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PROFIBUS概述1PROFIBUS的协议结构2PROFIBUS的GSD文件3PROFIBUS概述•Profibus是ProcessFieldbus的简称，中文名称:过程现场总线。•PROFIBUS首先是在87年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发，到现在已经成为了国际上通用的现场总线标准之一，全面覆盖了工程自动化的各个领域。传统总线与PROFIBUS总线PROFIBUS总线的优点•与传统的总线相比，PROFIBUS现场总线有以下优点：1、节省硬件成本2、设计组态安装调试简便3、系统的安全可靠性好减少故障停机时间4、系统维护设备更换和系统扩充方便5、用户对系统配置设备选型有最大的自主权6、完善了企业信息系统为实现企业综合自动化提供了基础PROFIBUS族员•PROFIBUS家族成员包括PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP以及PROFIBUS-PA。PROFIBUS-DP•用于电气自动化和设备自动化中快速的数据交换。它具有设备简单，价格低廉，功能强大等特点。DP的基本版本是DP-V0,扩展版本DP-V1，DP-V2。•DP-V0：实现1类主站和从站之间的循环数据通信。•DP-V1：实现循环数据（I/O数据）交换和专为过程控制而设计的非循环数据交换。•DP-V2：实现高精度控制（多个输入同时采样、等时同步控制）PROFIBUS-PA•PORFIBUS－PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。通俗的理解就是它代替了过程控制中传统的4-20mA标准信号。PROFIBUS-FMS•PROFIBUS－FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。主要应用领域是大数据量的数据传输，把若干个分散过程部分集中到一个公共过程中。PROFIBUS工业控制网络PROFIBUS协议结构•PROFIBUS的协议结构以ISO/OSI为参考模型，所以它的协议结构符合开放性和标准化的要求。PROFIBUS协议结构物理层1数据链路层2应用层7用户层8物理层•物理层定义了“物理的”（即电气的和机械的）特性，在这其中包括PROFIBUS设备的物理传输线路技术以及规范。PROFIBUS传输技术：1、用于DP传输：RS485传输技术2、用于PA传输：IEC1158－2传输技术（MBP）3、光纤传输技术：用于提高抗干扰性和增大网络距离3用于DP传输的RS-485传输技术•RS-485传输是PROFIBUS最常用的的一种传输技术。主要用于DP传输。这种技术采用的电缆是屏蔽双绞铜线，具有简单、成本低、传输速率快等特点。•RS-485传输技术基本特征：（1）网络拓扑：总线型，两端有有源的总线终端电阻。（2）传输速率：9.6Kbit/s～12Mbit/s（3）介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）。（4）站点数：每分段32个站（不带中继器），可多到126个站（带中继器）。（5）插头连接：最好使用9针D型插头3用于DP传输的RS-485传输技术•PROFIBUS交换数据使用异步传输技术和NRZ编码，NRZ编码的二进制信号“0”和“1”的信号电平在信号持续期间维持不变。39针D型连接器的针脚分配9针D型连接器的针脚分配3标准A型电缆参数•RS485传输技术采用的电缆型号多种多样，一般现场中采用标准的A型电缆：3标准的A型电缆数据参数数值阻抗在频率为3-20MHz时为135--165Ω电容30pF/m电阻≤110Ω/km线径0.64mm导体面积0.34mm2每个波特率对应的网段的最大长度•在RS485传输技术中，每个网段的最大长度，随着波特率的增加，而减少。其中，标准A型电缆对应的每个网段最大长度如下：•注意：由于受电缆本身电阻，以及质量的问题，一般的电缆无法达到上述长度要求。信号传输速率最大网段长度/m9.6kbit/s120019.2kbit/s120045.45kbit/s120093.75kbit/s1200187.5kbit/s1000500kbit/s4001.5Mbit/s2003Mbit/s1006Mbit/s10012Mbit/s100总线网络中可扩展的最大长度•在PROFIBUS-DP安装中，必须选择一个与该总线连接的所有设备都支持的数据传输速率。所选择的数据传输速率决定了如上所述的最大网段的长度。•在每一个PROFIBUSDP网络中，两个总线站之间的最大许可的距离可计算如下:•(NO_REP+1)x网段长度•NO_REP=串联连接的中继器的最大数量•例：中继器制造商的规定允许串联9个中继器，那么在1.5Mbit/s的数据传输速率下，两总线站之间的最大距离如下：•(9+1)x200m=2000m终端电阻的使用•PROFIBUS网络中的终端电阻及使用•当信号在电缆上传输时，任何附加的电阻、电容，以及线路终端都会引起信号反射，像回声一样，反射会在线路上引起许多信号的叠加，产生严重的信号干扰，特别是在高速率传输时，这种情况更严重。为减少反射，最好的方法就是在PROFIBUS网段的两端加上一个适当的终端电阻。这个终端电阻可以设置在设备中，也可以设置在网络连接器中。终端电阻的使用终端电阻的使用网段设备数量分布•一个PROFIBUS网络中最多只能有126个设备（包括主站和从站），如果距离过长或某一处的从站设备过多，就需要把DP网络分成若干个网段。在同一个网络段中，最多只能有32个设备。如果一个网络中设备数量多于32个或由于受距离以及设备性质的限制，那就必须划分出多个网段，网段之间用中继器或者段耦合器连接。IEC1158－2的传输技术•数据IEC1158－2的传输技术是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输。传输使用固定波特31.25kbit/s用于PA传输，能满足化工和石油化工业的要求。它可保持其本征安全性，并通过总线对现场设备供电。•IEC1158－2传输技术特性：•①．数据传输：数字式、位同步、曼彻斯特编码。•②．传输速率：31.25Kbit/s，电压式。•③．数据可靠性：前同步信号,采用起始和终止限定符避免误差。•④．电缆：双绞线，屏蔽式或非屏蔽式。•⑤．远程电源供电：可选附件，通过数据线。•⑥．站数：每段最多32个，总数最多为126个。•⑦．中继器：最多可扩展至4台。光纤传输技术•光纤传输技术：可用塑料光纤和玻璃光纤。塑料光纤便宜，连接方便，但传输距离小于50m；玻璃光纤价格较贵，但传输距离远。•光纤传输优点：•（1）传输距离长；•（2）抗电磁干扰；•（3）电气隔离特性避免了电势差和接地电流的问题；•（4）光缆重量轻，不会被腐蚀。•注意：光纤传输技术，需要用专门的设备进行接收与发送，针对光纤传输技术，鼎实公司专门研发了单模光纤模块PB-OLM-S和多模光纤模块PB-OLM-M，用于信号的接收和发送。数据链路层•PROFIBUS的数据交换发生在主站和从站之间，而所有的这种数据交换都必须按一定的协议来完成。数据链路层中包含了对数据传输报文的一般结构描述、安全机制设置以及可能提供的服务。SDLELErSDrDASAFCDU….FCSEDPROFIBUS数据链路层的一般格式SD：报头；LE：数据长度DA：目标地址SA：源地址；FC：功能码FCS：帧校验序列ED：报尾，固定为0x16功能码的含义：b7b6b5b4b3b2b1b0功能编号站类型和状态：00：从站01：主站未准备好10：主站已准备11：主站正在令牌环中报文类型：1：请求报文；0：响应报文总为0应用层•应用层（FAL）是一种应用层通信标准，它为用户程序提供访问现场总线通信环境的手段。它从应用的角度规定了如何发出和传送请求和响应，其目的在于支持用户、功能块和管理应用。PROFIBUS的应用层规定了详细的数据传递报文规范和数据格式。用户层•PROFIBUS用户层主要定义了一些通信行规，包括：应用行规和系统行规。•应用行规：主要涉及到现场设备、控制和集成工具，它为制造商开发与行规一致的、可互操作的设备提供规范。•系统行规：更进一步地描述系统类别，它包含主站功能、标准程序接口可能的功能（符合IEC61131-3的FB、安全等级和FDT）和集成工具选项（GSD、EDD和DTM）。•系统行规充分描述可供现场设备使用的特定的系统参数，而应用行规则可以使用这些系统参数，最大程度地简化它们定义的特性。PROFIBUS的GSD文件•PROFIBUS中的1类主站和所有从站在进行系统组态时，必须知道它们的设备特征和性能，如制造商的名字、该设备支持的波特率、I/O模块情况以及其他必须和可选的特性数据，而这些数据都是写在一个ASCII格式的文件中的，这个文件就是GSD文件。GSD文件的组成GSD文件的组成–一般特性主要包括制造商的一些信息，如设备名称，GSD版本号，波特率等；–主站特性主要包括与主站有关的参数，如最大能处理的从站数，上载和下载选择等。从站没有该部分；–从站特性主要包括所有的从站信息，如I/O通道的数量和类型，诊断功能等，如果该从站为模块类型，则还包括可获得的模块数量和类型。GSD文件的命名•GSD文件的命名，一般格式为公司+设备名字+版本号：•如北京鼎实PB-B-MODBUS系列的产品命名为：DS_MMv32.GSD•DS为公司名字，MM代表MODBUS主站设备，v32是该设备的版本号，GSD为文件的后缀名。不同种类的GSD文件•另外，GSD文件一般用英语或者德语写成，有其它预言写成的：•1、GSE表示英语的GSD文件•2、GSG表示德语的GSD文件•3、GSI表示意大利语的GSD文件•4、GSS表示西班牙语的GSD文件•5、GSF表示法语GSD文件•打开一个GSD文件，参照GSD文件进行详细的讲解