)打破了自動化領(lǐng)域被少數(shù)幾個國際性大公司 壟斷的局面，使眾多中，小企業(yè)有機會參與技壟斷的局面，使眾多中，小企

28、業(yè)有機會參與技 術(shù)及市場競爭自動化產(chǎn)品，市場，及產(chǎn)業(yè)格術(shù)及市場競爭自動化產(chǎn)品，市場，及產(chǎn)業(yè)格 局將發(fā)生巨大變化，以技術(shù)為核心，具有技術(shù)局將發(fā)生巨大變化，以技術(shù)為核心，具有技術(shù) 創(chuàng)新活力的企業(yè)在自動化產(chǎn)業(yè)中將占有重要位創(chuàng)新活力的企業(yè)在自動化產(chǎn)業(yè)中將占有重要位 置置 2021-6-12 26 (3) (3)以現(xiàn)場總線技術(shù)，自動化技術(shù)，計算機網(wǎng)絡(luò)及信息集以現(xiàn)場總線技術(shù)，自動化技術(shù)，計算機網(wǎng)絡(luò)及信息集 成技術(shù)，計算機軟件技術(shù)為核心，推出基于現(xiàn)場總線技術(shù)成技術(shù)，計算機軟件技術(shù)為核心，推出基于現(xiàn)場總線技術(shù) 的先進(jìn)控制系統(tǒng)平臺不局限于工業(yè)自動化領(lǐng)域的先進(jìn)控制系統(tǒng)平臺不局限于工業(yè)自動化領(lǐng)域 , ,可廣泛可廣泛

29、 應(yīng)用于市政建設(shè)，交通運輸，能源電力，環(huán)保工程，智能應(yīng)用于市政建設(shè)，交通運輸，能源電力，環(huán)保工程，智能 樓宇及住宅小區(qū)的自動化控制及監(jiān)控系統(tǒng)樓宇及住宅小區(qū)的自動化控制及監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)場總線技術(shù)促進(jìn)與該系統(tǒng)平臺相關(guān)的技術(shù)研究，產(chǎn)品開發(fā)現(xiàn)場總線技術(shù)促進(jìn)與該系統(tǒng)平臺相關(guān)的技術(shù)研究，產(chǎn)品開發(fā) 及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如現(xiàn)場總線技術(shù)及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如現(xiàn)場總線技術(shù)及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 和產(chǎn)品，計算機網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)和軟件產(chǎn)品，自動化及機和產(chǎn)品，計算機網(wǎng)絡(luò)及信息技術(shù)和軟件產(chǎn)品，自動化及機 電一體化技術(shù)和智能儀器儀表產(chǎn)品帶出一個以相關(guān)高新電一體化技術(shù)和智能儀器儀表產(chǎn)品帶出一個以相關(guān)高新 技術(shù)為核心的自

30、動化技術(shù)產(chǎn)業(yè)群體技術(shù)為核心的自動化技術(shù)產(chǎn)業(yè)群體 2021-6-12 27 (4) (4) 現(xiàn)場總線是工廠計算機網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場級設(shè)備的延伸，現(xiàn)場總線是工廠計算機網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場級設(shè)備的延伸， 是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)基于現(xiàn)場總是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)基于現(xiàn)場總 線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機數(shù)字化通信技術(shù)，使自控線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機數(shù)字化通信技術(shù)，使自控 系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層，系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層， 使企業(yè)信息系統(tǒng)的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場使企業(yè)信息系統(tǒng)的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場 從工廠底層自動化及信息集成技術(shù)角

31、度看，現(xiàn)場總線技術(shù)不從工廠底層自動化及信息集成技術(shù)角度看，現(xiàn)場總線技術(shù)不 是一項單純的以芯片換電纜的技術(shù)，是計算機及其數(shù)字化是一項單純的以芯片換電纜的技術(shù)，是計算機及其數(shù)字化 通信技術(shù)向工廠底層，即設(shè)備層的延伸，是工廠底層通信通信技術(shù)向工廠底層，即設(shè)備層的延伸，是工廠底層通信 技術(shù)的一次數(shù)字化革命是實現(xiàn)全廠自動化及技術(shù)的一次數(shù)字化革命是實現(xiàn)全廠自動化及cimscims系統(tǒng)的系統(tǒng)的 基礎(chǔ)現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變革，基礎(chǔ)現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變革， 并帶來傳統(tǒng)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)異特性并帶來傳統(tǒng)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)異特性 2021-6-12 28 (5) 現(xiàn)場總線技術(shù)將使自

32、動化和自動控制領(lǐng)域產(chǎn)生重大現(xiàn)場總線技術(shù)將使自動化和自動控制領(lǐng)域產(chǎn)生重大 變化如傳統(tǒng)的信號制，將由變化如傳統(tǒng)的信號制，將由4-29ma4-29ma模擬信號制轉(zhuǎn)換為模擬信號制轉(zhuǎn)換為 雙向數(shù)字通信的現(xiàn)場總線信號制雙向數(shù)字通信的現(xiàn)場總線信號制: :自動控制系統(tǒng)的體系自動控制系統(tǒng)的體系 結(jié)構(gòu)，將由模擬與數(shù)字的分散型系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)，將由模擬與數(shù)字的分散型系統(tǒng)（dcsdcs）轉(zhuǎn)換為全）轉(zhuǎn)換為全 數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fcsfcs）進(jìn)而，自動控制系統(tǒng)）進(jìn)而，自動控制系統(tǒng) 的設(shè)計方法和安裝調(diào)試方式也將發(fā)生重大的變化；現(xiàn)行的設(shè)計方法和安裝調(diào)試方式也將發(fā)生重大的變化；現(xiàn)行 的現(xiàn)場設(shè)備和儀表的產(chǎn)品結(jié)

33、構(gòu)將發(fā)生重大變革；現(xiàn)場總的現(xiàn)場設(shè)備和儀表的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將發(fā)生重大變革；現(xiàn)場總 線把自動控制系統(tǒng)和設(shè)備帶進(jìn)了信息網(wǎng)絡(luò)之中，形成為線把自動控制系統(tǒng)和設(shè)備帶進(jìn)了信息網(wǎng)絡(luò)之中，形成為 企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層從而為實現(xiàn)企業(yè)信息集成和企業(yè)企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層從而為實現(xiàn)企業(yè)信息集成和企業(yè) 綜合自動化提供了可行的基礎(chǔ)綜合自動化提供了可行的基礎(chǔ) 2021-6-12 29 經(jīng)過國際協(xié)商，專家們認(rèn)識到，以一種現(xiàn)場總線技術(shù)適經(jīng)過國際協(xié)商，專家們認(rèn)識到，以一種現(xiàn)場總線技術(shù)適 應(yīng)各行各業(yè)的自動化需求是不現(xiàn)實的。最后通過協(xié)商，應(yīng)各行各業(yè)的自動化需求是不現(xiàn)實的。最后通過協(xié)商， 妥協(xié)，于妥協(xié)，于19991999年底年底iec tc 65

34、(iec tc 65(負(fù)責(zé)工業(yè)測量和控制的第負(fù)責(zé)工業(yè)測量和控制的第 6565標(biāo)準(zhǔn)化委員會標(biāo)準(zhǔn)化委員會) )通過了包含通過了包含8 8種類型的現(xiàn)場總線的種類型的現(xiàn)場總線的iec iec 6115861158作為現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，并于作為現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，并于20002000年正式發(fā)年正式發(fā) 布此國際標(biāo)準(zhǔn)（布此國際標(biāo)準(zhǔn)（20002000）所包含的）所包含的8 8種類型的現(xiàn)場總線種類型的現(xiàn)場總線 分別為：分別為： 2021-6-12 30 類型類型1 iec1 iec技術(shù)報告（以技術(shù)報告（以 ffff的的h1h1為原型）為原型） 類型類型2 control-net(2 control-net(美國美

35、國rockwellrockwell公司支持公司支持) ) 類型類型3 profibus3 profibus ( (德國西門子公司支持德國西門子公司支持) ) 類型類型4 p-net (4 p-net (丹麥丹麥process datsprocess dats 公司支持公司支持) ) 類型類型5 ff hse (5 ff hse (即原即原 ff ff 的的h2 fisher-rosemounth2 fisher-rosemount公公 司支持司支持) ) 類型類型6 swift net (6 swift net (美國波音公司支持美國波音公司支持) ) 類型類型7 world fip (7 w

36、orld fip (法國法國alstomalstom公司支持公司支持) ) 類型類型8 interbus8 interbus ( (德國德國phoenix contactphoenix contact公司支持公司支持) ) 2021-6-12 31 由于由于20002000年年iec 61158 iec 61158 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布比較倉促，又由于標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布比較倉促，又由于 現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展必須滿足用戶的新要求，于是，在現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展必須滿足用戶的新要求，于是，在 此后各類型總線協(xié)議的提出者又分別做了修改，完善和此后各類型總線協(xié)議的提出者又分別做了修改，完善和 補充，現(xiàn)在已進(jìn)入第三版根據(jù)最新的

37、補充，現(xiàn)在已進(jìn)入第三版根據(jù)最新的iec/tc65ciec/tc65c文件，文件， 該標(biāo)準(zhǔn)目前包括該標(biāo)準(zhǔn)目前包括1010種協(xié)議類型：除以上所說的種協(xié)議類型：除以上所說的8 8種外，種外， 增加了：增加了： 類型類型9:ff 9:ff 應(yīng)用層應(yīng)用層 類型類型10: profinet10: profinet( (工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)) ) 2021-6-12 32 1987年德國工業(yè)界開始起動了年德國工業(yè)界開始起動了profibusprofibus聯(lián)合開發(fā)項目。聯(lián)合開發(fā)項目。 由這個聯(lián)合體開發(fā)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)成為德國的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由這個聯(lián)合體開發(fā)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)成為德國的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 即即din e 19245

38、2 profibus標(biāo)準(zhǔn)。并于標(biāo)準(zhǔn)。并于1996年，德國的國年，德國的國 家現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)成為國際性標(biāo)準(zhǔn)，即歐洲標(biāo)準(zhǔn)家現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)成為國際性標(biāo)準(zhǔn)，即歐洲標(biāo)準(zhǔn)en 50170。 （2000年年3月，月，profibusprofibus標(biāo)準(zhǔn)被批準(zhǔn)為國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)被批準(zhǔn)為國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) iec 61158的組成部分的組成部分type）。）。 iso/osi模型模型 profibus利用了現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。其協(xié)議以利用了現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。其協(xié)議以 國際國際iso（國際標(biāo)準(zhǔn)組織）的（國際標(biāo)準(zhǔn)組織）的osi（開放系統(tǒng)互連）參考（開放系統(tǒng)互連）參考 模型為基礎(chǔ)。圖模型為基礎(chǔ)。圖5.1

39、用圖解說明用圖解說明iso/osi通信標(biāo)準(zhǔn)模型通信標(biāo)準(zhǔn)模型. 2021-6-12 33 第一層第一層 第七層第七層 第六層第六層 第五層第五層 第四層第四層 第三層第三層 第二層第二層 物理層物理層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層傳輸層 會話層會話層 表達(dá)層表達(dá)層 應(yīng)用層應(yīng)用層 面向網(wǎng)絡(luò)面向網(wǎng)絡(luò) 面向用戶面向用戶 2021-6-12 34 iso/osi 通信標(biāo)準(zhǔn)模型由通信標(biāo)準(zhǔn)模型由7層組織，并分成兩類。一層組織，并分成兩類。一 類是面向用戶的第類是面向用戶的第5層到第層到第7層，另一類是面向網(wǎng)絡(luò)層，另一類是面向網(wǎng)絡(luò) 的第的第1層到第層到第4層。第層。第1層到第層到第4層描述數(shù)據(jù)從

40、一個地層描述數(shù)據(jù)從一個地 方傳輸?shù)搅硪粋€地方，而第方傳輸?shù)搅硪粋€地方，而第5層到第層到第7層給用戶提供層給用戶提供 適當(dāng)?shù)姆绞饺ピL問網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)姆绞饺ピL問網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 2021-6-12 35 從圖從圖5.25.2可以看出可以看出 ，profibusprofibus協(xié)議采用了協(xié)議采用了iso/osi 模型中的第模型中的第1 1層、第層、第2 2層以及必要時還采用了第層以及必要時還采用了第7 7層。層。 第第1 1層和第層和第2 2層的物理介質(zhì)和傳輸協(xié)議是依據(jù)美國標(biāo)層的物理介質(zhì)和傳輸協(xié)議是依據(jù)美國標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)eia rs4858、國際標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)iec 870-5-13和歐洲標(biāo)和歐洲標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)en

41、 60870-5-14制定的制定的?？偩€存取程序、數(shù)據(jù)傳?？偩€存取程序、數(shù)據(jù)傳 輸和管理服務(wù)是基于德國輸和管理服務(wù)是基于德國din192415標(biāo)準(zhǔn)的第標(biāo)準(zhǔn)的第1 1到到3 3 部分和部分和iec 9556iec 9556標(biāo)準(zhǔn)制定的。管理功能（標(biāo)準(zhǔn)制定的。管理功能（fma7） 采用了采用了iso dis 7498-4（管理框架）的概念。從用（管理框架）的概念。從用 戶的角度看，戶的角度看，profibusprofibus提供了三種通信協(xié)議類型：提供了三種通信協(xié)議類型： dp，fms和和pa。 2021-6-12 36 profibusprofibus-dp使用了第使用了第1層、第層、第2層和用戶

42、接口層。第層和用戶接口層。第 3到到7層未使用，層未使用， 這種精簡的結(jié)構(gòu)能確保高速數(shù)據(jù)傳輸。采用直接數(shù)這種精簡的結(jié)構(gòu)能確保高速數(shù)據(jù)傳輸。采用直接數(shù) 據(jù)鏈路映象程序（據(jù)鏈路映象程序（ddlm）提供對第）提供對第2層的訪問。在層的訪問。在 用戶接口中規(guī)定了用戶接口中規(guī)定了profibusprofibus-dp設(shè)備的應(yīng)用功能，以設(shè)備的應(yīng)用功能，以 及各種類型的系統(tǒng)和設(shè)備的行為特性。及各種類型的系統(tǒng)和設(shè)備的行為特性。 這種為高速傳輸用戶數(shù)據(jù)而優(yōu)化的這種為高速傳輸用戶數(shù)據(jù)而優(yōu)化的profibus協(xié)議特別協(xié)議特別 適用于可編程序控制器與現(xiàn)場級分散的適用于可編程序控制器與現(xiàn)場級分散的i/o設(shè)備之間設(shè)備之間

43、 的通信。的通信。 2021-6-12 37 2021-6-12 38 profibus-fms使用了第使用了第1層、第層、第2層和第層和第7層。應(yīng)用層（第層。應(yīng)用層（第 7層）包括層）包括 fms（現(xiàn)場總線報文規(guī)范）和（現(xiàn)場總線報文規(guī)范）和lli（低層接口）。（低層接口）。fms包包 含應(yīng)用協(xié)議和提供的通信服務(wù)。含應(yīng)用協(xié)議和提供的通信服務(wù)。lli建立各種類型的通信建立各種類型的通信 關(guān)系，并給關(guān)系，并給fms提供不依賴于設(shè)備的對第提供不依賴于設(shè)備的對第2層的訪問。層的訪問。 fms處理單元級（處理單元級（plc和和pc）的數(shù)據(jù)通信。功能強大）的數(shù)據(jù)通信。功能強大 的的fms服務(wù)可在廣泛的應(yīng)用

44、領(lǐng)域內(nèi)使用，并為解決復(fù)雜服務(wù)可在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)使用，并為解決復(fù)雜 通信任務(wù)提供了很大的靈活性。通信任務(wù)提供了很大的靈活性。 profibus -dp和和profibus -fms使用相同的傳輸技術(shù)和總線使用相同的傳輸技術(shù)和總線 存取協(xié)議。因此，它們可以在同一根電纜上同時運行。存取協(xié)議。因此，它們可以在同一根電纜上同時運行。 2021-6-12 39 profibus -pa使用擴展的使用擴展的profibus -dp協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此 外，它執(zhí)行規(guī)定現(xiàn)場設(shè)備特性的外，它執(zhí)行規(guī)定現(xiàn)場設(shè)備特性的pa設(shè)備行規(guī)。傳輸技術(shù)依設(shè)備行規(guī)。傳輸技術(shù)依 據(jù)據(jù)iec 1158-27標(biāo)準(zhǔn)，確

45、保本徵安全和通過總線對現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)，確保本徵安全和通過總線對現(xiàn)場 設(shè)備供電。使用段耦合器可將設(shè)備供電。使用段耦合器可將profibus -pa設(shè)備很容易地集設(shè)備很容易地集 成到成到profibus -dp網(wǎng)絡(luò)之中。網(wǎng)絡(luò)之中。 profibus -pa是為過程自動化工程中的高速、可靠的通是為過程自動化工程中的高速、可靠的通 信要求而特別設(shè)計的。用信要求而特別設(shè)計的。用profibus -pa可以把傳感器和執(zhí)行可以把傳感器和執(zhí)行 機構(gòu)連接到通常的現(xiàn)場總線段上，即使在防爆區(qū)域的傳感器機構(gòu)連接到通常的現(xiàn)場總線段上，即使在防爆區(qū)域的傳感器 和執(zhí)行機構(gòu)也可如此。和執(zhí)行機構(gòu)也可如此。 2021-6-12 40

46、dp/fms（rs 485）的物理層（第一層）的物理層（第一層） 對于屏蔽雙絞電纜的基本類型來說，對于屏蔽雙絞電纜的基本類型來說，profibus的第的第 1層實現(xiàn)對稱的數(shù)據(jù)傳輸，符合層實現(xiàn)對稱的數(shù)據(jù)傳輸，符合eia rs 4858標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) （也稱為（也稱為h2）。一個總線段內(nèi)的導(dǎo)線是屏蔽雙絞）。一個總線段內(nèi)的導(dǎo)線是屏蔽雙絞 電纜，段的兩端各有一個終端器（見圖電纜，段的兩端各有一個終端器（見圖5.3）。傳）。傳 輸速率從輸速率從9.6 k bit/sec到到12 m bit/sec可選，所選用可選，所選用 的波特率適用于連接到總線（段）上的所有設(shè)備的波特率適用于連接到總線（段）上的所有設(shè)備。

47、2021-6-12 41 profibus信號的傳輸程序信號的傳輸程序 用于用于profibus rs 485的傳輸程序是以半雙工、異步、無間隙的傳輸程序是以半雙工、異步、無間隙 同步為基礎(chǔ)的。數(shù)據(jù)的發(fā)送用同步為基礎(chǔ)的。數(shù)據(jù)的發(fā)送用nrz（不歸零）編碼，即（不歸零）編碼，即1個個 字符幀為字符幀為11位（位（bit）見圖）見圖5.4 。當(dāng)發(fā)送位（。當(dāng)發(fā)送位（bit）時，由二進(jìn)）時，由二進(jìn) 制制“0”到到“1”轉(zhuǎn)換期間的信號形狀不改變。轉(zhuǎn)換期間的信號形狀不改變。 在 傳 輸 期 間 ， 二 進(jìn) 制在 傳 輸 期 間 ， 二 進(jìn) 制 “ 1 ” 對 應(yīng) 于對 應(yīng) 于 r d / t d - p （

48、receive/transmit-data-p）線上的正電位，而在）線上的正電位，而在 rxd/txd-n線上則相反。各報文間的空閑（線上則相反。各報文間的空閑（idle）狀態(tài)對應(yīng)）狀態(tài)對應(yīng) 于二進(jìn)制于二進(jìn)制“1”信號（見圖信號（見圖5.5）。在專用文獻(xiàn)中，兩根）。在專用文獻(xiàn)中，兩根profibus 數(shù)據(jù)線也常稱之謂數(shù)據(jù)線也常稱之謂a線和線和b線。線。a線對應(yīng)于線對應(yīng)于rxd/txd-n信號，信號， 而而b線則對應(yīng)于線則對應(yīng)于rd/td-p信號。信號。 2021-6-12 42 rs485-rs485-總線段的結(jié)構(gòu)總線段的結(jié)構(gòu) txd/rxd-n(8)txd/rxd-p(3) 390 歐姆歐姆

49、 390 歐姆歐姆 220 歐姆歐姆 vp(6) dgnd(5) 390 歐姆歐姆 390 歐姆歐姆 220 歐姆歐姆 vp(6) dgnd(5) 總線驅(qū)動器總線驅(qū)動器 站站 總線驅(qū)動器總線驅(qū)動器 站站 txd/rxd-n(8) txd/rxd-p(3) b a （最多32個站）（最多32個站） 2021-6-12 43 profibus信號的傳輸程序信號的傳輸程序 信息位信息位 （0或1信號）（0或1信號） b1b6b2b3b4b5b7b8p10 msb 27 lsb 20 起始位起始位 奇偶奇偶 校驗位校驗位 停止位停止位 位含義位含義 lsb最低有效位最低有效位msb最高有效位最高有效位

50、 圖5.4 profibs uart 符號幀圖5.4 profibs uart 符號幀 2021-6-12 44 profibus信號的傳輸程序信號的傳輸程序 001111 b導(dǎo)線b導(dǎo)線 a導(dǎo)線a導(dǎo)線 二進(jìn)制信號二進(jìn)制信號 圖5.5 用nrz傳輸時的信號形狀圖5.5 用nrz傳輸時的信號形狀 2021-6-12 45 profibusprofibus總線導(dǎo)線長度與波特率的關(guān)系總線導(dǎo)線長度與波特率的關(guān)系 對于對于profibus而言，最大允許的總線長度，亦稱而言，最大允許的總線長度，亦稱 為段長度，取決于所選用的傳輸速率（見表為段長度，取決于所選用的傳輸速率（見表5.1）。）。 在一個總線段中最

51、多可以運行在一個總線段中最多可以運行32個站。個站。 波特率波特率 （kbit/sec) 9.6到到187.5500150012000 段長度段長度 （m) 1000400200100 2021-6-12 46 profibusprofibus的總線終端器的總線終端器 根據(jù)根據(jù)eia rs 485標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)線標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)線a和和b的兩端均加接總線終端的兩端均加接總線終端 器。器。profibus的總線終端器包含一個下拉電阻（與數(shù)據(jù)基準(zhǔn)電的總線終端器包含一個下拉電阻（與數(shù)據(jù)基準(zhǔn)電 位位dgnd相連接）和一個上拉電阻（與供電正電壓相連接）和一個上拉電阻（與供電正電壓vp相連接）。相連接）。 當(dāng)在

52、總線上沒有站發(fā)送數(shù)據(jù)時，也就說在兩個報文之間總線處當(dāng)在總線上沒有站發(fā)送數(shù)據(jù)時，也就說在兩個報文之間總線處 于空閑狀態(tài)時，這兩個電阻確保在總線上有一個確定的空閑電于空閑狀態(tài)時，這兩個電阻確保在總線上有一個確定的空閑電 位。幾乎在所有標(biāo)準(zhǔn)的位。幾乎在所有標(biāo)準(zhǔn)的profibus總線連接器上都組合了所需要總線連接器上都組合了所需要 的總線終端器，而且可以由跳接器或開關(guān)來啟動。的總線終端器，而且可以由跳接器或開關(guān)來啟動。 當(dāng)總線系統(tǒng)運行的傳輸速率大于當(dāng)總線系統(tǒng)運行的傳輸速率大于1,500 k bit/s時，由于所連接時，由于所連接 的站的電容性負(fù)載而引起導(dǎo)線反射，因此必須使用附加有軸向的站的電容性負(fù)載而

53、引起導(dǎo)線反射，因此必須使用附加有軸向 電感的總線連接插頭（見圖電感的總線連接插頭（見圖5.6）。）。 2021-6-12 47 傳輸速率傳輸速率1500k bit/s1500k bit/s時的總線插時的總線插 頭連接器和總線終端器的結(jié)構(gòu)頭連接器和總線終端器的結(jié)構(gòu) 390 歐姆歐姆 390 歐姆歐姆 220 歐姆歐姆 vp(6) dgnd(5) txd/rxd-n(8)txd/rxd-p(3) l 110 nh b b a a 總線導(dǎo)線總線導(dǎo)線 總線導(dǎo)線總線導(dǎo)線 總線驅(qū)動器總線驅(qū)動器 站站 2021-6-12 48 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（第現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（第2 2層）層） 根據(jù)根據(jù)osi參考模型，

54、第參考模型，第2層規(guī)定總線存取控制、層規(guī)定總線存取控制、 數(shù)據(jù)安全性以及傳輸協(xié)數(shù)據(jù)安全性以及傳輸協(xié) 議和報文的處理。在議和報文的處理。在profibus中，第中，第2層稱為層稱為 fdl層（現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層）。層（現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層）。 第第2層報文格式（圖層報文格式（圖5.11）提供高等級的傳輸安）提供高等級的傳輸安 全性。所有報文均具有海明距離全性。所有報文均具有海明距離hd = 4。hd = 4的含意是：在數(shù)據(jù)報文中，可以檢查出最多的含意是：在數(shù)據(jù)報文中，可以檢查出最多3個個 同時出錯的位。這一要求是通過使用國際標(biāo)準(zhǔn)同時出錯的位。這一要求是通過使用國際標(biāo)準(zhǔn) iec 870-5-1的規(guī)定

55、、選擇特殊的報文起始和終的規(guī)定、選擇特殊的報文起始和終 止標(biāo)識符、使用無間隙同步以及使用奇偶校驗位止標(biāo)識符、使用無間隙同步以及使用奇偶校驗位 和控制字節(jié)來實現(xiàn)的?？梢詸z查出以下類型的出和控制字節(jié)來實現(xiàn)的。可以檢查出以下類型的出 錯：錯： 2021-6-12 49 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（第現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（第2 2層）層） 字符格式出錯（奇偶校驗，溢出，幀出錯字符格式出錯（奇偶校驗，溢出，幀出錯） 協(xié)議出錯協(xié)議出錯 起始和終止定界符出錯起始和終止定界符出錯 幀檢查字節(jié)出錯幀檢查字節(jié)出錯 報文長度出錯報文長度出錯 出錯的報文至少要被自動地重發(fā)一次。在第出錯的報文至少要被自動地重發(fā)一次。在第2 2層層

56、中，報文的重發(fā)次數(shù)最多可設(shè)定為中，報文的重發(fā)次數(shù)最多可設(shè)定為8 8（“retry”“retry”總總 線參數(shù)）。除邏輯的點對點的數(shù)據(jù)傳輸外，第線參數(shù)）。除邏輯的點對點的數(shù)據(jù)傳輸外，第2 2層層 還允許進(jìn)行廣播和群播通信的多點傳輸。還允許進(jìn)行廣播和群播通信的多點傳輸。 2021-6-12 50 在廣播通信中，一個主站發(fā)送信息給所有其他在廣播通信中，一個主站發(fā)送信息給所有其他 站（主站和從站）。數(shù)據(jù)的接收不需應(yīng)答站（主站和從站）。數(shù)據(jù)的接收不需應(yīng)答。 在群播通信中，一個主站發(fā)送信息給一組站在群播通信中，一個主站發(fā)送信息給一組站 （主站和從站）。數(shù)據(jù)的接收不需應(yīng)答（主站和從站）。數(shù)據(jù)的接收不需應(yīng)答。

57、 第第2層提供的數(shù)據(jù)服務(wù)列于表層提供的數(shù)據(jù)服務(wù)列于表5.5中。中。 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（第現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（第2 2層）層） 2021-6-12 51 profibus傳輸服務(wù)傳輸服務(wù) 服務(wù)功能dppafms sda 發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) 需要應(yīng)答需要應(yīng)答 有有 srd 發(fā)送和請求發(fā)送和請求 數(shù)據(jù)需要應(yīng)答數(shù)據(jù)需要應(yīng)答 有有有有有有 sdn 發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù) 不需要應(yīng)答不需要應(yīng)答 有有有有有有 csrd 循環(huán)地發(fā)送循環(huán)地發(fā)送 和請求數(shù)據(jù)和請求數(shù)據(jù) 需要應(yīng)答需要應(yīng)答 有有 2021-6-12 52 profibusprofibus的報文格式的報文格式 sd1 sd4 sd2 sd3da da da da

58、 sa sa sa sa fc fc fc fcs fcs fcs ed ed ed du （數(shù)據(jù)單元）（數(shù)據(jù)單元） du sc sd2lerle l=3 (固定)固定) l=11 (固定)固定) l=4到249到249 有固定信息字段長度的格式有固定信息字段長度的格式 帶數(shù)據(jù)的有固定信息字段長度的格式帶數(shù)據(jù)的有固定信息字段長度的格式 有可變信息字段長度的格式有可變信息字段長度的格式 令牌報文令牌報文 短應(yīng)答短應(yīng)答 2021-6-12 53 profibusprofibus的報文格式的報文格式 其中：其中：l 信息字段長度信息字段長度 sc（單字符）（單字符） 單字符，僅用于應(yīng)答單字符，僅用于

59、應(yīng)答 sd1sd4 起始字節(jié)，用于區(qū)別不同的報文格式起始字節(jié)，用于區(qū)別不同的報文格式 （起始定界符起始定界符） le/ler 長度字節(jié)，指出可變長報文中信息字段的長度長度字節(jié)，指出可變長報文中信息字段的長度 da（目的地址）（目的地址） 目的地址字節(jié)，指出將接收此信息的站目的地址字節(jié)，指出將接收此信息的站 sa（源地址）（源地址） 源地址字節(jié)，指出將發(fā)送此信息的站源地址字節(jié)，指出將發(fā)送此信息的站 fc（幀控制）（幀控制） 控制字節(jié)，包含用于此信息的服務(wù)和此信息的優(yōu)先權(quán)控制字節(jié)，包含用于此信息的服務(wù)和此信息的優(yōu)先權(quán) 的詳細(xì)說明的詳細(xì)說明 du 數(shù)據(jù)單元，包含報文的有用信息，必要時還包含擴展數(shù)據(jù)單

60、元，包含報文的有用信息，必要時還包含擴展 地址的詳細(xì)說明地址的詳細(xì)說明。 fcs（幀檢查順序）檢查字節(jié)，包含報文檢查和（不進(jìn)位地加所有報文（幀檢查順序）檢查字節(jié)，包含報文檢查和（不進(jìn)位地加所有報文 元素的和元素的和） ed（終止定界符）（終止定界符） 終止字節(jié)，指出此報文終止終止字節(jié)，指出此報文終止。 2021-6-12 54 profibusprofibus的報文格式的報文格式 profibus-dp和和profibus-pa各使用第各使用第2層服務(wù)的子層服務(wù)的子 集。例如，集。例如，profibus-dp只使用只使用srd和和sdn服務(wù)。服務(wù)。 上一層通過第上一層通過第2層的層的sap（服