PLC技術培訓班(第5講)現場總線介紹.ppt

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2019/12/23,1,熱烈歡迎,中核集團的領導和工程師們！,北京機械工業(yè)自動化研究所,2019/12/23,2,熱烈歡迎,參加PLC技術培訓班的全體學員！,北京精誠智合教學科技有限公司,2019/12/23,3,陳忠華教授,PLC培訓班（第5講）現場總線標準介紹,2019/12/23,4,現場總線技術介紹,1.現場總線技術產生的背景2.現場總線技術概念3.現場總線技術的主要特點4.現場總線的主要優(yōu)點5.成熟的現場總線應該具有的技術特點6.現場總線技術對自動控制及自動化技術的影響7.使用Profibus-DP進行數據通信的實例,2019/12/23,5,2019/12/23,6,2019/12/23,7,現場總線技術產生的背景,現場總線技術自20世紀80年代產生以來，一直受到人們的關注，被譽為自動化控制領域的一次新的革命．進入90年代以后，現場總線技術一度成為人們研究的熱點．現場總線技術的產生是由多方面因素共同作用的結果，首先，現場總線技術的產生反映了當時儀器儀表自身發(fā)展的需要，同時也反映了用戶實現企業(yè)綜合自動化，信息化的實際應用的要求，是工業(yè)自動化技術和儀器儀表發(fā)展的必然趨勢，其次由于計算機技術，通信技術和控制技術的迅速發(fā)展，為實現上述要求提供了技術基礎．因此，用戶的需要是產生現場總線技術的動力，而計算機，網絡通信和自動控制三種技術的發(fā)展則為研究開發(fā)現場總線提供了技術基礎．,2019/12/23,8,現場總線技術產生的背景,傳統控制系統有諸多不足：控制器與現場設備之間靠I/O連線連接，傳送4-20ma模擬量信號或24VDC等開關量信號，并以此監(jiān)控現場設備．這樣，控制器獲取信息量有限，大量的數據如設備參數，故障及故障記錄等數據很難得到．底層數據不全，信息集成能力不強，不能完全滿足自動化系統對底層數據的要求；除現場設備均靠標準4-20ma／24VDC連接外，系統其它軟，硬件通常只能使用一家產品．不同廠家產品之間缺乏互操作性，互換性，因此開放性，可集成性差．,2019/12/23,9,現場總線技術產生的背景,這種系統很少留出接口允許其它廠商將自己專長的控制技術，如控制算法，工藝流程，配方等集成到通用系統中去，因此，面向行業(yè)的監(jiān)控系統很少；對于大范圍的分布式系統，使用大量的I/O電纜，以及敷設施工，不僅增加成本，也增加了系統的不可靠性；由于現場級設備信息不全，現場級設備的在線故障診斷，報警，記錄功能不強，也很難完成現場設備的遠程參數設定，修改等參數化功能，影響了系統的可維護性等．,2019/12/23,10,現場總線技術產生的背景,由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，許多傳感器，執(zhí)行機構，驅動裝置等現場設備智能化，即內置CPU控制器，完成諸如線性化，量程轉換，數字濾波甚至回路調節(jié)等功能．因此，對于這些智能現場設備增加一個串行數據接口（如RS-232/485）是非常方便的．有了這樣的接口控制器就可以按其規(guī)定協議，通過串行通信方式（而不是I/O方式）完成對現場設備的監(jiān)控．如果設想全部或大部分現場設備都具有串行通信接口，并具有統一的通信協議，控制器只需一根通信電纜就可與分散的現場設備連接，采用數字通信方式，完成對所有現場設備的監(jiān)控和信息集成，這就是現場總線技術的初始想法．,2019/12/23,11,現場總線技術產生的背景,隨著控制，計算機，通信，網絡等技術的發(fā)展，信息交換溝通的領域正在迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制，管理的各個層次，覆蓋從工段，車間，工廠，企業(yè)乃至世界各地的市場．信息技術的飛速發(fā)展，引起了自動化系統結構的變革，逐步形成以網絡集成自動化系統為基礎的企業(yè)信息系統．現場總線就是順應這一形式發(fā)展起來的新技術．,2019/12/23,12,現場總線技術產生的背景,,20世紀末，世界最重大的變化是全球市場的逐步形成，從而導致競爭空前加劇，產品技術含量高，更新換代快．處于全球市場之中的工業(yè)生產必須加快新產品的開發(fā)，按市場需求調整產品的上市時間T，改善質量Q，降低成本C，并不斷完善售前售后服務S，才能在劇烈的競爭之中立于不敗之地．追求完善的T.Q.C.S是一個永無止境的過程，它能不斷地促進技術進步與管理改革．為了適應市場競爭需要，在追求TQCS的過程中逐漸形成了計算機集成制造系統CIMS．,2019/12/23,13,,,現場總線技術產生的背景,它采用系統集成，信息集成的觀點來組織工業(yè)生產．把市場，生產計劃，制造過程，企業(yè)管理，售后服務看做要統一考慮的生產過程，并采用計算機，自動化，通信等技術來實現整個過程的綜合自動化，以改善生產加工，管理決策等．由于它把整個生產過程看做是信息的采集，傳送及加工處理的過程，因而信息技術成為工業(yè)生產制造過程的重要因素．綜合自動化就是在信息采集，加工的基礎上，運用網絡和數據庫技術，實現信息集成，在集成信息的基礎上進一步優(yōu)化生產與操作，增加產量，改善T.Q.C.S提高企業(yè)的市場應變能力和競爭能力．,2019/12/23,14,現場總線技術產生的背景,隨著計算機功能的不斷增強，價格急劇降低，計算機與計算機網絡系統得到迅速發(fā)展．據統計，過去二十年中，計算機和通信的年增長率不低于25%，使計算機集成制造系統的實施具備了良好的物質基礎．但處于企業(yè)生產過程底層的測控自動化系統，要與外界交換信息．要實現整個生產過程的信息集成，要實現綜合自動化，就必須設計出一種能在工業(yè)現場環(huán)境運行的，性能可靠，造價低廉的通信系統，以實現現場自動化智能設備之間的多點數字通信，形成工廠底層網絡系統，實現底層現場設備之間以及生產現場與外界的信息交換．現場總線就是在這種背景下產生的．,2019/12/23,15,現場總線技術概念,現場總線是應用在生產現場，在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節(jié)點數字通信的系統，也被稱為開放式，數字化，多點通信的底層控制網絡．它把單個分散的測量控制設備變成網絡節(jié)點，以現場總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息，共同完成自控任務的網絡系統與控制系統．,2019/12/23,16,現場總線技術概念,根據國際電工委員會（IEC）的定義，現場總線是＂安裝在生產過程區(qū)域的現場設備／儀表與控制室內的自動化控制裝置／系統之間的一種串行，數字式，多點通信的數據總線＂．或者說，現場總線是以單個分散的數字化，智能化的測量和控制設備作為網絡節(jié)點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統．其中，＂生產過程＂應包括斷續(xù)生產過程和連續(xù)生產過程．現場設備／儀表指位于現場層的傳感器，驅動器．執(zhí)行機構等設備．因此，現場總線是面向工廠底層自動化及信息集成的數字化網絡技術．,2019/12/23,17,現場總線技術的主要特點,(1)現場總線使用數字化通信信號取代傳統的4-20mA模擬信號，可用一條通信電纜將控制器與現場設備連接，使用數字化通信完成底層設備通信及控制要求．(2)現場總線要求現場設備數字化，智能化，因此，現場設備是帶有串行通信接口的智能化設備．(3)現場總線系統中的控制器可從現場設備獲取大量信息，可實現設備狀態(tài)，故障，參數信息傳送，可完成設備遠程控制，參數化及故障診斷工作．,2019/12/23,18,現場總線技術的主要特點,(4)現場總線是計算機網絡通信向現場級的延伸，現場總線技術采用計算機數字化通信技術，使自控系統與設備加入工廠信息網絡，完成了企業(yè)信息系統的覆蓋范圍一直延伸到生產現場的要求．(5)現場總線技術是實現工廠底層信息集成的關鍵技術，要成功地實施CIMS,各層次的信息集成及支撐技術（計算機網絡問題）就必須得到解決．現場總線是工廠計算機網絡到現場設備的延伸，是支撐現場級與車間級信息集成的技術基礎．,2019/12/23,19,現場總線的主要優(yōu)點,(1)基于現場總線的自動化監(jiān)控系統增強了現場級信息集成能力，現場總線可從現場設備獲取大量豐富信息，能夠更好地滿足工廠自動化及CIMS系統的信息集成要求，系統除完成遠程控制，還可完成遠程參數化工作．(2)開放式，互操作性，互換性，可集成性，不同廠家產品只要使用同一總線標準，就具有互操作性，互換性，因此設備具有很好的可集成性．系統為開放式，允許其它廠商將自己專長的控制技術集成到通用系統中去，因此，市場上將會出現許多面向行業(yè)特點的監(jiān)控系統．,2019/12/23,20,現場總線的主要優(yōu)點,(3)系統可靠性高，可維護性好，基于現場總線的自動化監(jiān)控系統采用總線連接方式替代一對一的I/O連接，對于大規(guī)模I/O系統來說，減少了由接線點造成的不可靠因素．同時系統具有現場級設備的在線故障診斷，報警，記錄功能，可完成現場設備的遠程參數設定，修改等參數化工作，也增強了系統的可維護性．(4)節(jié)省成本，對大范圍，大規(guī)模I/O的分布式系統來說，省去了大量的電纜費用，I/O模塊及電纜的敷設工程費用，降低了系統及工程成本．,2019/12/23,21,成熟的現場總線應該具有的技術特點,目前，國際上流行的現場總線技術有很多，但一種成熟的現場總線技術應該包括以下特點：(1)現場總線組織：一個由產品制造商，系統集成商，研究院所組成的企業(yè)組織聯盟，負責管理現場總線的技術標準，研發(fā)，市場拓展，技術信息交流，產品技術認證等工作．(2)現場總線標準：一部無知識產權保護，開放的現場總線技術標準．,2019/12/23,22,成熟的現場總線應該具有的技術特點,(3)現場總線產品：有一批產品制造商開發(fā)并生產出相當數量和品種的現場總線產品，供用戶選擇使用．（4）現場總線認證：有獨立于產品制造業(yè)的產品測試認證機構，負責產品的技術標準測試認證工作，以保證現場總線技術產品的標準一致性和可互換性．(5)現場總線工程研究：有一批系統集成商針對行業(yè)應用，給出基于現場總線的自動化系統解決方案，并可完成工程實施．,2019/12/23,23,現場總線技術對自動控制及自動化技術的影響,現場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化的計算機局域網，它導致了傳統控制系統結構的變革，形成了新型的網絡集成式全分布控制系統－現場總線控制系統FCS，最終將取代傳統的DCS．它的出現，標志著工業(yè)控制技術領域又一個新時代的開始，并將對該領域的發(fā)展產生重要影響．其深度與廣度將超過歷史上的任何一次，將開創(chuàng)自動化的新紀元．,2019/12/23,24,現場總線技術對自動控制及自動化技術的影響,(1)現場總線技術是實現現場級設備數字化通信的一種工業(yè)現場層網絡通信技術，計算機網絡及信息集成技術在自動化領域發(fā)展的必然結果：是一次工業(yè)現場級設備通信的數字化變革，正像計算機網絡給社會經濟帶來巨大變化一樣，現場總線技術將給自動化領域帶來一場深刻的革命．,2019/12/23,25,現場總線技術對自動控制及自動化技術的影響,(2)現場總線技術以其開放性為重要特點，為自動化領域帶來全新的技術概念．現場總線技術打破了自動化領域被少數幾個國際性大公司壟斷的局面，使眾多中，小企業(yè)有機會參與技術及市場競爭．自動化產品，市場，及產業(yè)格局將發(fā)生巨大變化，以技術為核心，具有技術創(chuàng)新活力的企業(yè)在自動化產業(yè)中將占有重要位置．,2019/12/23,26,現場總線技術對自動控制及自動化技術的影響,(3)以現場總線技術，自動化技術，計算機網絡及信息集成技術，計算機軟件技術為核心，推出基于現場總線技術的先進控制系統平臺．不局限于工業(yè)自動化領域,可廣泛應用于市政建設，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．現場總線技術促進與該系統平臺相關的技術研究，產品開發(fā)及相關產業(yè)的發(fā)展，如現場總線技術及工業(yè)控制網絡技術和產品，計算機網絡及信息技術和軟件產品，自動化及機電一體化技術和智能儀器儀表產品．帶出一個以相關高新技術為核心的自動化技術產業(yè)群體．,2019/12/23,27,現場總線技術對自動控制及自動化技術的影響,(4)現場總線是工廠計算機網絡到現場級設備的延伸，是支撐現場級與車間級信息集成的技術基礎．基于現場總線的自動化監(jiān)控系統采用計算機數字化通信技術，使自控系統與設備加入工廠信息網絡，成為企業(yè)信息網絡底層，使企業(yè)信息系統的覆蓋范圍一直延伸到生產現場．從工廠底層自動化及信息集成技術角度看，現場總線技術不是一項單純的以芯片換電纜的技術，是計算機及其數字化通信技術向工廠底層，即設備層的延伸，是工廠底層通信技術的一次數字化革命．是實現全廠自動化及CIMS系統的基礎．現場總線技術的發(fā)展，使傳統系統結構發(fā)生變革，并帶來傳統系統無法比擬的優(yōu)異特性．,2019/12/23,28,現場總線技術對自動控制及自動化技術的影響,,,(5)現場總線技術將使自動化和自動控制領域產生重大變化．如傳統的信號制，將由4-29mA模擬信號制轉換為雙向數字通信的現場總線信號制:自動控制系統的體系結構，將由模擬與數字的分散型系統（DCS）轉換為全數字現場總線控制系統（FCS）．進而，自動控制系統的設計方法和安裝調試方式也將發(fā)生重大的變化；現行的現場設備和儀表的產品結構將發(fā)生重大變革；現場總線把自動控制系統和設備帶進了信息網絡之中，形成為企業(yè)信息網絡的底層．從而為實現企業(yè)信息集成和企業(yè)綜合自動化提供了可行的基礎．,2019/12/23,29,,,經過國際協商，專家們認識到，以一種現場總線技術適應各行各業(yè)的自動化需求是不現實的。最后通過協商，妥協，于1999年底IECTC65(負責工業(yè)測量和控制的第65標準化委員會)通過了包含8種類型的現場總線的IEC61158作為現場總線國際標準，并于2000年正式發(fā)布．此國際標準（2000）所包含的8種類型的現場總線分別為：,IEC61158現場總線標準,2019/12/23,30,,,類型1IEC技術報告（以FF的H1為原型）類型2Control-Net(美國Rockwell公司支持)類型3Profibus(德國西門子公司支持)類型4P-Net(丹麥ProcessDats公司支持)類型5FFHSE(即原FF的H2Fisher-Rosemount公司支持)類型6SwiftNet(美國波音公司支持)類型7WorldFIP(法國Alstom公司支持)類型8Interbus(德國Phoenixcontact公司支持),IEC61158現場總線標準,2019/12/23,31,,,由于2000年IEC61158標準的發(fā)布比較倉促，又由于現場總線技術的發(fā)展必須滿足用戶的新要求，于是，在此后各類型總線協議的提出者又分別做了修改，完善和補充，現在已進入第三版．根據最新的IEC/TC65C文件，該標準目前包括10種協議類型：除以上所說的8種外，增加了：類型9:FF應用層類型10:PROFInet(工業(yè)以太網),IEC61158現場總線標準,2019/12/23,32,現場總線Profibus標準介紹,1987年德國工業(yè)界開始起動了Profibus聯合開發(fā)項目。由這個聯合體開發(fā)的規(guī)則和標準成為德國的工業(yè)標準，即DINE19245[2]Profibus標準。并于1996年，德國的國家現場總線標準成為國際性標準，即歐洲標準EN50170。（2000年3月，Profibus標準被批準為國際現場總線標準IEC61158的組成部分TypeⅢ）。ISO/OSI模型Profibus利用了現有的國家標準和國際標準。其協議以國際ISO（國際標準組織）的OSI（開放系統互連）參考模型為基礎。圖5.1用圖解說明ISO/OSI通信標準模型.,2019/12/23,33,ISO/OSI通信標準模型,,,2019/12/23,34,ISO/OSI通信標準模型,ISO/OSI通信標準模型由7層組織，并分成兩類。一類是面向用戶的第5層到第7層，另一類是面向網絡的第1層到第4層。第1層到第4層描述數據從一個地方傳輸到另一個地方，而第5層到第7層給用戶提供適當的方式去訪問網絡系統。,2019/12/23,35,協議結構和類型,從圖5.2可以看出，Profibus協議采用了ISO/OSI模型中的第1層、第2層以及必要時還采用了第7層。第1層和第2層的物理介質和傳輸協議是依據美國標準EIARS485[8]、國際標準IEC870-5-1[3]和歐洲標準EN60870-5-1[4]制定的?？偩€存取程序、數據傳輸和管理服務是基于德國DIN19241[5]標準的第1到3部分和IEC955[6]標準制定的。管理功能（FMA7）采用了ISODIS7498-4（管理框架）的概念。從用戶的角度看，Profibus提供了三種通信協議類型：DP，FMS和PA。,2019/12/23,36,Profibus-DP,Profibus-DP使用了第1層、第2層和用戶接口層。第3到7層未使用，這種精簡的結構能確保高速數據傳輸。采用直接數據鏈路映象程序（DDLM）提供對第2層的訪問。在用戶接口中規(guī)定了Profibus-DP設備的應用功能，以及各種類型的系統和設備的行為特性。這種為高速傳輸用戶數據而優(yōu)化的Profibus協議特別適用于可編程序控制器與現場級分散的I/O設備之間的通信。,2019/12/23,37,Profibus的協議結構,,2019/12/23,38,Profibus-FMS,Profibus-FMS使用了第1層、第2層和第7層。應用層（第7層）包括FMS（現場總線報文規(guī)范）和LLI（低層接口）。FMS包含應用協議和提供的通信服務。LLI建立各種類型的通信關系，并給FMS提供不依賴于設備的對第2層的訪問。FMS處理單元級（PLC和PC）的數據通信。功能強大的FMS服務可在廣泛的應用領域內使用，并為解決復雜通信任務提供了很大的靈活性。Profibus-DP和Profibus-FMS使用相同的傳輸技術和總線存取協議。因此，它們可以在同一根電纜上同時運行。,2019/12/23,39,Profibus-PA,Profibus-PA使用擴展的Profibus-DP協議進行數據傳輸。此外，它執(zhí)行規(guī)定現場設備特性的PA設備行規(guī)。傳輸技術依據IEC1158-2[7]標準，確保＂本徵＂安全和通過總線對現場設備供電。使用段耦合器可將Profibus-PA設備很容易地集成到Profibus-DP網絡之中。Profibus-PA是為＂過程＂自動化工程中的高速、可靠的通信要求而特別設計的。用Profibus-PA可以把傳感器和執(zhí)行機構連接到通常的現場總線段上，即使在防爆區(qū)域的傳感器和執(zhí)行機構也可如此。,2019/12/23,40,DP/FMS（RS485）的物理層（第一層）,對于屏蔽雙絞電纜的基本類型來說，Profibus的第1層實現對稱的數據傳輸，符合EIARS485[8]標準（也稱為H2）。一個總線段內的導線是屏蔽雙絞電纜，段的兩端各有一個終端器（見圖5.3）。傳輸速率從9.6kbit/sec到12Mbit/sec可選，所選用的波特率適用于連接到總線（段）上的所有設備。,2019/12/23,41,Profibus信號的傳輸程序,用于ProfibusRS485的傳輸程序是以半雙工、異步、無間隙同步為基礎的。數據的發(fā)送用NRZ（不歸零）編碼，即1個字符幀為11位（bit）見圖5.4。當發(fā)送位（bit）時，由二進制“0”到“1”轉換期間的信號形狀不改變。在傳輸期間，二進制“1”對應于RD/TD-P（Receive/Transmit-Data-P）線上的正電位，而在RXD/TXD-N線上則相反。各報文間的空閑（idle）狀態(tài)對應于二進制“1”信號（見圖5.5）。在專用文獻中，兩根Profibus數據線也常稱之謂A線和B線。A線對應于RXD/TXD-N信號，而B線則對應于RD/TD-P信號。,2019/12/23,42,RS485-總線段的結構,2019/12/23,43,Profibus信號的傳輸程序,,,2019/12/23,44,Profibus信號的傳輸程序,,2019/12/23,45,Profibus總線導線長度與波特率的關系,,對于Profibus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5.1）。在一個總線段中最多可以運行32個站。,2019/12/23,46,Profibus的總線終端器,根據EIARS485標準，在數據線A和B的兩端均加接總線終端器。Profibus的總線終端器包含一個下拉電阻（與數據基準電位DGND相連接）和一個上拉電阻（與供電正電壓VP相連接）。當在總線上沒有站發(fā)送數據時，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位。幾乎在所有標準的Profibus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來啟動。當總線系統運行的傳輸速率大于1,500Kbit/s時，由于所連接的站的電容性負載而引起導線反射，因此必須使用附加有軸向電感的總線連接插頭（見圖5.6）。,2019/12/23,47,傳輸速率>1500Kbit/s時的總線插頭連接器和總線終端器的結構,,2019/12/23,48,現場總線數據鏈路（第2層）,根據OSI參考模型，第2層規(guī)定總線存取控制、數據安全性以及傳輸協議和報文的處理。在Profibus中，第2層稱為FDL層（現場總線數據鏈路層）。第2層報文格式（圖5.11）提供高等級的傳輸安全性。所有報文均具有海明距離HD=4。HD=4的含意是：在數據報文中，可以檢查出最多3個同時出錯的位。這一要求是通過使用國際標準IEC870-5-1的規(guī)定、選擇特殊的報文起始和終止標識符、使用無間隙同步以及使用奇偶校驗位和控制字節(jié)來實現的?？梢詸z查出以下類型的出錯：,2019/12/23,49,現場總線數據鏈路（第2層）,字符格式出錯（奇偶校驗，溢出，幀出錯）協議出錯起始和終止定界符出錯幀檢查字節(jié)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2層中，報文的重發(fā)次數最多可設定為8（“retry”總線參數）。除邏輯的點對點的數據傳輸外，第2層還允許進行廣播和群播通信的多點傳輸。,2019/12/23,50,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）。數據的接收不需應答。在群播通信中，一個主站發(fā)送信息給一組站（主站和從站）。數據的接收不需應答。第2層提供的數據服務列于表5.5中。,現場總線數據鏈路（第2層）,2019/12/23,51,,Profibus傳輸服務,,2019/12/23,52,,PROFIBUS的報文格式,,,2019/12/23,53,,PROFIBUS的報文格式,,,其中：L信息字段長度SC（單字符）單字符，僅用于應答SD1~SD4起始字節(jié)，用于區(qū)別不同的報文格式（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DA（目的地址）目的地址字節(jié)，指出將接收此信息的站SA（源地址）源地址字節(jié)，指出將發(fā)送此信息的站FC（幀控制）控制字節(jié)，包含用于此信息的服務和此信息的優(yōu)先權的詳細說明DU數據單元，包含報文的有用信息，必要時還包含擴展地址的詳細說明。FCS（幀檢查順序）檢查字節(jié)，包含報文檢查和（不進位地加所有報文元素的和）ED（終止定界符）終止字節(jié)，指出此報文終止。,2019/12/23,54,,PROFIBUS的報文格式,,,Profibus-DP和Profibus-PA各使用第2層服務的子集。例如，Profibus-DP只使用SRD和SDN服務。上一層通過第2層的SAP（服務存取點）調用這些服務。對Profibus-FMS來說，這些服務存取點被用來編址邏輯通信關系。在Profibus-DP和-PA中，每一個服務存取點分配一個確定的功能。所有主站和從站允許同時使用若干個服務存取點。有兩類服務存取點：SSAP（源服務存取點）和DSAP（目的服務存取點）。,2019/12/23,55,,Profibus應用層(第7層),,,ISO/OSI參考模型的應用層(第7層)提供用戶需要的各種通信服務。PROFIBUS的應用層由FMS接口（現場總線報文規(guī)范）和LLI接口（低層接口）組成。FMS行規(guī)為了使FMS通信服務適應實際需要的功能范圍和定義符合實際應用的設備功能，PNO（Profibus用戶組織）制定了FMS行規(guī)。這些FMS行規(guī)確保由不同制造商生產的同類設備具有同樣的通信功能。目前已制定了如下的FMS行規(guī)：,2019/12/23,56,,Profibus應用層(第7層),,,可編程序控制器之間的通信行規(guī)（3.002）此通信行規(guī)規(guī)定哪些FMS服務將用于可編程序控制器（PLC）之間的通信。依據確定的控制器類型，此行規(guī)規(guī)定哪種PLC必須能支持哪些服務、參數和數據類型。樓宇服務自動化的行規(guī)（3.011）此行規(guī)是一個面向應用分支的行規(guī)，可作為樓宇服務自動化方面許多公共需求的基礎。它描述怎樣通過FMS來處理監(jiān)視、開閉環(huán)控制、操作員控制、報警和樓宇服務自動化系統的歸檔等。,2019/12/23,57,,Profibus應用層(第7層),,,低壓開關設備行規(guī)（3.032）此行規(guī)是一個面向應用分支的FMS應用行規(guī)。在用FMS的數據通信時它規(guī)定了低壓開關設備的特性。,2019/12/23,58,,Profibus應用層(第7層),,,DP用戶接口和DP行規(guī)Profibus-DP只使用了第1層和第2層。而用戶接口定義了PROFIBUS-DP設備可使用的應用功能以及各種類型的系統和設備的行為特性。PROFIBUS-DP協議的任務只是定義用戶數據怎樣通過總線從一個站傳送到另一個站。在這里，傳輸協議并沒有對所傳送的用戶數據進行評價，這是DP行規(guī)的任務。由于精確規(guī)定了相關應用的參數和行規(guī)的使用，從而使不同制造商生產的DP部件能容易地交換使用。,2019/12/23,59,,Profibus應用層(第7層),,,NC/RC行規(guī)（3.052）此行規(guī)描述怎樣通過PROFIBUS-DP來控制加工和裝配的自動化設備。從高一級自動化系統的角度看，精確的順序流程圖描述了這些自動化設備的運動和程序控制。編碼器行規(guī)（3.062）此行規(guī)描述具有單轉或多轉分辨率的旋轉、角度和線性編碼器怎樣與PROFIBUS-DP相耦連。兩類設備定均義了基本功能和高級功能，如標定、報警處理和擴展的診斷,2019/12/23,60,,Profibus應用層(第7層),,,變速驅動的行規(guī)（3.072）主要的驅動技術制造商共同參加開發(fā)了PROFIDRIVE行規(guī)。該行規(guī)規(guī)定了怎樣定義驅動參數、怎樣發(fā)送設定點和實際值。這樣就可能使用和交換不同制造商生產的驅動設備。此行規(guī)包含運行狀態(tài)“速度控制”和“定位”所需要的規(guī)范。它規(guī)定了基本的驅動功能，并為有關應用的擴展和進一步開發(fā)留有足夠的余地。此行規(guī)包括DP應用功能或FMS應用功能的映象。,2019/12/23,61,,Profibus應用層(第7層),,,操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)，HMI（人機接口）（3.082）此行規(guī)為簡單HMI設備規(guī)定了怎樣通過Profibus-DP把它們與高一級自動化部件相連接。本行規(guī)使用PROFIBUS-DP擴展功能進行數據通信。Profibus-DP的防止出錯數據傳輸的行規(guī)（3.092）此行規(guī)定義了用于有故障安全設備通信的附加數據安全機制，如緊急O(jiān)FF。由本行規(guī)規(guī)定的安全機制已經被T?V和BIA批準。,2019/12/23,62,,使用Profibus-DP進行數據通信的實例,,,,下面我們介紹行規(guī)在傳動裝置中應用的一個實例，行規(guī)的名稱叫DRIVECOM，實例說明，怎樣通過行規(guī)完成西門子公司的S7PLC與德國Lenze公司傳動裝置之間的通信。,2019/12/23,63,,一般描述,,,,本例子由德國Lenze公司提供，它與Profibus有關，對于西門子公司的S7PLC方塊，通常是可以適用于Lenze裝置的應用的。所提供例子的編程方塊和項目的策劃，支持Lenze產品的Profibus-DP應用，并且建議了可能的解決方法。行規(guī)規(guī)定Profibus接口具有參數通道和過程數據通道。我們提供的功能塊支持參數設置和發(fā)送/接收過程數據。,2019/12/23,64,,本例子目的：,,,,2019/12/23,65,,參數通道和數據通道,,,,參數通道（Parameterchannel）:參數通道是用來讀和寫參數數據的。這些數據對時間的要求不是很嚴格。參數數據有可能是操作參數（例如，Lenze的C11－nmax），診斷參數（例如，C161－當前的故障號）或者電動機數據（例如，C15－V/f額定頻率）。過程數據通道（Processdatachannel）:過程數據必須非常快速而且要周期地交換。過程數據象控制字、狀態(tài)字、設定點和實際值都是要傳送的。過程數據通道的大小是能夠通過硬件組態(tài)來選擇的。,2019/12/23,66,,建立項目或打開項目,2019/12/23,67,,建立項目或打開項目,,2019/12/23,68,,組態(tài)硬件,,,2019/12/23,69,,組態(tài)硬件,,,,,2019/12/23,70,,選擇Profibus-DP網絡的地址和波特率,,,,,,2019/12/23,71,,選擇網絡協議和波特率,,,,,,,2019/12/23,72,,GSE文件（GSEfiles）復制,,,,,,,如果你是第一次用Lenze傳動裝置與Profibus一起工作，或者你希望插入一個新的GSE文件，你首先必須將這一文件寫入硬件目錄中。?注意：最新的GSE文件能夠在Lenze網頁的主頁上免費下載。(?“服務”?“下載”?“PROFIBUS”)(?“Service”?“Download”?“PROFIBUS”),2019/12/23,73,,GSE文件（GSEfiles）復制,,,,,,,首先要確認在硬件組態(tài)工具內還沒有組態(tài)這一GSE文件。在SIMATIC管理器的硬件組態(tài)畫面上，選擇?“選擇項”?“插入新的GSE”(?“Options”?“InstallNewGSE”)。從打開的對話框中，選擇一個新的GSE文件，點擊OK確認這一文件。另外一種安裝GSE文件的方法，是將所有新的GSE文件，復制到計算機的程序文件“文件夾”（“ProgramFiels”）目錄中的?“Siemens”?“Step7”?“S7data”?“gse”文件夾中，然后，在硬件組態(tài)工具時，點擊菜單條目?“Option”?“UpdateCatalog“更新GSE文件目錄就可以了。,2019/12/23,74,,安裝和更新GSD文件,,,,,,,,2019/12/23,75,,生成DP從站,,,,,,,在安裝完GSE文件后，Lenze的DP從站模板，能夠在硬件組態(tài)庫目錄中找到?“PROFIBUSDP”?“AdditionalFieldDevices”?“Drives”。用“拖動”或雙擊DP從站模板名的方法來生成新的DP從站。為了集成一個從站，整個文件夾（2133(8200/9300)）必須拖到PROFIBUS硬件的組態(tài)線上。這時會打開一個對話框，可以設置地址。在本例子中，模板2133具有的地址是3。,2019/12/23,76,,對Profibus-DP從站進行硬件組態(tài),,,,,,,,,2019/12/23,77,,對Profibus-DP從站進行硬件組態(tài),點擊在器件目錄中所選擇的驅動模板前面的＋號，從其下拉的列表中，你能選擇模板所支持的各種過程數據格式。選中高亮的DP從站，在窗口下方出現一個安排硬件的表，將所選中的過程數據格式，拖動到表中。,,,,,,,,2019/12/23,78,,Lenze傳動裝置作為DP從站的硬件組態(tài),,,,,,,,,,2019/12/23,79,,Lenze傳動裝置作為DP從站的硬件組態(tài),,,,,,,,,,對從站而言，一個合適的表格，包含完整的兩行。第一行表示參數通道，第二行表示過程數據通道在I/O地址列（圖5.21中的紅色圈所示）中的地址是重要的。?注意：表中有許多種用于通信的過程數據格式。,2019/12/23,80,,Lenze傳動裝置作為DP從站的硬件組態(tài),,,,,,,,,,有關控制字和狀態(tài)字的分配，請參考相關通信模板手冊的操作說明書。目錄中標有（cons.）的含義是指數據（參數和/或過程數據）是同時連續(xù)（consistently）發(fā)送的。?注意：如果應用FC127功能來發(fā)送參數，那么數據的同時連續(xù)（consistency）是非常重要的！,2019/12/23,81,,有關控制字和狀態(tài)字的分配,,,,,,,,,,什么是“同時連續(xù)”（“consistency”）的含義？如果包含的相關數據多于一個字節(jié)或一個字，在這種情況下,“consistency”的使用，保證了在控制器的中央處理單元與Profibus主站之間通過連接存儲器（雙口RAM）的數據交換能做到無故障傳送。這就是“consistency”這一術語的含義。這一點還意味著，除非“consistency”是允許的，否則在讀請求時不會有相關的數據進入CPU中，這時就會出現一個故障信息。,2019/12/23,82,,中央處理單元CPU和Profibus主站接口之間的數據通信,,,,,,,,,,2019/12/23,83,,CPU和Profibus主站接口之間的數據通信,,,,,,,,,,在PLC的程序中，要求有I/O的起始地址。它們在組態(tài)時是可以改變的。雙擊圖5.21中的地址列，打開對話框（見圖5.23）,在對話框中能夠改變地址的范圍。對同一列（輸入和輸出地址）的地址范圍總是應該相同的（見圖上紅色的圈）。這樣的表示比較清楚，同時編制應用程序也更容易一些。,2019/12/23,84,,CPU和Profibus主站接口之間的數據通信,,,,,,,,,,2019/12/23,85,,方塊的順序調用,,,,,,,,,,2019/12/23,86,,方塊的順序調用,,,,,,,,,,FC30功能是一個例子，可以用來說明參數和過程數據轉移的基本要求。除此之外，FC30功能通過過程數據通道寫DRIVECOM的控制字和讀DRIVECOM的狀態(tài)字。功能是按照DRIVECOM的狀態(tài)機制工作的，用這種方法，只要DRIVECOM的狀態(tài)機制已經被激活，允許通過Profibus對控制器進行初始化。進而，FC30功能還完成，怎樣調用FC127功能和怎樣讓Profibus的參數能夠讀和寫。所有讀或寫的碼都進入到數據塊DB31中。為了參數轉移，要求同時連續(xù)地轉移數據，所以，必須裝入系統功能SFC14（讀“consistent”數據）和SFC15（寫“consistent”數據），并調用它們。,2019/12/23,87,,方塊的順序調用,,,,,,,,,,下面，對每一個方塊進行說明。方塊是用STL語言（語句表語言）編寫的。DRIVECOM行規(guī)（DRIVECOMprofile）FC30程序支持DRIVECOM行規(guī)。它假設過程數據通道的第一個字是DRIVECOM的控制字或狀態(tài)字。根據這一行規(guī)，和控制器的允動有關，一定的順序是必須遵守的。FC30自動的處理這些順序。在下面的章節(jié)中，將詳細地介紹DRIVECOM控制字的功能。,2019/12/23,88,,方塊的順序調用,,,,,,,,,,DRIVECOM控制字（DRIVECOMcontrolword）DRIVECOM控制字的每一個位，在FC30程序中的處理，我們用在該程序的第幾網絡段（NW）來注解，例如，對控制字的“0”位（加電，Switchon）,在程序中是在第6網絡段處理的，我們就用括號（NW6）來注解。下面的列表是Lenze公司傳動裝置，使用DRIVECOM行規(guī)時，對控制字每一個位的定義，和在FC30程序中的處理。,2019/12/23,89,,DRIVECOM行規(guī)的控制字定義,,,,,,,,,,2019/12/23,90,,DRIVECOM行規(guī)的控制字定義,,,,,,,,,,2019/12/23,91,,DRIVECOM行規(guī)的控制字定義,,,,,,,,,,2019/12/23,92,,DRIVECOM行規(guī)的控制字定義,,,,,,,,,,DRIVECOM狀態(tài)字（DRIVECOMstatusword）DRIVECOM狀態(tài)字表示控制器裝置的當前狀態(tài)表5.7:DRIVECOM行規(guī)的狀態(tài)字定義,2019/12/23,93,DRIVECOM行規(guī)的狀態(tài)字定義,2019/12/23,94,,DRIVECOM行規(guī)的狀態(tài)字定義,,,,,,,,,,2019/12/23,95,DRIVECOM行規(guī)的狀態(tài)字定義,2019/12/23,96,控制字和狀態(tài)字的自由定義位是可以自由分配的。在對其進行分配定義之前，請閱讀相關的PROFIBUS操作指令手冊，因為對不同的控制器而言，其位的分配定義是可能不完全相同的。下面的表，列出了Lenze公司不同的操作指令手冊，相對于不同的控制器：表5.8:,DRIVECOM行規(guī)的狀態(tài)字定義,2019/12/23,97,功能FC30既可以由OB1調用，也可以由其它的方塊調用。下面我們對FC30功能，一步、一步地進行說明，本例子中使用的通信模板是2131。注意：如果需要對數據進行“同時連續(xù)轉移”（consistentdatatransfer），那么在PLC中必須裝入系統功能SFC14(讀consistent數據)和SFC15(寫consistent數據)。在FC30的變量登記表中，我們建立了兩個暫存的數據結構：data_receive(接收數據用數據結構)data_sent(發(fā)送數據用數據結構)在下面的例子中，FC30功能設計成用3個過程數據字（PCD）進行通信。在變量登記表中，每一個數據結構是由6個字節(jié)或3個字組成。,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,98,注意：請參考你的PROFIBUS主站操作說明書，確認數據是按照字節(jié)傳送還是按照字傳送。變量登記表必須根據過程數據字進行調整。舉例表5.9：,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,99,上面的表表明data_receive結構有4個PCD字。對data_send結構也需要重復上面的做法。FC30功能總共有9個網絡段組成，并且支持DRIVECOM行規(guī)。下面對每一個網絡段進行說明。網絡段1，讀過程數據字（Network1,processdata<=controller）為了更容易讀懂程序，下面把程序中用的符號地址表列出表5.10:,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,100,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,101,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,102,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,103,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,104,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,105,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,106,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,107,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,108,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,109,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,110,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,111,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,112,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,113,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,114,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,115,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,116,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,117,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,118,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,119,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,120,FC30功能（FC30function）,2019/12/23,121,FC30功能（FC30function）,