1、课题三课题三 PROFIBUS总线总线任务一任务一 通信模型通信模型5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层4.传输层传输层2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层4.传输层传输层2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层数据数据 从下面看到，网络中的数据不是从一台主机的第从下面看到，网络中的数据不是从一台主机的第N层直接传层直接传送到另一台主机的第送到另一台主机的第N层，而是每一层都把数据交给它的下一层，而是每一层都把数据交给它的下一层，直到最底层，再将数据传送到对方的最底层，再一层层的层，直到最底
2、层，再将数据传送到对方的最底层，再一层层的往上送至第往上送至第N层。层。网络中不同计算机中同一层的规则称为协议，同一计算机网络中不同计算机中同一层的规则称为协议，同一计算机的不同功能层的通信规则称为接口。的不同功能层的通信规则称为接口。层次结构模型中数据的实际传送过程如图，图中发送进程层次结构模型中数据的实际传送过程如图，图中发送进程送给接收进程的数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递送给接收进程的数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。在发送方从上到下逐
3、层传递各层的传递，最后到达接收进程。在发送方从上到下逐层传递的过程中，每层都要加上适当的控制信息，即图中和的过程中，每层都要加上适当的控制信息，即图中和H7、H6、.、H1，统称为报头。到最底层成为由，统称为报头。到最底层成为由“0”或或“1”组成的组成的数据比特流，然后再转换为电信号在物理媒体上传输至接收方。数据比特流，然后再转换为电信号在物理媒体上传输至接收方。接收方在向上传递时过程正好相反，要逐层剥去发送方相应层接收方在向上传递时过程正好相反，要逐层剥去发送方相应层加上的控制信息。加上的控制信息。4.传输层传输层2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层5.会话层会话层 6
4、.表示层表示层 7.应用层应用层面向用户应用面向用户应用面向数据传输面向数据传输任务任务2 七层七层OSI模型功能模型功能数据数据源地址源地址帧检测序列帧检测序列类型类型目的地址目的地址可变可变2664XXXXXX XXXXXX由厂商分配给由厂商分配给设备设备由由IEEE分配给分配给厂商厂商(如如:锐捷网锐捷网络络00-D0-F8)前导位前导位MAC 地址地址8单位单位:字节字节 世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异。例如电世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异。例如电话交换网、分组交换网、公用数据交换网、局域网等通信话交换网、分组交换网、公用数据交换网、局域网等通信子网都可互联，但它们
5、提供的吞量、传输速率、数据延迟子网都可互联，但它们提供的吞量、传输速率、数据延迟通信费用各不相同。对于会话层来说，却要求有一性能恒通信费用各不相同。对于会话层来说，却要求有一性能恒定的界面。传输层就承担了这一功能。定的界面。传输层就承担了这一功能。允许接入网络资源应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层建立、管理和终止会话将分组从源端传送到目的端；提供网络互联在媒体上传输比特；提供机械的和电气的规约对数据进行转换、加密和压缩提供可靠的进程到进程的报文传输和差错恢复将比特组装成帧；提供节点到节点方式的传输应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输
6、层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层传输层传输层互联网络层互联网络层网络接口层网络接口层 传输控制协议传输控制协议/互连网协议互连网协议TCP/IP是一个使用非常普遍的网是一个使用非常普遍的网络互连标准协议。络互连标准协议。TCP/IP协议是美国的国防部高级计划研究局协议是美国的国防部高级计划研究局开发的。目前，众多的网络产品厂家都支持开发的。目前，众多的网络产品厂家都支持TCP/IP协议，协议，TCP/IP已成为一个事实上的工业标准。已成为一个事实上的工业标准。源端口号源端口号(16比特比特)目的端口号目的端口号(16比特比特)顺序号顺序号(32比特比特)应答号应
7、答号(32比特比特)窗口大小窗口大小(16比特比特)校验和校验和(16比特比特)其它其它TCP控制信息（如控制信息（如SYN,ACK等）等）数据数据20网络位网络位主机位主机位10101100 00010000 01111010 11001100 172 16 122 2041286432168421NetworkHostHostHostNetwork NetworkHostHostNetwork Network NetworkHost8 比特比特8 比特比特8 比特比特8 比特比特1A类类:0NNNNNNNHostHostHost8 916 1724 2532(1-126)1B类类:10NN
8、NNNNNetworkHostHost8 916 1724 2532(128-191)1C类类:110NNNNNNetworkNetworkHost8 916 17242532(192-223)1D类类:1110MMMM多播组多播组多播组多播组多播组多播组8 916 17242532(224-239)作为众多现场总线家族的成员之一，作为众多现场总线家族的成员之一，ProfiBus是在是在欧洲工业界得到最广泛应用的一个现场总线标准，也是目欧洲工业界得到最广泛应用的一个现场总线标准，也是目前国际上通用的现场总线标准之一。前国际上通用的现场总线标准之一。ProfiBus是一种单是一种单元级、现场级的
9、现场总线技术，适用于传输中、小量的数元级、现场级的现场总线技术，适用于传输中、小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合据。其开放性可以允许众多的厂商开发各自的符合ProfiBus协议的产品，这些产品可以连接在同一个协议的产品，这些产品可以连接在同一个ProfiBus网络上。网络上。ProfiBus是一种电气网络，物理传输是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输。介质可以是屏蔽双绞线、光纤、无线传输。任务任务1 PROFIBUS的分类的分类(1)PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。第三：定义了第一、二层和用户接口。第三到到 七层未加描述。用户接口规
10、定了用户及系统以及不同七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。设备的设备行为。(2)PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口（）和低层接口（Lower Layer InterfaceLLI）。）。FMS包括了应用协议并向用户提供包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。了可广泛选用的强有
11、力的通信服务。LLI协调不同的通协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。(3)PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，协议。另外，PA还描述了现场设备行为还描述了现场设备行为的的PA行规。根据行规。根据IEC61158-2标准，标准，PA的传输技术可的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在使用连接器可在DP上扩展上扩展PA网络。网络。令牌环：令牌环：是一种是一种 LAN 协议，在总线起动时，系统通过辨
12、认主协议，在总线起动时，系统通过辨认主站建立令牌环。其中所有的工作站（主站）都连接到一站建立令牌环。其中所有的工作站（主站）都连接到一个逻辑环上，每个主站只能同直接相邻的工作站传输数个逻辑环上，每个主站只能同直接相邻的工作站传输数据。据。令牌环上传输的小的数据（帧）叫为令牌，谁有令令牌环上传输的小的数据（帧）叫为令牌，谁有令牌谁就有传输权限。如果环上的某个工作站收到令牌并牌谁就有传输权限。如果环上的某个工作站收到令牌并且有信息发送，它就改变令牌中的一位，添加想传输的且有信息发送，它就改变令牌中的一位，添加想传输的信息，然后将整个信息发往环中的下一工作站。当这个信息，然后将整个信息发往环中的下一
13、工作站。当这个信息帧在环上传输时，网络中没有令牌，这就意味着其信息帧在环上传输时，网络中没有令牌，这就意味着其它工作站想传输数据就必须等待。因此令牌环网络中不它工作站想传输数据就必须等待。因此令牌环网络中不会发生传输冲突。会发生传输冲突。（3）两种方式的组合（多主系统）两种方式的组合（多主系统）任务任务3 PROFIBUS-DP系统配置和设备类型系统配置和设备类型 PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接一总线上最多可连接126个站点。每个个站点。每个PROFIBUS-DP系系统可包括以下三种不同类型设备：统可包括以下三种不同类型
14、设备：1.一级一级DP主站（主站（DPM1）：一级）：一级DP主站是中央控制器，它主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的站（如在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。从站）交换信息。典型的典型的DPM1如如PLC或或PC。2.二级二级DP主站（主站（DPM2）：二级）：二级DP主站是编程器、组态设主站是编程器、组态设备或操作面板，在备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。作和监视目的。3.DP从站：从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（围设备（I/O设备、驱动器、设
15、备、驱动器、HMI、阀门等）。、阀门等）。单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个相互独立的子系统。每个子系统包括一个DPM1、指定的若干从、指定的若干从站及可能的站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可读取设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入从站的输入/输出映象，但只有一个输出映象，但只有一个DP主站允许对主站允许对DP从站写入数据。从站写入数据。PROFIBUS提供了三种数据传输类
16、型：提供了三种数据传输类型：用于用于DP和和FMS的的RS-485传输。传输。用于用于PA的的IEC61158-2传输。传输。光纤（用于光纤（用于DP和和FMS）任务任务1 用于用于DP/FMS的的RS-485传输技术传输技术 由于由于RS-232接口标准出现较早，主要有以下四点不足：接口标准出现较早，主要有以下四点不足：（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。电路连接。（2）传输速率较低，最高传输速率波特率为）传输速率较低，最
17、高传输速率波特率为20Kbps。（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，输形式，容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。（4）传输距离有限，最大传输距离）传输距离有限，最大传输距离15米左右。米左右。RS-485是是PROFIBUS最常用的一种技术。采用的电缆最常用的一种技术。采用的电缆在一般场合采用普通的双绞线就可以。在一般场合采用普通的双绞线就可以。RS-485传输技术基本特征：传输技术基本特征：RS485电气特性采用正逻辑，电气特性采用正逻辑，2V6V表示表示“1”，-6V-2V表
18、表示示“0”。传输速率：传输速率：9.6K bit/s12M bit/s。传输距离传输距离：RS-485最大的通信距离约为最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为，最大传输速率为12Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继中继器。器。由于由于PC机默认的只带有机默认的只带有RS232接口，通过接口，通过RS232/RS485转换电路将转换电路将PC机串口机串口RS232信号转换成信号转换成RS485信号。
19、信号。网络拓扑一般采用终端匹配有源总线终端电阻的总线型结构网络拓扑一般采用终端匹配有源总线终端电阻的总线型结构，采用一，采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短线长度应尽量短。站点数：每分段站点数：每分段32个站（不带中继），可多到个站（不带中继），可多到127个站（带中继）。个站（带中继）。PROFIBUD-DP和PROFIBUS-FMS的电缆接线和总线终端电阻注：除却本身占用注：除却本身占用1个站点，为编程设备个站点，为编程设备保留一个站点，因此，一个支持保留一个站点，因此，一个支持Pr
20、ofibus的设备最多能和的设备最多能和126个站点互个站点互联。联。任务任务2 用于用于PA的的IEC61158-2传输技术传输技术(1)数据数据IEC61158-2的传输技术用于的传输技术用于PROFIBUS-PA，能满，能满足化工和石油化工业的要求。并通过总线对现场设备供电。足化工和石油化工业的要求。并通过总线对现场设备供电。(2)IEC61158-2是一种位同步协议。是一种位同步协议。(3)IEC61158-2技术用于技术用于PROFIBUS-PA，其传输以下列原，其传输以下列原理为依据：理为依据：l 每段只有一个电源作为供电装置。每段只有一个电源作为供电装置。l 当站收发信息时，不向
21、总线供电。当站收发信息时，不向总线供电。l 每站现场设备所消耗的为常量稳态基本电流。每站现场设备所消耗的为常量稳态基本电流。l 现场设备其作用如同无源的电流吸收装置。现场设备其作用如同无源的电流吸收装置。l 主总线两端起无源终端线作用。主总线两端起无源终端线作用。l 允许使用线性、树型和星型网络。允许使用线性、树型和星型网络。l 为了调制的目的，假设每个总线站至少需用为了调制的目的，假设每个总线站至少需用10mA基本电基本电流才能使设备启动。流才能使设备启动。通信信号的发生是通过发送设备的调通信信号的发生是通过发送设备的调制，从制，从9 mA到基本电流之间。到基本电流之间。(4)IEC1158
22、-2传输技术特性传输技术特性:l 数据传输：数字式、位同步、曼彻斯特编码。数据传输：数字式、位同步、曼彻斯特编码。l 传输速率：传输速率：31.25K bit/s，电压式。，电压式。l 数据可靠性：前同步信号，采用起始和终止限定数据可靠性：前同步信号，采用起始和终止限定符避免误差。符避免误差。l 电缆：双绞线，屏蔽式或非屏蔽式。电缆：双绞线，屏蔽式或非屏蔽式。l 远程电源供电：可选附件，通过数据线。远程电源供电：可选附件，通过数据线。l 防爆型：能进行本征及非本征安全操作。防爆型：能进行本征及非本征安全操作。l 拓扑：线型或树型，或两者相结合。拓扑：线型或树型，或两者相结合。l 站数：每段最多站数：每段最多32个，总数最多为个，总数最多为126个。个。l 中继器：最多可扩展至中继器：最多可扩展至4台。台。
