自动化系统计算机网络 主讲李继方二OO八年三月.ppt
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1、自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络 主讲李继方二OO八年三月 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS总线技术总线技术自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS总线总线1987年德国联邦科技部集中了13家公司的5个研究所的力量,按IS00SI参考模型制定的现场总线的标准,其主要支持者是德国西门子公司。该标准于1991年4月在DIN19245中发表,正式成为德国标
2、准。最大优点在于具有稳定的EN50170作保证,并经实际应用验证具有普遍性。市场调查确认,在德国和欧洲PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过40。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS总线总线1. PROFIBUS总线的组成总线的组成 2. PROFIBUS的通信模型和协议结构的通信模型和协议结构3. PROFIBUS的传输技术的传输技术4. PROFIBUS的总线的存取控制机制的总线的存取控制机制5. PROFIBUSDP技术简介技术简介6. PROFIBUSPA技术简介技术简介7. PROFIBUSFMS技术简介技术简介自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络
3、PROFIBUS总线的组成总线的组成PROFIBUS有以下三个组成部分:有以下三个组成部分:1.PROFIBUSFMS它主要是用来解决车间级通用性通信任务,可用于大它主要是用来解决车间级通用性通信任务,可用于大范围和复杂的通信。总线周期一般小于范围和复杂的通信。总线周期一般小于100ms2.PROFIBUSDP专门为自动控制系统与分散专门为自动控制系统与分散I/O设备之间通信使用,设备之间通信使用,总线周期一般小于总线周期一般小于10ms3.PROFIBUSPA它是专门为过程自动化设计的,它可使传感器和执行它是专门为过程自动化设计的,它可使传感器和执行器安在一根共用的总线上,用双线进行总线供电
4、和数器安在一根共用的总线上,用双线进行总线供电和数据通信。据通信。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络Profibus在工业网络中的应用层次自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS总线的组成总线的组成自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS的通信模型和协议结构的通信模型和协议结构自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS的通信模型和协议结构的通信模型和协议结构自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS的通信模型和协议结构的通信模型和协议结构PROFIBUS使用了第1层(物理层)、第2层(数据链路层)和用户接口,第3层到第7层末加以
5、描述。 PROFIBUSFMS对第1层、第2层和第7层(应用层)均加以定义。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS的通信模型和协议结构的通信模型和协议结构PROFIBUSPA采用了扩展的DP协议。使用分段式耦合器,PROFIBUSPA设备能很方便地集成到PROFIBUSDP网络上。PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议,因而这两套系统可在同一根电缆上同时操作。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS的传输技术的传输技术在过程自动化的应用中,数据和电源还必须在同一根电缆上传送,以满足本质安全的要求等。单一的传
6、输技术不可能满足以上所有要求,因此PROFIBUS物理层协议提供了三种数据传输类型: 用于DP和FMS的RS485传输; 用于PA的IEC611582传输; 光纤传输。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络用于用于DP、FMS的的RS-485传输技术传输技术RS485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术。这种技术通常称之为服。采用的电缆是屏蔽双绞铜线,共用一根导线对。线性总线结构允许站点增加或减少,而且系统的分步投入也不会影响到其他站点的操作。后增加的站点对已投入运行的站点没有任务影响。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络用于用于DP、FMS的的RS-485传输技术传输技术1RS4
7、85传输技术基本特征 网络拓扑:线性总线,两端有有源的总线终端电阻。 传输速率:96bps12MbPso 传输介质:屏蔽双绞电缆,也可取消屏蔽,取决于环境条件。 站点数:每分段32个站(不带中继),可多到127个站(带中继)。 插头连接:最好使用9针D形插头。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络用于用于DP、FMS的的RS-485传输技术传输技术9针D形插头自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络用于用于DP、FMS的的RS-485传输技术传输技术针脚及其含义自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2.RS-485传输设备安装要点全部设备均与总线连接。每个分段上最多可接32个站(主站或从站
8、)。每段的头和尾各有一个总线终端电阻,确保操作运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。电缆最大长度取决于传输速率,自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2.RS-485传输设备安装要点当分段站超过32个时,必须使用中继器用以连接各总线段。串联的中继器一般不超过3个自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2.RS-485传输设备安装要点电缆参数自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2.RS-485传输设备安装要点 RS485的传输技术的PROFIBUS网络最好使用9针D形插头。当连接各站时,应确保数据线不要拧绞,系统在高电磁发射环境下运行应使用带屏蔽的电缆。如用屏蔽编织线和屏蔽箔,应
9、在两端与保护接地连接,并通过尽可能的大面积屏蔽接线覆盖,以保持良好的传导性。另外数据线必须与高压线隔离。超过500bps的数据传输速率时应避免使用短截线段,应使用市场上现有的插头,可使数据输入和输出电缆直接与插头连接,而且总线插头连接可在任何时候接通或断开而不中断其他站的数据通信。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2.用于PA的IEC61158-2传输技术IEC61158-2传输技术基本特征IEC611582传输技术用于PROFIBUS-PA,能满足化工和石油化工业的要求。它可保持其本质安全性,并通过总线对现场设备供电。 IEC611582是一种位同步协议,可进行无电流的连续传输,通常称
10、为H1。 自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2.用于PA的IEC61158-2传输技术BBC U582技术用于PROFIBUSPA,其传输以下列原理为依据。 每段只有一个电源作为供电装置。 当站收发信息时,不向总线供电。 每站现场设备所消耗的为常量稳态基本电流 现场设备的作用如同无源的电流吸收装置。 主总线两端起无源终端作用。允许使用总线形、树形和星形网络。 为提高可靠性,设计时可采用冗余的总线段 为了调制的目的,假设每个布线站至少需用10mA基本电流才能使设备启动。通信信号的发生是通过发送设备的调制,从土9mA到基本电流之间自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2.用于PA的IEC6
11、1158-2传输技术IEC61158-2传输技术特性包括 数据传输:数字式、位同步、曼彻斯特编码。 传输速率:3125kbps,电压式。 数据可靠性:前同步信号,采用起始和终止限定符避免误差。 电缆:双绞线,屏蔽式或非屏蔽式。 远程电源供电:可选附件,通过数据线。 防爆型:能进行本质及非本质安全操作。 拓扑:线形或树形,或两者相结合。 站数:每段最多32个,总数最多为126个。 中继器:最多可扩展至4台。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2IEC61158-2传输设备安装要点分段辊合器将IEC61158-2传输技术总线段与RS-485传输技术总线段连接。耦合器使RS-485信号与IEC6
12、1158-2信号相适配,它们为现场设备的远程电源供电。PROFIBUSPA的网络拓扑有树形和线形结构,或是两种拓扑的混合。现场配电箱仍继续用来连接现场设备并放置总线终端电阻器。采用树形结构时连在现场线分段的全部现场设备都并联地接在现场配电箱上。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2IEC61158-2传输设备安装要点建议使用下列参考电缆,也可使用更粗截面导线的其他电缆。 电缆设计:双绞线屏蔽电缆。 导线截面积(额定值):0.8回路电阻(直流):44欧姆/km。阻抗(31.25KHz时):100欧姆 39kHz时衰减:3dBkm。电容不平衡度:2nFkm。自动化系统计算机网络自动化系统计算机
13、网络2IEC61158-2传输设备安装要点主总线电缆的两端各有一个无源终端器,内有串联的RC元件,R=100欧姆,C=1uF。当总线站极性反向连接时,它对总线的功能不会有任何影响。连接到一个段上的站数目最多是32个。如果使用本质安全型及总线供电,站的数量将进一步受到限制。即使不需要本质安全性,远程供电装置电源也要受到限制。 外接电源。根据EN500zD标准,如果带有适当的隔离装置,允许将总线供电设备和外接电源设备都连在本质安全总线上。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络2IEC61158-2传输设备安装要点线路最长长度的确定自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络3. 光纤传输技术PROF
14、IBUS系统在电磁干扰很大的环境下应用时,可使用光纤导体,以增加高速传输的距离。可使用两种光纤导体:一是价格低廉的塑料纤维导体,供距离小于50m情况下使用;另一种是玻璃纤维导体,供距离小于1km情况下使用。 许多厂商提供专用总线插头可将RS485信号转换成导体信号或将光纤导体信号转成RS485信号。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络4.PROFIBUS的总线的存取控制机制的总线的存取控制机制PROFIBUS协议是通过0SI参考模型第2层(数据链路层)实现的。它包括保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。PROFIBUS协议的设计要满足介质控制的两个基本要求 在复杂的自动化系统(主站)问的
15、通信,必须保证在确切限定的时间间隔中,任何一个站点要有足够的时间完成通信任务。 在复杂的程序控制器和简单的I0设备(从站)间通信,应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS的总线的存取控制机制的总线的存取控制机制PROFIBUS总线存取协议,在主站之间采用令牌传送方式,在主站与从站之间采用主从方式 令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权(令牌)。在PROFIBUS中,令牌传递仅在各主站之间进行。主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从站发送或读取信息。因此,可能有三种系统配置:纯主从系统、纯主主系统和混合系
16、统自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS的总线的存取控制机制的总线的存取控制机制自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS的总线的存取控制机制的总线的存取控制机制自动化系统计算机网络自动化系统计算机网络PROFIBUS的总线的存取控制机制的总线的存取控制机制当某主站得到令牌报文后,该主站可在一定时间内执行主站工作。在这段时间内,它可依照主从通信关系表与所有从站通信,也可依照主主通信关系表与所有主站通信。在总线系统初建时,主站介质存取控制MAC的任务是制定总线上的站点分配并建立逻辑环。在总线运行期间,断电或损坏的主站必须从环中排除,新上电的主站必须加入逻辑环。第二
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