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PROFIBUS的協(xié)議結構

    PROFIBUS協(xié)議結構是根據(jù)ISO7498標準，以OSI作為參考模型的。PROFIBUS-DP定義了第1、2層和用戶接口。第3到7層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調(diào)用的應用功能，并具體說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。PROFIBUS-FMS定義了第1、2、7層，應用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（FMS）和低層接口（LLI）。FMS包括了應用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通訊服務；LLI協(xié)調(diào)不同的通訊關系并提供不依靠設備的第2層訪問接口。PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1157-2標準，PA的傳輸技術可確保其本質(zhì)安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網(wǎng)絡。

         2．PROFIBUS的傳輸技術

    PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸型式：RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸。

   （1） RS-485傳輸技術

    RS-485傳輸是PROFIBUS常用的一種傳輸技術，通常稱之為H2。RS-485傳輸技術用于PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS。

PROFIBUS的協(xié)議結構

    PROFIBUS協(xié)議結構是根據(jù)ISO7498標準，以OSI作為參考模型的。PROFIBUS-DP定義了第1、2層和用戶接口。第3到7層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調(diào)用的應用功能，并具體說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。PROFIBUS-FMS定義了第1、2、7層，應用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（FMS）和低層接口（LLI）。FMS包括了應用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通訊服務；LLI協(xié)調(diào)不同的通訊關系并提供不依靠設備的第2層訪問接口。PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1157-2標準，PA的傳輸技術可確保其本質(zhì)安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網(wǎng)絡。

         2．PROFIBUS的傳輸技術

    PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸型式：RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸。

   （1） RS-485傳輸技術

    RS-485傳輸是PROFIBUS常用的一種傳輸技術，通常稱之為H2。RS-485傳輸技術用于PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS。

             RS-485傳輸技術基本特征是：網(wǎng)絡拓撲為線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率為9.6kbps～12Mbps；介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件；不帶中繼時每分段可連接32個站，帶中繼時可多到127個站。

             RS-485傳輸設備安裝要點：全部設備均與總線連接；每個分段上多可接32個站（主站或從站）；每段的頭和尾各有一個總線終端電阻，確保操縱運行不發(fā)生誤差；兩個總線終端電阻必須一直有電源；當分段站超過32個時，必須使用中繼器用以連接各總線段，串聯(lián)的中繼器一般不超過4個；傳輸速率可選9.6kbps～12Mbps，一旦設備投進運行，全部設備均需選用同一傳輸速率。電纜大長度取決于傳輸速率。采用RS-485傳輸技術的PROFIBUS網(wǎng)絡好使用9針D型插頭。當連接各站時，應確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境下運行應使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可進步電磁兼容性（EMC）。如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應在兩端與保護接地連接，并通過盡可能的大面積屏蔽接線來復蓋，以保持良好的傳導性。

             （2）IEC1157-2傳輸技術

IEC1l57-2的傳輸技術用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化產(chǎn)業(yè)的要求。它可保持其本質(zhì)安全性，并通過總線對現(xiàn)場設備供電。IEC1157-2是一種位同步協(xié)議，可進行無電流的連續(xù)傳輸，通常稱為H1。

             （3）光纖傳輸技術

    PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸?shù)拈g隔?？墒褂脙煞N光纖導體：一種是價格低廉的塑料纖維導體，供間隔小于50m情況下使用；另一種是玻璃纖維導體，供間隔小于1km情況下使用。很多廠商提供總線插頭可將RS-485信號轉(zhuǎn)換成光纖導體信號或?qū)⒐饫w導體信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號。

         3. PROFIBUS總線存取控制技術

    PROFIBUS-DP、FMS、PA均采用一樣的總線存取控制技術，它是通過OSI參考模型第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）來實現(xiàn)的，它包括保證數(shù)據(jù)可靠性技術及傳輸協(xié)議和報文處理。在PROFIBUS中，第2層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（FDL，F(xiàn)ieldbus Data Link）。介質(zhì)存取控制（M A C，   Medium Access Control）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。PROFIBUS協(xié)議的設計要滿足介質(zhì)存取控制的兩個基本要求：

             1）在復雜的自動化系統(tǒng)（主站）間的通訊，必須保證在確切限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成通訊任務。

    2）在復雜的程序控制器和簡單的I/O設備（從站）間通訊，應盡可能快速又簡單地完成數(shù)據(jù)的實時傳輸。

             因此PROFIBUS主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規(guī)定的時間內(nèi)得到總線存取權（令牌），令牌在所有主站中循環(huán)一周的長時間是事先規(guī)定的。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進行。主站得到總線存取令牌時可依照主-從通訊關系表與所有從站通訊，向從站發(fā)送或讀取信息，也可依照主-主通訊關系表與所有主站通訊。所以可能有3種系統(tǒng)配置：純主-從系統(tǒng)、純主-主系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。

             RS-485傳輸技術基本特征是：網(wǎng)絡拓撲為線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率為9.6kbps～12Mbps；介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件；不帶中繼時每分段可連接32個站，帶中繼時可多到127個站。

             RS-485傳輸設備安裝要點：全部設備均與總線連接；每個分段上多可接32個站（主站或從站）；每段的頭和尾各有一個總線終端電阻，確保操縱運行不發(fā)生誤差；兩個總線終端電阻必須一直有電源；當分段站超過32個時，必須使用中繼器用以連接各總線段，串聯(lián)的中繼器一般不超過4個；傳輸速率可選9.6kbps～12Mbps，一旦設備投進運行，全部設備均需選用同一傳輸速率。電纜大長度取決于傳輸速率。采用RS-485傳輸技術的PROFIBUS網(wǎng)絡好使用9針D型插頭。當連接各站時，應確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境下運行應使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可進步電磁兼容性（EMC）。如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應在兩端與保護接地連接，并通過盡可能的大面積屏蔽接線來復蓋，以保持良好的傳導性。

S7-1200是西門子公司的新一代小型PLC，代表了下一代PLC的發(fā)展方向。它集成了以太網(wǎng)接口和很強的工藝功能，編程軟件STEP 7 Basic集成了用于人機界面組態(tài)的WinCC Basic，硬件和網(wǎng)絡的組態(tài)、編程和監(jiān)控均采用圖形化的方式。

　　1．極為方便的以太網(wǎng)通信。使用普通的以太網(wǎng)電纜，可以下載和監(jiān)控，提供了筆記本電腦與PLC通信的簡單的方法。

　　2．指令系統(tǒng)的設計簡單合理，有的指令（例如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令）可以設置一個或兩個操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型，一條指令相當于S7-200/300/400的多條指令。

　　3．只有梯形圖和功能塊圖語言，沒有語句表語言。

　　4．程序結構基本上與S7-300/400相同。指令系統(tǒng)、程序結構和編程軟件應該與替代S7-300/400的S7-1500兼容。

　　5．STEP 7 Basic采用與西門子人機界面的組態(tài)軟件WinCC flexible類似的多窗口界面，同時顯示項目樹窗口、程序區(qū)、組態(tài)和顯示信息口，以及指令表或人機界面的對象列表等。軟件的使用極為方便，例如可以將變量表和塊的接口區(qū)中的局部變量直接拖放到梯形圖中。軟件很容易上手。

　　6．各種硬件、網(wǎng)絡和參數(shù)采用形象直觀的圖形和表格組態(tài)的方法來設置。比S7-200的“向?qū)?rdquo;功能和系統(tǒng)塊更為直觀和方便。

　　7．集成的WinCC Basic的功能和界面與WinCC flexible基本上相同。PLC與精簡系列面板在同一個項目中組態(tài)和編程，人機界面可以直接使用PLC的變量。指示燈比WinCC flexible的更好用。有人機界面仿真功能。

　　8．具有比S7-300的參考數(shù)據(jù)更強的功能，有多種顯示交叉數(shù)據(jù)的方法?？梢钥焖俨榭磫为毜淖兞吭赑LC和HMI中使用的情況。

　　9．有很強的故障診斷和顯示功能，有診斷緩沖區(qū)診斷選項卡和讀取錯誤信息的指令?？梢杂肔ED顯示有故障的模擬量模塊的通道。

　　10．CPU集成了兩點模擬量，集成的高速計數(shù)器和高速輸出的功能和使用方法與S7-200基本上相同。

　　11．CPU上可安裝一塊1AO或2DI/2DO信號板。后者可用于高速輸入、高速輸出，可彌補繼電器型CPU不能輸出高速脈沖的缺陷。

　　12．PID的參數(shù)設置和調(diào)試方便直觀，有參數(shù)自整定功能，可控制16個回路。配一塊AO信號板，就可以實現(xiàn)PID閉環(huán)控制。PID參數(shù)自整定功能很好用。

             （2）IEC1157-2傳輸技術

IEC1l57-2的傳輸技術用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化產(chǎn)業(yè)的要求。它可保持其本質(zhì)安全性，并通過總線對現(xiàn)場設備供電。IEC1157-2是一種位同步協(xié)議，可進行無電流的連續(xù)傳輸，通常稱為H1。

             （3）光纖傳輸技術

    PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸?shù)拈g隔?？墒褂脙煞N光纖導體：一種是價格低廉的塑料纖維導體，供間隔小于50m情況下使用；另一種是玻璃纖維導體，供間隔小于1km情況下使用。很多廠商提供總線插頭可將RS-485信號轉(zhuǎn)換成光纖導體信號或?qū)⒐饫w導體信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號。

         3. PROFIBUS總線存取控制技術

    PROFIBUS-DP、FMS、PA均采用一樣的總線存取控制技術，它是通過OSI參考模型第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）來實現(xiàn)的，它包括保證數(shù)據(jù)可靠性技術及傳輸協(xié)議和報文處理。在PROFIBUS中，第2層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（FDL，F(xiàn)ieldbus Data Link）。介質(zhì)存取控制（M A C，   Medium Access Control）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。PROFIBUS協(xié)議的設計要滿足介質(zhì)存取控制的兩個基本要求：

             1）在復雜的自動化系統(tǒng)（主站）間的通訊，必須保證在確切限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成通訊任務。

    2）在復雜的程序控制器和簡單的I/O設備（從站）間通訊，應盡可能快速又簡單地完成數(shù)據(jù)的實時傳輸。

             因此PROFIBUS主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規(guī)定的時間內(nèi)得到總線存取權（令牌），令牌在所有主站中循環(huán)一周的長時間是事先規(guī)定的。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進行。主站得到總線存取令牌時可依照主-從通訊關系表與所有從站通訊，向從站發(fā)送或讀取信息，也可依照主-主通訊關系表與所有主站通訊。所以可能有3種系統(tǒng)配置：純主-從系統(tǒng)、純主-主系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。