【PLC】PROFIBUS（一）：介绍

news2024/11/13 8:57:06

1、简介

PROFIBUS (Process Fieldbus)，德国SIEMENS和其它机构联合开发；
1999年，PROFIBUS成为国际工业现场总线协议标准IEC61158的组成部分；
PROFIBUS 由三部分组成：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA 和 PROFIBUS-FMS，如下图所示，这三部分由于延时、带宽的差别，分别用在设备级-DP、过程自动化-PA和车间级-FMS
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2、PROFIBUS 三部分的特点

2.1 差异

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2.2 符合 ISO/OSI

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2.3 物理层

RS 485: 用于 DP 和 FMS
IEC 1158-2: 用于 PA
光纤: 用于 DP 和 FMS

3、协议

3.1 协同作战

PROFIBUS 总线访问协议的第二层对三种PROFIBUS 版本(FMS/DP/PA)均相同，因此FMS/DP/PA 网络区域容易组合。
并且因为 FMS/DP 使用相同的物理介质 (RS-485/FO) 因此它俩能组合在同一根电缆上。

3.2 PROFIBUS-DP

1）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

2）下图是一个典型的 PROFIBUS-DP 系统的组成:
主站为一个 PLC/PC 作为中央控制器；
各种外围设备

数字或模拟 I/O
AC 或 DC 驱动器
电磁或气动阀
人机界面 (HMI)

3.3 PROFIBUS-PA

1）PROFIBUS-PA 的特点
PA ：Process Automation，业务过程自动化
–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

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3.4 PROFIBUS-FMS

1）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。制造报文规范, 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

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4、传输特点

1）高速 (H2), RS 485

依据 RS 485 异步 NRZ（不归零编码）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

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)

3）什么是NRZ传输？
不归零编码 (non-return-to-zero line code, NRZ) 指的是一种二进制的信号代码，在这种传输方式中，1 和 0 都分别由不同的电子状态来表现，除此之外，没有中性状态、亦没有其他种状态。这种脉冲的能量比归零代码(return-to-zero, RZ) 要来得密集，但它传输时是不停歇的，这代表同步信号必须在此代码之外独自传输。
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