Profibus安装指南.docx
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Profibus安装指南
目录
1现场总线PROFIBUS知识补充1
1.1PROFIBUS概述1
1.2PRFIBUS基本特性1
1.2.1PROFIBUS协议结构1
1.2.2PROFIBUS传输技术2
1.3PROFIBUS-DP5
1.3.1PROFIBUS-DP的基本功能5
1.3.1.1PROFIBUS-DP基本特征6
1.3.1.2PROFIBUS-DP系统配置和设备类型6
1.3.3电子设备数据文件（GSD）7
1.5PROFIBUS-FMS8
1.5.1PROFIBUS-FMS应用层8
1.5.2PROFIBUS-FMS通信模型9
1.5.3通信对象与通信字典（OD）9
1.5.4PROFIBUS-FMS服务9
1.5.5低层接口（LLI）9
1.5.6网络管理9
1.6PROFIBUS特点综述10
2准备工作：
11
3配置步骤：
11
PROFIBUS板卡安装指南
1现场总线PROFIBUS知识补充
1.1PROFIBUS概述
（1）PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。
广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。
（2）PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS-PA（ProcessAutomation）、PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification）。
（3）PROFIBUS-DP：
是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。
使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。
（4）PROFIBUS-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。
（5）PROFIBUS-FMS：
用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。
（6）PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。
可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
1.2PRFIBUS基本特性
1.2.1PROFIBUS协议结构
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际准，以开放式系统互联网络（OpenSystemInterconnection-OSI）作为参考模型的。
该模型共有七层，如下图2-1所示：
图2-1：
PROFIBUS协议结构
（1）PROFIBUS-DP：
定义了第一、二层和用户接口。
第三到七层未加描述。
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PROFIBUS-DP设备的设备行为。
（2）PROFIBUS-FMS：
定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（FieldbusMessageSpecification-FMS）和低层接口（LowerLayerInterface-LLI）。
FMS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。
LLI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。
（3）PROFIBUS-PA：
PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。
另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。
根据IEC1158-2标准，PA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。
使用连接器可在DP上扩展PA网络。
1.2.2PROFIBUS传输技术
PROFIBUS提供了三种数据传输类型，它们分别是：
用于DP和FMS的RS485传输、用于PA的IEC1158-2传输以及光纤。
目前NI所提供的板卡采用的是第一种传输方式，因此这里仅介绍用于DP/FMS的RS485传输技术。
由于DP与FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议，因而，这两套系统可在同一根电缆上同时操作。
RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术。
这种技术通常称之为H2。
采用的电缆是屏蔽双绞铜线。
RS-485传输技术基本特征：
Ø网络拓扑：
线性总线，两端有有源的总线终端电阻。
Ø传输速率：
9.6Kbit/s~12Mbit/s
Ø介质：
屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）。
Ø站点数：
每分段32个站（不带中继），可多到127个站（带中继）。
Ø插头连接：
最好使用9针D型插头。
传输设备安装要点:
（1）全部设备均与总线连接。
（2）每个分段上最多可接32个站（主站或从站）。
（3）每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运行不发生误差。
两个总线终端电阻必须永远有电源。
见图2-2所示。
（4）当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线段。
串联的中继器一般不超过3个。
见图2-3所示：
图2-2：
PROFIBUD-DP和PROFIBUS-FMS的电缆接线和总线终端电阻
图2-2:
每个分段上最多可接32个站（主站或从站）
（5）电缆最大长度取决于传输速率。
如使用A型电缆，则传输速率与长度如下表2-1：
表2-1
波特率（Kbit/s）
9．6
19．2
93．75
187．5
500
1500
12000
距离/段（M）
1200
1200
1200
1000
400
200
100
（6）A型电缆参数：
阻抗：
135-165W电容：
〈30pf/m回路电阻：
110W
线规：
0.64mm导线面积：
>0.34mmW
（7）RS-485的传输技术的PROFIBUS网络最好使用9针D型插头，插头针脚定义和接线见图2-2所示。
（8）当连接各站时，应确保数据线不要拧绞，系统在高电磁发射环境（如汽车制造业）下运行应使用带屛蔽的电缆，屏蔽可提高电磁兼容性（EMC）。
（9）如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保护接地连接，并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖，以保持良好的传导性。
另外建议数据线必须与高压线隔离。
（10）超过500Kbit/s的数据传输速率时应避免使用短截线段，应使用市场上现有的插头可使数据输入和输出电缆直接与插头连接，而且总线插头可在任何时候接通或断开而并不中断其它站的数据通信。
1.3PROFIBUS-DP
PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传送。
主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。
总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。
除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。
1.3.1PROFIBUS-DP的基本功能
（1）传输技术：
RS-485双绞线、双线电缆或光缆。
波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。
（2）总线存取：
各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送。
支持单主或多主系统。
总线上最多站点（主-从设备）数为126。
（3）通信：
点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。
循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送。
（4）运行模式：
运行、清除、停止。
（5）同步：
控制指令允许输入和输出同步。
同步模式：
输出同步；锁定模式：
输入同步。
（6）功能：
DP主站和DP从站间的循环用户数据传送。
各DP从站的动态激活和可激活。
DP从站组态的检查。
强大的诊断功能，三级诊断信息。
输入或输出的同步。
通过总线给DP从站赋予地址。
通过总线对DP主站（DPM1）进行配置。
每DP从站的输入和输出数据最大为246字节。
（7）可靠性和保护机制：
所有信息的传输按海明距离HD=4进行。
DP从站带看门狗定时器（WatchdogTimer）。
对DP从站的输入/输出进行存取保护。
DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。
（8）设备类型：
第二类DP主站（DPM2）是可进行编程、组态、诊断的设备。
第一类DP主站（DPM1）是中央可编程序控制器，如PLC、PC等。
DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。
1.3.1.1PROFIBUS-DP基本特征
（1）速率：
在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传送512bit/s输入和512bit/s输出，在12Mbit/s时只需1毫秒。
（2）诊断功能：
经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能能对故障进行快速定位。
诊断信息在总线上传输并由主站采集。
诊断信息分三级：
Ø本站诊断操作：
本站设备的一般操作状态，如温度过高、压力过低。
Ø模块诊断操作：
一个站点的某具体I/O模块故障。
Ø通道诊断操作：
一个单独输入/输出位的故障。
1.3.1.2PROFIBUS-DP系统配置和设备类型
PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。
在同一总线上最多可连接126个站点。
系统配置的描述包括：
站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。
每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：
（1）一级DP主站（DPM1）：
一级DP主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。
典型的DPM1如PLC或PC。
（2）二级DP主站（DPM2）：
二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。
（3）DP从站：
DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、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。
如图2-5所示：
图2-5：
单主站系统
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DPM1、指定的若干从站及可能的DPM2设备。
任何一个主站均可读取DP从站的输入/输出映象，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。
如图2-6所示：
图2-6：
多主站系统
1.3.3电子设备数据文件（GSD）
为了将不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件（电子设备数据库文件）方式提供这些产品的功能参数（如I/O点数、诊断信息、波特率、时间监视等）。
标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。
使用根据GSD文件所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。
如图2-7所示。
图2-7：
基于GSD文件开放式组态
GSD文件可分为三个部分：
（1）总规范：
包括了生产厂商和设备名称、硬件和软件版本、波特率、监视时间间隔、总线插头指定信号。
（2）与DP有关的规范：
包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数、上装/下装能力。
（3）与DP从站有关的规范：
包括了与从站有关的一切规范，如输入/输出通道数、类型、诊断数据等。
1.5PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-FMS的设计旨在解决车间监控级通信。
在这一层，可编程序控制器（如PLC、PC机等）之间需要比现场层更大量的数据传送，但通信的实时性要求低于现场层。
1.5.1PROFIBUS-FMS应用层
应用层提供了供用户使用的通信服务。
这些服务包括访问变量、程序传递、事件控制等。
PROFIBUS-FMS应用层包括下列两部分：
Ø现场总线信息规范（FieldbusMessageSpecification-FMS）：
描述了通信对象和应用服务。
Ø低层接口（LowerLayerInterface-LLI）：
FMS服务到第二层的接口。
1.5.2PROFIBUS-FMS通信模型
PROFIBUS-FMS利用通信关系将分散的应用过程统一到一个共用的过程中。
在应用过程中，可用来通信的那部分现场设备称虚拟设备VFD（VirtualfieldDevice）。
在实际现场设备与VFD之间设立一个通信关系表。
通信关系是VFD通信变量的集合，如零件数、故障率、停机时间等。
VFD通过通信关系表完成对实际现场设备的通信。
1.5.3通信对象与通信字典（OD）
（1）FMS面向对象通信，它确认5种静态通信对象：
简单变量、数组、记录、域和事件，还确认2种动态通信对象：
程序调用和变量表。
（2）每个FMS设备的所有通信对象都填入对象字典（OD）。
对简单设备，OD可以予定义，对复杂设备，OD可以本地或远程通过组态加到设备中去。
静态通信对象进入静态对象字典，动态通信对象进入动态通信字典。
每个对象均有一个唯一的索引，为避免非授权存取，每个通信对象可选用存取保护。
1.5.4PROFIBUS-FMS服务
FMS服务项目是ISO9506制造信息规范MMS（ManufacturingMessageSpecification）服务项目的子集。
这些服务项目在现场总线应用中已被优化，而且还加上了通信对象的管理和网络管理。
PROFIBUS-FMS提供大量的管理和服务，满足了不同设备对通信提出的广泛需求，服务项目的选用取决于特定的应用，具体的应用领域在FMS行规中规定。
1.5.5低层接口（LLI）
第七层到第二层服务的映射由LLI来解决，其主要任务包括数据流控制和联接监视。
用户通过称之为通信关系的逻辑通道与其他应用过程进行通信。
FMS设备的全部通信关系都列入通信关系表CRL（CommunicationRelationshipList）。
每个通信关系通过通信索引（CREF）来查找，CRL中包含了CREF和第二层及LLI地址间的关系。
1.5.6网络管理
FMS还提供网络管理功能，有由现场总线管理层第七层来实现。
其主要功能有：
上、下关系管理、配置管理、故障管理等。
1.6PROFIBUS特点综述
与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。
目前已应用的领域包括加工制造、过程控制和楼宇自动化等。
PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。
市场调查确认，在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场份额超过40%。
PROFIBUS有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。
2准备工作：
（1）Profibus板卡驱动：
可以直接在NI的官网上下载。
（去客户那里之前务必准备好驱动，之前的一次验货，包装盒里带的光盘竟然是Nero的安装文件，相当无语）
（2）从设备的GSD文件：
这个也是调试成功所必需的文件，一般会由设备制造商提供。
（3）LabVIEW：
如果客户所需要的不仅仅只是看到设备处于正常工作状态，还需要进行数据通讯时就需要使用到LabVIEW。
（4）电源模块：
有些从设备需要外部供电，而NI的Profibus接口卡仅能提供+5V电压，所以需要根据设备要求提供相应的供电电源。
3配置步骤：
（1）安装Profibus板卡驱动，装好后在“开始”菜单里找到“ComsoftGmbH”=>“ProfibusConfigurator”=>“ConfiguratorII”，如图1所示：
图1
（2）导入所有设备的GSD文件。
如图2所示：
图2
（3）正确安装了设备的GSD文件后，该设备便能够出现在“ProfibusDP”的树形结构下面，如图3所示：
图3
（4）点击“new”按钮新建工作区，如图4所示。
图4
（5）拖拽“DF_PROFI2”至配置区域，会出现该设备的图标，对该图标点击右键并选择菜单中的属性，会弹出主设备属性对话框，可以在该对话框中修改主设备地址、波特率以及工作模式，如图5所示：
图5
地址：
这里的地址和GPIB总线比较类似，一个网络中的所有设备地址均不能冲突，在列表中选择一个即可。
波特率：
这里要从连接线缆的长度和从设备所能接受的最大波特率两个方面综合考虑，一般长度较长的线缆在使用高波特率时可能会出现通讯不上或通讯不稳定的情况，而从设备的波特率通常情况下是自适应的，所以在初始调试时，建议波特率这一项不要调的太高。
（6）拖拽编码器到配置界面，若Profibus网络中有多个设备，可以将他们全部拖拽至编辑区域，并形成一个网络结构图，如图6、7所示：
图6
（7）组成了网络之后，需要将各个从设备的地址在软件与物理硬件中（有硬件拨动开关或跳线）对应起来，软件可对设备的图标点击右键或双击弹出属性对话框，然后修改地址，修改后的地址会在设备图标的左上角显示，如图7所示：
图7
设备地址配置完毕后，需要选择设备的数据模式，在“CFGdata”列的空白处点击鼠标右键，在弹出的右键菜单中选择“Moduleselection”。
（8）在列表中选择我们需要的数据模式，如图8所示：
图8
（9）选中后，对应的数据格式、输入、输出地址等参数就自动配置完成了。
之后点击“Download”把刚才配置好的信息下载到板卡上，如图9所示：
图9
（10）如果之前没有在软件中选中板卡，这里可能会弹出一个选择Profibus接口卡的对话框，选中板卡后点击“OK”并等待下载完毕。
如图10、11所示：
图10
图11
（11）下载完成后，点击“Monitor/Modifyconnect”按钮对网络中的所有设备进行连接，如图12所示：
图12
注意：
Profibus总线接口卡上共有三个灯，分别是绿灯、黄灯和红灯，开机后所有灯都不会亮，只有当配置好了参数后，绿灯才会亮；当点击了上面的连接设备按钮后，正常情况下板卡上的黄灯就开始长亮，而红的是不会亮的，如果在连接状态下三个灯全亮，那就说明有地方出现了问题，比如波特率过高，有些设备无法正常识别等等。
（12）连接完毕后，可以通过从设备上的指示灯或者直接通过该配置软件来判断设备是否进入了正常的工作状态，如果当图标的边框为绿色，则表示该设备已通讯上，若边框为红色，则表示设备未能连接上。
（这里之前做试验，边框曾经还出现过第三种状态，就是蓝色，这种状态应该是临界状态，通过软件可以看到设备的状态很不稳定，所以最好也要避免出现这种情况），如图13所示：
图13
（13）当设备都已准备就绪了，最后就可以借助LabVIEW来实现通讯，打开Comsoft公司提供的LabVIEW例程，这个LabVIEW的例程可以在驱动安装好的目录下找到，打开例程后，选择Profibus设备，运行后就能够通从设备地址的列表框来选择要读取设备的数据了，如图14所示：
图14
（14）程序运行后，转动编码器的轴，“Inputdata”数据这里的值就发生了变化，当点击了“GetDiagData”按钮后，“Diagnosticdata”显示控件里就会出现该设备的诊断信息，每个16进制数具体表示的是什么意思就要来查对应的手册了，如图15所示：
图15
那么介绍到这里基本上AE们的验货工作就告一段落，下面如何解析数据的工作就要靠客户自己来完成了。
最后再插一句，目前NI买的这种Profibus总线接口卡因为不是NI自己生产的，所以NI能提供的技术支持也不是很多，并且貌似目前这种卡只提供了LabVIEW的相关API，并没有C、C++等等的驱动（虽然NI的工程师给我发了一个写着针对C的驱动，但是安装上之后完全不能用，我怀疑是不支持XP操作系统，毕竟从文档上来看，驱动至少是98年以前就写好的），所以如果客户要用这种板卡，顺便再卖他一套LabVIEW吧。
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