第 6 章现场总线 PROFIBUS-DP 技术及应用

第6章 • 现场总线 • PROFIBUS-DP技术及应用

重点与难点 • SIMATIC S7系统中的PROFIBUS-DP、用STEP 7组态PROFIBUS-DP和系统功能SFC在PROFIBUS-DP通信中的应用。

基本要求 • 1．熟悉数据通信的基本知识； • 2．熟悉PROFIBUS基础知识； • 3．掌握SIMATIC S7系统中的PROFIBUS-DP；

4．熟练用STEP 7组态PROFIBUS-DP； • 5．熟悉系统功能SFC在PROFIBUS-DP通信中的应用。

本章内容 • 1．数据通信的基本知识； • 2．计算机通信的国际标准； • 3．PROFIBUS基础；

4．SIMATIC S7系统中的PROFIBUS-DP； • 5．用STEP 7组态PROFIBUS-DP； • 6．系统功能SFC在PROFIBUS-DP通信中的应用。

6.2 6.3 6.1 6.4 计算机通信的国际标准 PROFIBUS基础数据通信的基本知识 SIMATIC S7系统中的PROFIBUS-DP

6.7 6.5 6.7 本章小结用STEP 7组态PROFIBUS-DP 系统功能SFC在PROFIBUS-DP通信中的应用

6.1　数据通信的基本知识 • 通常把具有一定的编码、格式和位长要求的数字信号称为数据信息。数据通信就是将数据信息通过适当的传送线路从一台机器传送到另一台机器。

这里的机器可以是计算机、PLC或具有数据通信功能的其他数字设备。数据通信系统的任务是把地理位置不同的计算机、PLC或其他数字设备连接起来，高效率地完成数据的传送、信息交换和通信处理三项任务。这里的机器可以是计算机、PLC或具有数据通信功能的其他数字设备。数据通信系统的任务是把地理位置不同的计算机、PLC或其他数字设备连接起来，高效率地完成数据的传送、信息交换和通信处理三项任务。

数据通信系统一般由传送设备、传送控制设备和传送协议、通信软件等组成。数据通信系统一般由传送设备、传送控制设备和传送协议、通信软件等组成。

1．数据传输方式 • 按时空顺序分为以下两类。 • （1）并行传输，数据在多个信道同时传输，用于近距离传输。 • （2）串行传输，数据在一个信道上按位顺序传输。

按是否搬移和调试信号分为以下两类。 • （1）基带传输 • （2）频带传输

图6-1 三种调制方式示意图

2．串行通信的两种同步技术 • 异步传输也称起止式传输，每一个传输的字符都有一个附加的起始位和多个停止位。

同步技术把每个完整的数据块（帧）作为整体来传输，由定时信号（时钟）来实现与发送端同步。同步技术把每个完整的数据块（帧）作为整体来传输，由定时信号（时钟）来实现与发送端同步。

同步传输以字节为单位，每次传送1～2个同步字符、若干个数据字节和校验字符。通过调制解调的方式在数据流中提取出同步信号，使接收方得到与发送方同步的接收时钟信号，如图6-2所示。同步传输以字节为单位，每次传送1～2个同步字符、若干个数据字节和校验字符。通过调制解调的方式在数据流中提取出同步信号，使接收方得到与发送方同步的接收时钟信号，如图6-2所示。

图6-2 异步传输与同步传输

3．线路通信方式 • （1）单工通信方式。单工通信是指信息的传送始终保持同一个方向，而不能进行反向传送，如图6-3（a）所示。

（2）半双工通信方式。半双工通信是指信息流可以在两个方向上传送，但同一时刻只限于一个方向传送，如图6-3（b）所示。（2）半双工通信方式。半双工通信是指信息流可以在两个方向上传送，但同一时刻只限于一个方向传送，如图6-3（b）所示。

（3）全双工通信方式。全双工通信能在两个方向上同时发送和接收，如图6-3（c）所示。A端和B端双方都可以一面发送数据，一面接收数据。（3）全双工通信方式。全双工通信能在两个方向上同时发送和接收，如图6-3（c）所示。A端和B端双方都可以一面发送数据，一面接收数据。

图6-3 线路通信方式

4．传输速率 • 传输速率是指单位时间内传输的信息量，传输速率（又称波特率）的符号为bit/s。在数据传输中定义有三种速率：调制速率、数据信号速率和数据传输速率。

（1）调制速率。通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。（1）调制速率。通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。

（2）数据信号速率。数据信号速率是单位时间内通过信道的信息量，单位是比特/秒（bit per second），用bit/s表示。

（3）数据传输速率。数据传输速率是指单位时间内传输的数据量，通常以字符/分钟为单位。

5．差错控制 • 由于通信设备可以达到较高的可靠性，因此一般认为数据通信的差错主要来自于数据传输信道。以下将简单介绍差错控制的常用方式和编码。

（1）差错控制方式 • 差错控制方式是对传输的数据信号进行错误检测和错误纠正。可以分为以下4种方式。

① 自动检错重传（ARQ）。 • ② 前向纠错（FEC）。 • ③ 混合纠错（HEC）。 • ④ 不用编码的差错控制。

（2）常用的几种检错码 • ① 奇偶校验码。它是以字符为单位的校验方法。一个字符一般由8位组成，低7位是信息字符的ASCII，最高位是奇偶校验位。由于奇偶校验码只需附加一位奇偶校验位编码，效率较高，因而得到了广泛应用。

② 循环冗余校验（CRC）码。采用CRC码时，通常在信息长度为k位的二进制序列之后，附加上r(r =n−k)位监督位，组成一个码长为n的循环码。

6．传输介质 • 目前，普遍使用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆。其他介质如无线电、红外线、微波等在PLC网络中应用很少。

其中双绞线（带屏蔽）成本低，安装简单；光缆尺寸小，重量轻，传输距离远，但成本高，安装维修需专用仪器。具体性能比较如表6-1所示。其中双绞线（带屏蔽）成本低，安装简单；光缆尺寸小，重量轻，传输距离远，但成本高，安装维修需专用仪器。具体性能比较如表6-1所示。

表6-1 传输介质性能比较

7．串行通信接口标准 • 串行通信的连接接口与连线电缆是直观可见的，它们的相互兼容是通信得以保证的第一要求。

（1）RS-232C串行接口标准 • ① 接口的机械特性 • ② 接口的电气特性 • ③ RS-232的不足之处

（2）RS-449及RS-422A/423A标准 • （3）RS-485标准

8．网络的概念 • 网络是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统。

网络按拓扑划分为：总线型，星型，环型，网状，树状，星环型。网络按拓扑划分为：总线型，星型，环型，网状，树状，星环型。

9．网络的发展过程 • （1）具有通信功能的单机系统。 • （2）具有通信功能的多机系统。 • （3）以共享资源为主要目的的计算机网络。 • （4）局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段。

图6-4 ISO企业自动化系统模型

图6-5SIMATIC网络

（1）AS-I网 • （2）PROFIBUS • （3）工业以太网

6.2　计算机通信的国际标准 • 在计算机通信网络中，对所有通信设备或站点来说，它们都要共享网络中的资源。但是由于接到网上的设备或计算机可能出自不同的生产厂家，型号也不尽相同，硬件和软件上的差异给通信带来障碍。

所以，一个计算机通信网络必须有一套全网“成员”共同遵守的约定，以便实现彼此通信和资源共享，通常把这种约定称为网络协议。所以，一个计算机通信网络必须有一套全网“成员”共同遵守的约定，以便实现彼此通信和资源共享，通常把这种约定称为网络协议。

6.2.1 OSI模型 • 国际标准化组织制定了信息处理领域内最重要的标准，提出了开放系统互连（OSI）参考模型，下面对该模型作简单介绍。

1．OSI模型结构分层

图6-6 OSI参考模型

2．物理层（PL）协议 • 物理层是通信网上各设备之间的物理接口，直接把数据从一台设备传送到另一台设备。物理层协议规定了以下4个特性。

（1）机械特性：规定了连接器或插件的规格和安装。（1）机械特性：规定了连接器或插件的规格和安装。 • （2）电气特性：规定了传输线上数字信号的电平、传输距离和传输速率等。

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