4_PROFIBUS现场总线

工业控制网络主讲教师：王振力第4章PROFIBUS现场总线4.1PROFIBUS概述4.2PROFIBUS-DP的通信协议4.3PROFIBUS-DP设备简介4.4PROFIBUS-DP系统4.1PROFIBUS概述一、PROFIBUS简介4.1PROFIBUS概述二、PROFIBUS的通信参考模型4.1PROFIBUS概述三、PROFIBUS的家族成员1.PROFIBUS-PA应用于过程控制系统。2.PROFIBUS-FMS应用于车间监控级通信。3.PROFIBUS-DP应用于设备级的高速数据传输。4.1PROFIBUS概述四、PROFIBUS-DP特点（1）传输介质支持屏蔽双绞线和光纤；（2）通信速率范围为9.6kbit/s~12Mbit/s；（3）总线段最多可以连接32个站点；（4）总线段最长传输距离可达1200m；（5）支持总线型或树型拓扑，有终端电阻；（6）采用不归零的差分编码，支持半双工、异步传输；（7）数据帧长度为3~255字节。4.2PROFIBUS-DP的通信协议一、PROFIBUS-DP的物理层（RS-485）1.拓扑结构（1）总线型拓扑结构4.2PROFIBUS-DP的通信协议总线终端器4.2PROFIBUS-DP的通信协议（2）树型拓扑结构4.2PROFIBUS-DP的通信协议2.电特性将NRZ位编码与RS-485信号结合；PROFIBUS-DP需要总线终端器；支持9.6kbps、19.2kbps、93.75kbps、187.5kbps、500kbps、1.5Mbps、3Mbps、6Mbps、12Mbps等通信速率；总线长度与通信速率有关4.2PROFIBUS-DP的通信协议3.连接器4.2PROFIBUS-DP的通信协议4.电缆4.2PROFIBUS-DP的通信协议二、PROFIBUS-DP的数据链路层1.系统组成4.2PROFIBUS-DP的通信协议2.设备地址设置1）地址127保留用于全局控制或广播信息。2）地址126保留用于尚未分配地址，需要使用2类主站来设置地址的从站。3）地址0一般保留作为2类主站地址。4）1类主站地址一般应该从地址1开始编号，然后连续编址。5）从站地址一般按总线段的不同，从一个整数号码开始编址。4.2PROFIBUS-DP的通信协议3.介质访问控制方式（1）令牌传递（令牌总线）（2）主-从通信（轮询）4.2PROFIBUS-DP的通信协议4.帧格式4.2PROFIBUS-DP的通信协议1）同步段每个请求帧帧头都有至少33个同步位作为帧同步时间间隔，称为同步段SYN。2）起始段SD1=10H，无数据字段的固定长度的帧；SD2=68H，有可变数据字段长度的帧；SD3=A2H，有数据字段的固定长度的帧；SD4=DCH，令牌帧；SC=E5H，短应答帧。4.2PROFIBUS-DP的通信协议3）地址段地址段由目的地址DA和源地址SA两部分组成；DA和SA分别为一个字节。4）控制段控制段FC用来定义帧作用，表明该帧是主动请求帧还是应答/回答帧。4.2PROFIBUS-DP的通信协议5）数据段数据段DU包含有效的数据信息。6）校验段校验段FCS用于对该帧进行校验，不进位加所有帧字符的和。7）结束段结束段ED为帧结束的界定符，取值为16H。4.2PROFIBUS-DP的通信协议三、PROFIBUS-DP的用户层1.DDLM预先定义的直接数据链路映射程序。2.PROFIBUS-DP用户接口3.PROFIBUS-DP行规NC/RC、编码器、变速驱动、HMI等4.电子设备数据文件（GSD）设备必须向控制器提供所必需的各种参数以利于现代化设备管理。4.3PROFIBUS-DP设备简介一、西门子S7-300PLC1.S7-300PLC硬件介绍4.3PROFIBUS-DP设备简介4.3PROFIBUS-DP设备简介2.S7-300PLC的用户程序结构（1）组织块（OB）组织块是操作系统程序与用户应用程序在各种条件下的接口，用于控制用户程序的运行。OB1是主程序循环块，相当于C语言程序中的main函数，操作系统使OB1中的用户程序一直处于循环执行状态。可将程序用不同的功能块加以结构化，通过OB1调用这些功能块。4.3PROFIBUS-DP设备简介（2）功能块（FB，FC）功能块实际是用户子程序；功能块FB带有背景数据块，存放在背景数据块中的数据在FB块结束时继续保持；功能块FC没有背景数据块，当FC完成操作后数据不能保持；标准系统功能块（SFB，SFC），它们是预先编好的，经过测试集成在S7-300PLC中的功能程序库。4.3PROFIBUS-DP设备简介（3）数据块（DB）数据块是用户定义的用于存取数据的存储区，也可以被打开或关闭。数据块可以是属于某个FB的背景数据块，也可以是通用的全局数据块。系统数据块（SDB）是为存放PLC参数所建立的系统数据存储区。4.3PROFIBUS-DP设备简介3.S7-300PLC的存储区4.3PROFIBUS-DP设备简介二、远程I/O远程IO是为了解决远距信号传递而发展起来的区别于集中式控制的一种I/O系统。1．西门子ET200M模块化设计，兼容S7-300I/O模块。4.3PROFIBUS-DP设备简介2．台达RTU-PD01兼容台达Slim系列特殊输入/输出模块、数字量输入/输出模块，PROFIBUS-DP与Modbus网关。RS-4854.3PROFIBUS-DP设备简介三、西门子触摸屏TP177BTP177B还提供了RS-485和以太网接口，支持PPI、MPI、PROFIBUS-DP和PROFINET等协议。RS-485PROFINET4.4PROFIBUS-DP系统功能要求：组建PROFIBUS-DP网络，完成完成西门子S7-300PLC、西门子与台达RTU-PD01模块的数据交换，可以实现通过触摸屏监控RTU-PD01中I/O模块上连接的按钮、指示灯状态及传感器及模拟执行机构的模拟量数值。1.系统分析S7-300PLC为PROFIBUS-DP1类主站；TP177B触摸屏为PROFIBUS-DP2类主站；RTU-PD01远程I/O模块为PROFIBUS-DP从站。4.4PROFIBUS-DP系统4.4PROFIBUS-DP系统2.从站配置设置RTU-PD01的PROFIBUS-DP地址为3；RTU-PD01右侧依次接DVP16SP、DVP08SP、DVP04AD、DVP02DA。4.4PROFIBUS-DP系统3.2类主站配置（1）创建项目（WinCCflexible软件）4.4PROFIBUS-DP系统（2）连接设计4.4PROFIBUS-DP系统（3）变量定义4.4PROFIBUS-DP系统（4）动画设计4.4PROFIBUS-DP系统4.1类主站配置（1）创建项目（STEP7软件）（2）硬件配置（3）网络组态4.4PROFIBUS-DP系统（4）软件编程控制要求：触摸屏中启动按钮按下时，S7-300PLC控制RTU数字量输出为ON，触摸屏中指示灯点亮；触摸屏中停止按钮按下时，S7-300PLC控制RTU数字量输出为OFF，触摸屏中指示灯熄灭；触摸屏中I/O域输入给定值时，S7-300PLC控制RTU模拟量输出变化，触摸屏中输出值I/O域值也跟随变化。4.4PROFIBUS-DP系统PLC梯形图程序