【正文】 1 Beijing Institute of Technology 現(xiàn)場總線技術 第三講 PROFIBUS現(xiàn)場總線 2 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 P R O F I B U S 第 一 部 分 概 論 3 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 ? Process Fieldbus的縮寫，是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領域自動化； ? 是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案。 ? PROFIBUS由三個兼容部分組成 ? PROFIBUSDP Decentralized ，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式 I/O的通信。使用 PROFIBUSDP可取代 24VDC或 420mA信號傳輸。 ? PROFIBUSPA Process ，可使傳感器和執(zhí)行機構聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。 ? PROFIBUSFMS Fieldbus Message ，是一個令牌結構、實時多主網(wǎng)絡。 概述 4 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 通 信 透 明 從 傳 感 器／執(zhí) 行 器 到 區(qū) 域 控 制 器 CNC 區(qū) 域 控 制 器 Ether/TCP/IP TCP/IP/Ether PROFIBUSFMS PROFIBUSDP PROFIBUSPA 工廠級 總線 循環(huán)時間 1000 ms 車間級 總線 循環(huán)時間 100 ms 現(xiàn)場級 總線 循環(huán)時間 10 ms PC/VME VME/PC PLC DCS 概述 5 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 PROFIBUS 簇 EN 50170 Volume 2 過程自動化 PROFIBUSPA IEC 11582 總 線 供 電 本 質 安 全 工廠自動化 PROFIBUSDP RS 485 / FO 即 插 即 用 高 效、廉 價 快速 通用目的自動化 PROFIBUSFMS RS 485 / FO 大 范 圍 的 應 用 多 主 通 信 通用 面向應用 概述 6 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 PROFIBUS 給客戶的好處 ? 節(jié)省硬件和安裝費用 減少硬件成份 (I/O, 終端塊、隔離柵 ) 更容易、更快捷和低成本的安裝 ? 節(jié)省工程費用 更容易 組態(tài) (對所有設備只需一套工具 ) 更容易保養(yǎng)和維修 更容易和更快捷的系統(tǒng)起動 ? 更大的制造靈活性 改進功能 減少故障時間 準確、可靠的診斷數(shù)據(jù) 可靠的數(shù)字傳輸技術 概述 7 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 PROFIBUS 產(chǎn)品范圍 分散的 I/O 二進制 I/O 模擬 I/O 調節(jié)器 計時器 計數(shù)器 識別系統(tǒng) 網(wǎng)關 ASInterface 各種專用網(wǎng)絡 工具 組態(tài) 總線監(jiān)視器 工程 主機接口 VAX 計算機 VME 計算機 網(wǎng)絡部件 中繼器 光纖 電纜 驅動器 AC Drives DC Drives 控制器 PLC/NC/RC VME, PC 工作站 軟件驅動程序 DOS/Windows/NT/95 OS9/VRTX VxWorks/PSOS+ OS2, QNX UNIX/VMS 服務 開發(fā)支持 實施支持 培訓 HMI（ 人機界面 ） 操作面板 文本顯示 閥 氣動閥 電磁閥 儀器儀表 液位 流量 壓力 溫度 概述 8 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 PROFIBUS 協(xié)議符合 ISO/OSI 的開放系統(tǒng)參考模型 PA 行規(guī) FMS 設備 行規(guī) IEC 接口 FMS IEC 611582 用戶層 Layer (3)(6) 應用層 (7) 數(shù)據(jù)鏈路層 (2) 物理層 (1) 未用 PA EN 50 170 PROFIBUS 導則 + 行規(guī) DP DP 擴充功能 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路 現(xiàn)場總線信息規(guī)范 DP 行規(guī) RS485 / 光纖 DP 基本功能 概述 9 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 三種有效的傳輸技術 : 提供三種不同的物理層選擇 : ? RS 485: 用于 DP 和 FMS ? IEC 11582: 用于 PA ? 光纖 : 用于 DP 和 FMS 終端 終端 站 1 ..... 站 n ? PROFIBUS 使用兩端有終端的總線拓撲 ? 在運行期間，接入和斷開一個或幾個站不會影響其他站的工作，即使在本質安全區(qū)也如此。 概述 10 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 PROFIBUSDP 的特點 : ? 代替 PLC/PC 與 I/O 之間昂貴的電線 ? 快速，傳輸 1 千字節(jié)的輸入數(shù)據(jù)和 1千字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)所需時間 2 ms ? 強有力的工具，減少組態(tài)和維護費用 ? 被所有主要的 PLC 制造商支持 ? 有廣泛的產(chǎn)品 : PLC, PC, I/O, 驅動器 , 閥 , 編碼器等 ? 允許周期性和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸 ? 單主和多主網(wǎng)絡 ? 每個站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最多可達 244 字節(jié) 概述 11 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 典型的 PROFIBUSDP 系統(tǒng) 一個典型的 PROFIBUSDP 系統(tǒng)的組成 : ? 一個 PLC/PC 作為中央控制器 ? 各種外圍設備，如 : ? 數(shù)字或模擬 I/O ? AC 或 DC 驅動器 ? 電磁或氣動閥 ? 人機界面 (HMI) 概述 主站 PROFIBUSDP PLC 從站 從站 從站 從站 RS 485 up to 12 MBit/s 12 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 ? 基于擴展的 PROFIBUSDP 協(xié)議和 IEC 11582 傳輸技術 ? 適用于代替現(xiàn)今的 4...20 mA 技術 ? 僅用一根雙絞線進行數(shù)據(jù)通信和供電 ? 通過串行總線聯(lián)接儀器儀表與控制系統(tǒng) ? 適用于本質安全的 EEx 應用區(qū)域 ? 可靠的串行數(shù)字傳輸 ? 通過一根雙絞電纜進行控制、調節(jié)和監(jiān)視 ? 對所有設備只需一個工程工具 ? 由于 PROFIBUSPA 行規(guī)，保證了互操作性和互換性 ? 儀器儀表的維護和診斷信息 PROFIBUSPA 的特點 PA = Process Automation 概述 13 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 帶有 PROFIBUSPA 的典型系統(tǒng)配置 概述 PROFIBUSDP RS 485 up to 12 MBit/s 區(qū)域控制器 (PLC) 工程或 HMI 工具 PROFIBUSPA IEC 11582 with kBit/s I 段合器／鏈接器 變送器 H2 H1 + ?x?x14 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 PROFIBUSFMS 的特點 : ? FMS 最佳適用于車間級智能主站間通用的、面向對象的通信 ? FMS 提供一個 MMS功能子集 （ MMS 即 Manufacturing Message Specification, ISO9506) ? 主要應用區(qū)域 : ? 大數(shù)量的數(shù)據(jù)傳輸，例如程序、數(shù)據(jù)塊等等 ? 若干個分散過程部分集成到一個公共過程中 ? 智能站間的通信 概述 15 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 典型的 PROFIBUSFMS 系統(tǒng) 主站 概述 一個典型的 PROFIBUSFMS 系統(tǒng)的組成 : ? 各種智能自動化單元，如 : ? PC ? 作為中央控制器的 PLC ? 作為人機界面的 HMI PROFIBUSFMS PLC 主站 主站 主站 主站 RS 485 up to 12 MBit/s 16 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 開放的組態(tài)允許即插即用 PROFIBUS 組態(tài)工具 電子設備數(shù)據(jù)單 (GSDfiles) PLC PROFIBUS GSD GSD GSD GSD GSD GSD 概述 17 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 P R O F I B U S 第 二 部 分 典型應用 18 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 PROFIBUS 已經(jīng)有廣泛的應用 ?制造業(yè)自動化 汽車制造 裝瓶系統(tǒng) 倉儲系統(tǒng) ?樓宇自動化 交通管理自動化 供熱、空調系統(tǒng) ?過程工業(yè)自動化 清洗工廠 化工和石化工廠 造紙和紡織品工廠 鋼鐵廠 ?電力工業(yè)和電力輸送 發(fā)電廠 開關裝置 水泥生產(chǎn) 聚合物存儲 膠制品生產(chǎn) 釀酒 汽車制造 污水處理 裝瓶工廠 食品生產(chǎn) 樓宇自動化 鋼鐵廠 典型應用 19 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 PROFIBUS 在汽車生產(chǎn)中 例如，在 Bochum 的 GM (Opel) 工廠 歐洲的 GM 已決定將 PROFIBUS 作為優(yōu)選的 開放現(xiàn)場總線系統(tǒng)在其所有的歐洲工廠中使用 對每個車身， PROFIBUSDP 控制機器人處理 2,000 多個 焊接操作 PROFIBUS 用在 沖壓車間，每月處理 22,000 噸鋼材 PROFIBUSDP 用在 組裝線上，每天生產(chǎn)出 1,200 輛轎車 典型應用 20 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 在 OPEL 工廠的網(wǎng)絡結構示意圖 典型應用 DP EPICS MAP / MMS 工業(yè)以太網(wǎng) 沖壓車間 FMS 500 kBaud 車身車間 DP 裝配車間 ASInterface PLC PLC PLC PLC DP 12 MBaud ASInterface PLC PLC DP 12 MBaud DP 12 MBaud 21 Beijing Institute of Technology Profibus 現(xiàn)場總線 ? 項目從 1997 年 1月開始 ? 使用儀器儀表和控制設備總值 5 百萬馬克 ? 1,000 PROFIBUSPA 的傳感器和執(zhí)行器 PROFIBUSPA 在 化工廠的應用 Visual ization Engineering Commuwin II Control room Zone 0 + Zone 1 PROFIBUSDP Tank F