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1、,Profibus Training Course Presented by GE Automotive,GE Fanuc Automation,GE Fanuc Automation,Profibus 与 传统集中型I/O,传统的集中型I/O控制方案如左图所示以 Profibus DP 为代表的分散型I/O控制方案如右图所示,接线端子排,去现场设备,集中I/O,分散I/O,Profibus 与 OSI 7 层网络模型,Profibus 的全称是 Process Field Bus，可见 Profibus是一种 适用于工业过程控制的局域网作为一个局域网，Profibus 必须至少具有 OSI
2、参考模型中的第一、二层网络的第一层包括了网络设备的接口及其 传输技术，这是任何一个网络设备都必须 具有的网络的第二层是数据链路层，它负责处理 网络设备如何共享传输介质,主机,层次,7,6,5,4,3,2,1,物理层连接(传输介质),Profibus 与 OSI 7 层网络模型.,Profibus 的三个子集：FMS,DP 和 PA在物理层的定义有所不同,DP与FMS均采用RS485技术，PA采用IEC 1158-2技术但是，这三个子集在数据链路层 均采用符合 IEEE802.4 标准的逻 辑令牌环协议在第二层以上，这三个子集采用 各自的高层协议对应不同的通讯 任务：FMS主要完成 PLC与PL
3、C 之间的通讯，DP用于PLC与分散 I/O之间的通讯，PA用于过程控 制中主控制器向传感器供电并读 取信息,Profibus 的物理层.,DP与FMS均采用RS485传输技术每个网站应提供9针D型连接器作为总线接口，实际有用的只有4根针每个网站9针D型连接器中3号针串连在一起，8号针也串连在一起总线电缆的两端须安装有源终端电阻来保证总线通讯的可靠,主站,从站,从站,+-/+-TX RX,从站,双绞线,Profibus在网络物理层采用RS-485或者星型光纤传输技术Profibus在网络传输层采用令牌+主从协议Profibus的三个协议子集：DP/FMS/PA的MAC帧兼容,多个子集共存利用中
4、继器扩展开放的系统,Profibus 的物理层.,Profibus 的物理层.,Profibus DP/FMS按分段方式构成网络每段可有32台设备，整个网络可有 127台设备每段的电缆长度与总线的波特率有一定的关系，见下表段与段之间可通过中继器相连，网上中继器最大个数在 3 和 10 之间,Profibus 的物理层,Profibus PA 在物理层采用 IEC 1158-2 传输技术每段32个设备，最多126台设备每段只有一个电源，向该段上的设备供电，每站消耗常量稳态基本电流(10mA)，信号的调制电流从+/-9mA到基本电流之间PA与 DP的之间通过分段耦合器连接，分段耦合器还是供电装置,
5、波特率31.25k，总线电缆两端装有无源RC终端器，电缆最大长度小于 1900m,Profibus 的物理层.,中继器(Repeator)的作用是将传输信号放大、整形，中继器的引入不可避免会引起位传输的延迟当网络上设备太多、网络总线太长，引起传输信号衰减严重时，就应该考虑使用中继器中继器两边的网段必须使用相同的波特率,中继 器,Profibus DP,Profibus 的物理层.,在电磁干扰很大的环境下、或者为了增加总线传输距离，Profibus DP/FMS 允许使用光纤传输技术每台设备有两根光纤，一根用于发送，另一根用于接受每台设备通过光纤连到星型耦合器，耦合器将接受到的光信号分送给连到它
6、的每台设备这种拓补结构看似星型的，实际上仍是总线型的光纤的传输距离一般在1km左右，已有RS485/光纤转换器,Profibus 的数据链路层,Profibus FMS/DP/PA 在网络的第二层都运行相同的介质存取协 议：Fieldbus Data Link(FDL)Profibus 网上的设备可分为主站和从站(Master-Slave)所有运行 FMS协议的设备都是主站，运行 DP和 PA协议的设备有 主站和从站之分，每个主站有权控制总线访问其他设备主站之间依靠令牌的传递依次获得总线的控制权,Profibus 的数据链路层.,网络上的每个主站都设有一个定时器：实际令牌运行时间。这个定时器
7、计算从令牌离开本站到令牌再次到达本站的时间，这个时间值与最大令 牌循环时间的差值即是本站可以控制令牌的时间当网络上的令牌环建立后，每个主站保持有三个地址：本站地址TS，前趋地址PS，后继地址NS。TS发送完之后，就发出一数据帧将令牌转移 给NS嗵齆S是否发送数据帧如果NS没有响应，则TS断定NS已经不活动。TS会发出广播帧，征询是 否有其他站的站地址比NS小，如有，则该站取代NS在逻辑环中的地位,这就完成了一个不活动站的删除每个站在获得令牌若干次之后，总会发出广播帧，询问网上是否有站号 在TS与NS之间的站，如有一个，则该站插入逻辑环。如有多个，则TS 发出分解争用帧，每次允许一个站插入逻辑环
8、逻辑环的初始化操作是令牌的争用过程，只有一个站争得令牌，其余站 按站插入算法插入逻辑环,Profibus 的高层协议,Profibus DP 的第三至第七层是由DDLM(Direct Data Link Mapper)来 完成的，在第七层之上，主站的DP协议要完成如下任务：根据主站中有关各个从站的配置信息，向各从站发出配置查询命令，如果从站的实际 配置情况与主站中关于该从站的配置情况相符，则主站将开始与该从站 周期性的数据交换，每个 DP 从站可有 244 个输出字节和 244 个输入字 节Profibus FMS的第七层是现场总线信息规格(Fieldbus Message Specifica
9、tion)，第七层与第二层之间是低层接口(Lower Layer Interface,LLI)。设备的 FMS 上层协议提供以对象为主的客户机-服务器 通讯Profibus PA的高层协议与DP类似，它采用了扩展的DP协议,SDA:发送数据并要求回复确认SDN:发送数据不要求确认SRD:发送数据并要求对方再回送一段数据,主站,从站,DDLM_Set_Prm 帧,(检查、设置从站参数）,1.,主站向从站发DDLM_Set_Prm数据帧，最长32个字节字节0-字节7由系统生成，其中的字节4、5为从站的ID（PTO）字节7以后由从站设备制造商定义以上信息来自从站的GSD文件,Byte0,Byte5,
10、Byte7,Byte4,Byte31,最长处32个字节,2.,主站,从站,DDLM_Chk_Cfg 帧,(检查、设置从站I/O配置）,Byte0,Byte7,Byte4,从站第1个模块I/O类型编码,主站向从站发DDLM_Chk_Cfg数据帧从站的每个I/O模块占一个字节，字节的编码按Profibus定义,3.,主站,从站1,从站2,1 byte,2 bytes,3 bytes,5 bytes,主站与从站进入DDLM_Data_Exchange方式，调用SRD服务,31,5 0,6 0,31-2 byte I/O,50-1 word In,60-1 word Out,Profibus DP协议
11、流程,Profibus DP的高层协议,主站,从站,从站,+-/+-TX RX,从站,双绞线,Profibus DP 按照主从方式完成数据通讯,主站,从站1,从站2,从站3,1 byte,2 bytes,3 bytes,5 bytes,主,从,主站应知道所有从站的 I/O 配置信息,正常数据交换之前,主站要核对每个从站的配置主站与从站之间以固定长度的格式交换数据通常的总线循环周期在 10ms 左右GSD文件，“即插即用”,有关 Profibus DP 的术语,GSD文件：每个Profibus设备的技术性能(如：I/O数量)、总线参数(如：所支持的波特率)均在GSD文件中说明，GSD也称为电子设
12、备数据库文件 用诶猛缱樘砑渲弥髡臼保枰峁扛龃诱镜腉SD文件以 告诉主站每个从站的参数Gap Factor：Profibus的主站获得多少次令牌后，应允许有新站插入，次数即是 Gap FactorTarget Rotation Time(最大令牌循环时间)：网络中令牌循环一周的可能 的最长时间，该参数往往由网络组态软件自动计算出Actual Token Runtime(实际令牌运行时间)：从令牌离开本站开始计时 的时间值，令牌再次到达本站时，该计时值清零。该值与最大令牌循环 时间的差值即是本站可以控制令牌的时间Slot Time：主站发出数据帧之后，等待响应的时间值,GSD_Revision=1
13、Vendor_Name=GE FanucModel_Name=Field Control BIURevision=3.20Ident_Number=0 x0534,Modular_Station=1Max_Module=17;Max Number of I/O modules connected to the slaveMax_Input_Len=130;Max length=max length of Input Buffers transmitted to modulesMax_Output_Len=130;Max length=max length of Output Buffers t
14、ransmitted to modulesMax_Data_Len=260;The sum of Input and Output bufferMax_Diag_Data_Len=9Slave_Family=3User_Prm_Data_Len=2User_Prm_Data=0 x00,0 x01;Motorola Mode,to switch to Intel change last entry 0 x01 to 0 x00,Module=IC670PBI001 Profibus BIU Slot0 0 x31EndModuleModule=IC670MDL643,5/12VDC,In,16
15、pt 0 x50EndModuleModule=IC670MDL640,24VDC,In,16pt 0 x50EndModule,从站的识别码(ID),从站设备制造商定义的参数,Bit 7,Bit 6,Bit 5,Bit 4,Bit 3,Bit 2,Bit 1,Bit 0,Byte/word,01:input10:output11:input/output,00-16,数据长度,模块I/O类型编码,典型GSD文件分析,Profibus Training,分散I/O-FieldControl&VersaMax,分散I/O-Field Control,Field Control 是 GE Fanu
16、c 的 Profibus DP从站一个 Field Control 远程I/O 站由总线接口单元(BIU)和 I/O 模块组成总线接口单元负责接收总线数据和向总线发送数据，同 时，BIU还负责与I/O模块交 换数据BIU提供标准的9针D型网络接口BIU上的8位DIP开关用于设定 Field Control 的站号，SW8设置从站站号是硬件设定还是软件设定，SW1-7设 定硬件从站站号,如果BIU上的SW8设成 ON，则 Field Control 的从站站号由 SW1-7 决定。如果 SW=OFF,则 从站站号由手持式编程器设定BIU 上的 15针D型接口用于连接 手持式编程器在手持式编程器上
17、，可设置一些 参数通常，Auto Config 应设成 Enable，这使得 BIU 能自动扫描 检测 I/O 模块在手持式编程器上还可以监视、强制本站的 I/O 状态BIU 可以自动检测总线的波特率,分散I/O-Field Control,分散I/O-Field Control,BIU 上有三个LED指示灯,分别为：PWR、OK 和 RunPWR 灯代表 BIU 的24V 供电正常OK 灯代表 BIU 自检通过,如果 BIU 下面的I/O模块 发生故障或者增加、减少 了I/O模块，OK 灯会闪烁 排除故障后再重新上电，OK灯恢复正常Run 灯代表 BIU 与主站 正常通讯，如果 Run 闪
18、烁，则表明 从站的 I/O 被 HHP 强制着,分散I/O-Field Control,Field Control单元与 主站交换数据的准则 如下：每次BIU向主 站发送数据时，BIU 除了汇报本站所有输 入模块的信息，还汇 报两个字节的故障诊断数据。发送数据时，除了送出所有输出模块的信号外，还向BIU送出两个字节长度的清除错误命令故障诊断和清除错误命令的数据格式如右,故障诊断,清除错误,分散I/O-Field Control,通过 HHP(手持式编程器)对 Field Control 进行 I/O 的强制操 作步骤如右将 HHP 连在 BIU 上，HHP 的初 始菜单如右图第一级所示，按1进
19、 入I/O监控，按2进入组态将一个变量设置成强制状态后，该变量的状态值左侧会显示*表 明该变量目前处于强制状态用光标移动键找寻 I/O 地址,按1,按1,按 ENT,按1,分散I/O-VersaMax I/O,每个NIU最多可带8个模块,分散I/O-VersaMax I/O,VersaMax的Profibus NIU的LED指示灯：PWR-电源OK-自检通过FAULT-分散I/O单元有故障NETWORK-总线通讯正常FORCE-分散I/O单元有强制(将来),VersaMax的Profibus NIU的DIP:Mode Address/X100-U：Firmware升级，X100：站号的百位数X
20、10-站号的十位数X1-站号的个位数,分散I/O-VersaMax I/O,两机架扩展方式,三机架以上扩展方式,分散I/O-VersaMax I/O,与FieldControl一致的数据格式,VersaMax送往PLC的数据格式,PLC送往VersaMax的数据格式,Profibus Training,90-70 Profibus DP,90-70 Profibus DP,设置 5136-PFB 的DIP开关和跳线在 SST Configurator 软件中，组态网上的所有主站与从站，并将组态文件输出成二进制文件在 CPU中装入 5136-PFB 的初始化程序运行5136-PFB的初始化程序，
21、并在 PC机上运行 Hyper Terminal 软件，将二进制文件 下载给 5136-PFB 模块编辑CPU中的接口程序，为每个从站模块分配I/O地址,支持Profibus DP主/从站、FMS提供标准的 9针D型网络接口和端子型接口LED指示灯：PASS：该灯由VME总线主站(PLC的CPU)向 5136-PFB的内部寄存器写 入代码后点亮。通常CPU对5136-PFB初始化后，该灯亮FAIL：该灯与 Pass灯相反OK：当5136-PFB模块的看门狗正常工作时，该灯点亮SYS：网络上的所有从站均正常通讯，该灯点亮COMM：5136-PFB 模块获得令牌时点亮,90-70 Profibus
22、 DP-5136-PFB模块,90-70 Profibus DP-5136-PFB模块,拨码开关 S1(16)的设置：,拨码开关 S1(7)的设置：,拨码开关 S1(7)的设置：,跳线设置：,运行SST Profibus Configuration软件包，将5136-PFB-VME作为DP主站加入到配置文件中,90-70 Profibus DP-SST Configurator,将从站的GSD文件拷贝到SST软件包的CommonPBCGSD子目录下,1.添加从站设备到配置文件中2.设置从站的站号3.配置每个从站所包含的模块,90-70 Profibus DP,1.,2.,3.,在Edit菜单下
23、选择“Export Binary”操作将Profibus DP的配置文件输出成二进制格式，并准备下载该二进制配置文件到5136-PFB-VME模块中,90-70 Profibus DP,90-70 CPU需要运行GE Fanuc 提供标准的子程序块来初始化 5136-PFB 模块在初始化过程中，可以使用超级终端软件来下载创建好的Profibus配置文件程序如右图所示，INIT_1子程序用于初始化系统中的第一块 5136-PFB模块,90-70 Profibus DP,现在，应利用 Hyper Terminal将 二进制文件下载到 5136-PFB中在 Win95 的 Accessories 中
24、选 Hyper Terminal,窗口如右双击 Hypertrm,窗口如下，选 Direct to COM1,90-70 Profibus DP,建立好这个连接后就可以运行这 个连接让 CPU 运行 5136-PFB 模块的 初始化程序，5136-PFB上的 SYS 灯会开始闪烁当 SYS 停止闪烁时，在 Hyper Terminal 中按住“*”直到与 5136-PFB建立通讯,此时，SYS 与COMM交替闪烁(橙色)键入 rec2bfXmodem 命令在 Transfer 菜单下选 Send File 操作，再选中二进制文件，利用 Xmodem 协议下载二进制文件键入 exit，并选择将二
25、进制文件 载入 5138-PFB的Flash Memory,90-70 Profibus DP,如果主站的组态文件与实际的从站情况相符，且网络电缆连接正常，则 5138-PFB 上的 LED除 FAIL外全部点亮这表明你已成功建立了 90-70 Profibus DP 网络,90-70 Profibus DP,90-30 Profibus DP,90-30 PLC的 Profibus DP 主站模块如右图标准的9针 Profibus 连接器9针 RS232 连接器用于下载 Firmware，更新模 块版本该模块只须用 Cimplicity Control 对它组态，不需要额外的组态软件三个 L
26、ED 指示灯：OK、RUN、PWRPWR灯：绿色-正常，黄色-模块故障OK灯：绿色-模块从CPU接收到正确组态内容 黄色-模块没有从CPU接收到正确组态内容RUN灯：绿色-模块在进行总线通讯，所有从站 通讯正常且无故障 红色-模块不进行总线通 讯 黄色-模块在进行总线通讯，但总线有?障或总线上的从站有故障,进入 Cimplicity Control，在 机架上配置 Profibus DP 主模 块。注意，该模块在 Bus Controller 菜单中90-30 Profibus DP 主模块的 配置菜单第一页(Settings)显 示如右在 Bus Address 中应填入本 站站号Statu
27、s Reference 是指从站 状态位，一个从站对应一位用户可选择总线的波特率(Baud Rate),90-30 Profibus DP,90-30 Profibus DP主模块的第二 页配置(Slave Information)显示 如右,其中一行对应一个从站设备窗口中最靠左边的一栏的数字指 的是从站在从站状态字中的状态 位处于的位序号在 GSD File 处应输入该从站的 GSD文件的路径名，如：C:CimplicityControlGSDge0534de.gsd，输入完毕，Cimpicty Control会寻找到该文件并读取 该文件中的信息在 Bus Addr处，应输入从站地址 号其余
28、数据来自GSD文件，用户不 必修改,90-30 Profibus DP,90-30 Profibus DP 主模块的第 三页配置菜单(Data Area)如右在此菜单中，用户应配置每个从 站的 I/O 信息在 Slave Addr 处输入从站站号在 Module#处输入从站中每个 I/O 模块的序号，如1，2，3.在Type处输入 I/O 模块的类 型在 Length Type 处选择 Word 或 Byte，在Data Length处输入数 据长度,在Input Offset 和 Output Offset处输入I/O地址对于从站站号为3，带有一个16 点输入和一个8点输出的 Field C
29、ontrol，其组态如右图所示,90-30 Profibus DP,将此硬件配置信息下载到 PLC 中使得 PLC 从 Stop 切换到 Run 状态察看 Profibus DP 主模块上的 OK 和 Run 灯是否变成绿色如果这两个 LED 指示灯全部变成绿色，表明你已成功建立了 90-30 PLC 的 Profibus DP 网络,90-30 Profibus DP,Profibus Master-PBM200,P,S,S,C,A,N,N,E,R,系统和通讯指示灯,模块Firmware版本升级RS232接口,Profibus 9针总线接口 Pin 8-A,Pin 3-BPin 6 5V,P
30、in 5 0V总线在两端必须以如下方式接入终端电阻：,1,2,3,在硬件配置中添加PBM200模块,1,2,1,用鼠标右击空槽，选择“Add Module”,2,在“Bus Controller”中，选择“IC693PBM200”,配置 PBM200 的基本参数,1,1,2,3,4,Slave status bits address/length:总线上每个从站的通讯状态位，第一位代表从站站号为0的设备的通讯状态位，第二位代表从站站号为1的设备,2,Slave diagnostics/Firmware ver:第一个字包含了需要上传故障信息的从站的站号，如果为零，代表当前没有从站含有故障信息。
31、第二个字包含了模块的Firmware版本。该参数的长度可设置为1，则模块Firmware版本就不汇报给CPU了,3,Sync/Freeze Control Bits:定义用于Sync/Freeze命令的数据地址,4,Network settings:双击此处设置总线的网络参数，见下页,配置网络参数,General Tab:,Network Tab:,Parameters Tab:,1,1,主站(PBM200)的站号:0-125,站号126被保留为测试设备,2,3,2,总线的波特率:9.6K 12M,3,定义总线上是否安装有中继器,在硬件配置内容中添加从站,1,2,3,1,用鼠标右击 PBM20
32、0 模块并选择“Add slave”,2,从列表中选择从站设备的类型,3,或者单击“Have Disk”来搜寻一个新的 GSD(设备数据)文件,添加从站,1,2,3,1,选择从站站号(0-125),2,从列表中选择该从站的模块配置,3,定义该模块加入哪个组、参与Sync/Freeze操作，总线上共有8个组，每个从站可加入其中的多个组,为每个从站的I/O模块分配地址,从站设备,每个从站设备的I/O模块,为从站设备的每个I/O模块分配地址,分配从站的 I/O 地址,1,2,1,定义每个从站设备的I/O模块的数据长度和地址,2,定义I/O模块的数据是否进行高低字节交换，如果模块类型是Digital且模块的字节数是奇数，则该功能被禁止,
