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銀川西門子電纜*總代理商

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上海晉營自動化科技有限公司

 
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西門子電纜代理商前言

PROFIBUS的zui大優點在于具有穩定的標準EN50170作保證，并經實際應用驗證具有普遍性。目前已廣泛應用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等領域。PROFIBUS由3個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分布I/O系統）、PROFIBUS-PA（Process Automation，現場總線信息規范）和PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，過程自動化）。

銀川西門子電纜*總代理商

PROFIBUS-DP是一種高速、低成本通信，專門用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4~20mA信號傳輸。PORFIBUS-PA專為過程自動化設計，可使傳感器和執行機構連在一根總線上，并有本質安全規范。PROFIBUS-FMS用于車間級監控網絡，是一個令牌結構的實時多主網絡。

1．PROFIBUS的協議結構電 話：（同號）

PROFIBUS協議結構是根據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。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。PROFIBUS-FMS定義了第1、2、7層，應用層包括現場總線信息規范（FMS）和低層接口（LLI）。FMS包括了應用協議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務；LLI協調不同的通信關系并提供不依賴設備的第2層訪問接口。PROFIBUS-PA的數據傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協議。另外，PA還描述了現場設備行為的PA行規。根據IEC1157-2標準，PA的傳輸技術可確保其本質安全性，而且可通過總線給現場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網絡。

2．PROFIBUS的傳輸技術

PROFIBUS提供了三種數據傳輸型式：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PROFIBUSzui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；介質為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環境條件；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zui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，確保操作運行不發生誤差；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，串聯的中繼器一般不超過4個；傳輸速率可選用9.6kbps~12Mbps，一旦設備投入運行，全部設備均需選用同一傳輸速率。電纜zui大長度取決于傳輸速率。

采用RS-485傳輸技術的PROFIBUS網絡使用9針D型插頭。當連接各站時，應確保數據線不要擰絞，系統在高電磁發射環境下運行應使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（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工業的要求。它可保持其本質安全性，并通過總線對現場設備供電。IEC1157-2是一種位同步協議，可進行無電流的連續傳輸，通常稱為H1。

（3）光纖傳輸技術

PROFIBUS系統在電磁干擾很大的環境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸的距離。可使用兩種光纖導體：一種是價格低廉的塑料纖維導體，供距離小于50m情況下使用；另一種是玻璃纖維導體，供距離小于1km情況下使用。許多廠商提供總線插頭可將RS-485信號轉換成光纖導體信號或將光纖導體信號轉換成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（數據鏈路層）來實現的，它包括保證數據可靠性技術及傳輸協議和報文處理。在PROFIBUS中，第2層稱之為現場總線數據鏈路層（FDL，Fieldbus Data link）。介質存取控制（M A C，   Medium Access Control）具體控制數據傳輸的程序，MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發送數據。PROFIBUS協議的設計要滿足介質存取控制的兩個基本要求：

1）在復雜的自動化系統（主站）間的通信，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信任務。

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

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定的時間內得到總線存取權（令牌），令牌在所有主站中循環一周的zui長時間是事先規定的。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-從通信關系表與所有從站通信，向從站發送或讀取信息，也可依照主-主通信關系表與所有主站通信。所以可能有3種系統配置：純主-從系統、純主-主系統和混合系統。

在總線系統初建時，主站介質存取控制MAC的任務是制定總線上的站點分配并建立邏輯環。在總線運行期間，斷電或損壞的主站必須從環中排除，新上電的主站必須加入邏輯環。

第2層的另一重要工作任務是保證數據的高度完整性。PROFIBUS在第2層按照非連接的模式操作，除提供點對點邏輯數據傳輸外，還提供多點通信，包括廣播和選擇廣播功能。

4．PROFIBUS-DP基本功能

PROFIBUS-DP用于現場設備級的高速數據傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息。總線循環時間必須要比主站（PLC）程序循環時間短。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理。

（1）PROFIBUS-DP基本特征

采用RS-485雙絞線、雙線電纜或光纜傳輸，傳輸速率從9.6kbps到12Mbps。各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主-從傳送。支持單主或多主系統，總線上zui多站點（主-從設備）數為126。采用點對點（用戶數據傳送）或廣播（控制指令）通信。循環主-從用戶數據傳送和非循環主-主數據傳送。控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式為輸出同步；鎖定模式為輸入同步。

DP主站和DP從站間的循環用戶有數據傳送。各DP從站的動態激活和可激活。DP從站組態的檢查。強大的診斷功能，三級診斷信息。輸人或輸出的同步。通過總線給DP從站賦予地址。通過總線對DP主站（DPM1）進行配置，每DP從站的輸入和輸出數據zui大為246字節。    所有信息的傳輸按海明距離HD=4進行。DP從站帶看門狗定時器（Watchdog Timer）。對DP從站的輸入/輸出進行存取保護。DP主站上帶可變定時器的用戶數據傳送監視。

每個PROFIBUS-DP系統包括3種類型設備：*類DP主站（DPM1）、第二類DP主站（DPM2）和DP從站。DPM1是是*控制器，它在預定的周期內與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC、PC等；DPM2是編程器、組態設備或操作面板，在DP系統組態操作時使用，完成系統操作和監視目的；DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發送的外圍設備，是帶二進制值或模擬量輸入輸出的I/O設備、驅動器、閥門等。

經過擴展的PROFIBUS-DP診斷能對故障進行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分3級：本站診斷操作，即本站設備的一般操作狀態，如溫度過高、壓力過低；模塊診斷操作，即一個站點的某具體I/O模塊故障；通道診斷操作，即一個單獨輸人/輸出位的故障。

（2）PROFIBUS-DP允許構成單主站或多主站系統

在同一總線上zui多可連接126個站點。系統配置的描述包括：站數、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數據格式、診斷信息格式及所使用的總線參數。

PROFIBUS-DP單主站系統中，在總線系統運行階段，只有一個活動主站。如圖1所示為PROFIBUS-DP單主站系統，PLC作為主站。

圖1   PROFIBUS-DP單主站系統

PROFIBUS-DP多主站系統中總線上連有多個主站。總線上的主站與各自從站構成相互獨立的子系統。如圖2所示，任何一個主站均可讀取DP從站的輸入／輸出映像，但只有一個DP主站允許對DP從站寫入數據。

圖2  PROFIBUS－DP多主站系統

（3）PROFIBUS-DP系統行為

PROFIBUS-DP系統行為主要取決于DPM1的操作狀態，這些狀態由本地或總線的配置設備所控制，主要有運行、清除和停止3種狀態。在運行狀態下，DPM1處于輸入和輸出數據的循環傳輸，DPM1從DP從站讀取輸入信息并向DP從站寫入輸出信息；在清除狀態下，DPM1讀取  DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態；在停止狀態下，DPM1和DP從站之間沒有數據傳輸。

DPM1設備在一個預先設定的時間間隔內，以有選擇的廣播方式將其本地狀態周期性地發送到每一個有關的DP從站。如果在DPM1的數據傳輸階段中發生錯誤，DPM1將所有相關的DP從站的輸出數據立即轉入清除狀態，而DP從站將不再發送用戶數據。在此之后，DPM1轉入清除狀態。

• 3RK3 模塊化安全系統 (MSS) 是一個可自由參數化的模塊化安全系統。根據外部電路的類型，可實現安全等級達到 PL e (EN ISO 13849-1) 和 SIL 3 (IEC 62061) 的安全型應用。

  使用模塊化安全系統，可在多個安全應用間實現互聯。

  全面故障和狀態診斷功能，可在系統中查找故障和從傳感器定位信號。從而顯著減少工廠停機時間。

  MSS 包括下列系統部件：

• *模塊
• 擴展模塊
• 接口模塊
• 診斷模塊
• 參數設置軟件
• 附件

• *模塊

  MSS 基本型

  對于需要多種安全功能且安全繼電器的接線參數設置成本與工作量都很高的場合，可使用 3RK3 基本型*模塊。它可以輸入條目、觸發輸出，以及通過接口模塊與上位控制系統通信。該*模塊可處理一個應用程序的整個安全程序。3RK3 基本型*模塊，作為zui小的擴展級別，能夠用作獨立的應用，無需安裝可選的擴展模塊。

  MSS 增強型

  3RK3 增強型*模塊是用于 AS-i 安全監視器功能的基本型*模塊的下一個更高擴展。除 AS-Interface 外，它還集成擴展的功能和項目數據量，從而方便了對此總線系統使用大量選項。您可以選擇在*模塊中激活使用。

  采用成熟的 AS-Interface 絕緣刺破連接方法，不僅可使用安全 AS-Interface 輸出、安全 AS-Interface 傳感器和其它 MSS 增強型或安全監控器（F 交叉通信）實現項目數據量的分布式擴展，還可以靈活調整應用，例如，極快速地連接 AS-Interface 輸出，如急停命令裝置、帶或不帶聯鎖的行程開關或光幕。

  通過使用 MSS 或利用安全 AS-Interface 輸出進行分布式配置并形成分斷組，可非常方便地實現安全斷開。任何后續改動同樣是這種情況。這可以通過簡單的再尋址來實現，這意味著不再需要重新布線。

  AS-i 總線在*模塊處直接連接。

  MSS ASIsafe

  MSS ASIsafe 基本型和 MSS ASIsafe 擴展型*模塊是在 3RK3 模塊化安全系統基礎上對 AS-i 安全監控器進行合理開發的結果。

  與 MSS 增強型一樣，MSS ASIsafe 可用一種與安全監控器類似的方式檢測 AS-Interface 總線上的安全傳感器技術，并通過一種可組態的安全邏輯安全關斷執行器。其突出特點是項目數據量更大，功能范圍更寬，并能夠通過 MSS 系列中的擴展模塊增加集成 I/O 項目的數據量。在這種情況下，功能范圍（例如，可互連的邏輯元件的數量和類型）與 MSS 增強型等同。

  擴展模塊

  通過可選擴展模塊，與安全系統和標準系統均可靈活適應安全應用的要求。

  接口模塊

  DP 接口模塊將診斷和設備狀態數據傳輸*位 PROFIBUS 網絡，例如，方便在 HMI 上顯示這些數據。通過 基本型*模塊和控制系統可交換 32 位循環數據。如果使用增強型*模塊，字節數將加倍，變成 64 位循環數據。在非循環模式，兩種*模塊均可調用診斷數據。

  診斷模塊

  診斷顯示屏上直接指示已操作的傳感器或故障（如線路交叉）。通過詳細報警消息，用純文本形式直接診斷故障。該設備在交付時*正常運行，無需編程。

  參數設置軟件

  使用 SIRIUS Safety ES 圖形化參數設置工具，在 PC 上可以輕松創建安全功能及其邏輯鏈路。例如，可以定義斷開范圍、延時接通、延時關斷和其它依賴性。

  SIRIUS Safety ES 還提供了全面的診斷與調試功能。它會自動草擬 MSS 硬件布局和可參數化的邏輯。

  

  使用基本型*模塊的系統設計

  

  系統設計具有高級*裝置的 MSS

  

  系統設計的進一步開發：從安全監控器到 MSS Advanced/MSS ASIsafe

  

  作為各種*單元與 AS-Interface 組合的系統設計 MSS

• 優勢

• 安全邏輯可自由組態，功能性和靈活性增強
• 符合生產自動化的zui高安全要求，因此適用于所有安全型應用
• 符合所有與產品相關的認證，因此適用于使用
• 模塊化的硬件配置
• 通過軟件進行參數設置，無需布線
• 可拆卸端子使得工廠可用性顯著提高
• 通過 AS-Interface 分布式檢測傳感器并斷開執行器
• 所有邏輯功能也可用于 AS-Interface，如屏蔽、帶鎖定機構的防護門
• AS-i 總線上有多達 12 個獨立的安全關斷組
• 通過 AS-Interface 可以清晰擴展項目數據量
• 每個系統zui多 50 個雙通道使能電路

• MSS 尤其支持：

• 傳輸速率可達 12 Mbit/s
• 自動波特率檢測
• 循環服務 (DPV0) 和非循環服務 (DPV1)
• 使用 MSS Basic 的 32 位循環數據交換或使用 MSS Advanced/MSS ASIsafe 的 64 位循環數據交換
• 通過數據記錄調用進行診斷

• AS-i 通信

  3RK3 模塊化安全系統可以集成到帶增強型和 ASIsafe *模塊的 AS-Interface 中

• MSS 可以讀取并評估zui多 31 個 AS-i 模塊的 I/O 數據
• 每個 MSS 的zui多 12 個安全輸出信號可以置于 AS-i 總線上，以切換安全 AS-i 輸出模塊或用于多個 MSS 站之間的故障安全背景流量
• 多個 MSS 站之間或一個 MSS 與 AS-i 安全監控器之間的安全交叉通信
• AS-i 總線上也可輸出標準信號（例如，用于確認）

• 

  將 MSS 集成到 AS-Interface

  注意:

  有關帶有 ASIsafe 的 AS-Interface 的更多信息，請參見“工業通信”。

  關于 SIRIUS Safety ES 的詳細信息，請參見“SIRIUS 的參數設置、組態和可視化”。

  通過 PROFIBUS 進行通信

  3RK3 模塊式安全系統可以通過 DP 接口連接到 PROFIBUS 總線上，并且可以與上位控制系統交換數據。

• RFID 3SE63 非接觸式安全開關zui高安全要求（安全等級為 SIL3 或 Cat.4，用于監控可移動保護裝置的位置。

  一個 RFID 安全開關由帶 8 針 M12 連接插頭的一個編碼 RFID 開關和一個相同的 RFID 按鈕頭組成。

  該開關具有幾種型號：

• 用 M12 插頭編碼或帶額外的 18 N 磁性鎖扣選件的系列
• 單獨編碼，可編程一次，帶 M12 插頭或帶額外的 18 N 磁性鎖扣選件
• 單獨編碼，可編程一次以上（無限次），帶 M12 插頭或帶額外 18 N 磁性鎖扣

• 因此，按鈕頭具有兩種形式：

• 標準型
• 帶 18 N 磁性鎖扣

• 磁性鎖扣通過*性磁鐵將門和擋板保持關閉。

  安裝和維護

  由于提供各種安裝選件，外殼種類減少：

• 可將開關安裝在右側或左側
• 可以將按鈕頭安裝在所有側面

• 由于采用通用安裝孔，安裝快速而方便

• 使用 3SE6 磁動開關的標準口徑孔
• 可通過帶槽的孔進行細調

• 需要的調整或維護很少

• 由 LED 開關提供閾值指示，可在安裝與維護期間快速而方便地進行調整
• 塑料開關可用作小型和中型門的終點止動器

• 注：

• 保持金屬部件與切屑遠離開關
• 兩個開關之間的zui小距離為 100 mm

• 可選附件（安裝）

• 用于密封安裝孔的蓋，也適用于防破壞螺釘固定
• 例如，使用高壓清洗裝置時，墊片（3 mm 厚）可促進安裝表面下的清洗

• 診斷

  RFID 安全開關指示出其工作狀態，包括通過開關中的 LED 指示燈和防短路診斷輸出來指示故障。這些信號隨后可用于集中顯示或與安全無關的控制任務。

  提供了兩種診斷功能：

• 交叉監控
• 開路監控
• 外部電壓監控
• 環境溫度過高
• 按鈕頭錯誤或有故障
• 通過 LED 指示燈識別切換間隔閾值

• 信號組合“診斷輸出已關閉”和“安全輸出仍開啟”可用于將機器置于受控的停止位置。

  當前尚未危及安全開關的安全操作的任何線路交叉或故障都會導致安全通道在 30 分鐘延遲之后斷開。但是，診斷輸出會瞬時關閉。

  診斷 LED 燈的工作模式

  安全開關不僅指示其工作狀態，還通過 RFID 開關端部三種顏色的 LED 燈來指示故障狀態。

• 綠色 LED 燈指示控制電壓已接通，運行就緒。
• 黃色 LED 燈指示檢測范圍內有按鈕頭。如果按鈕頭處于切換間隔閾值內，則通過閃爍的 LED 燈加以指示。閃爍的 LED 燈可用于及早識別傳感器和按鈕頭之間距離的變化（例如，保護門的下垂）。在距離進一步增加、安全輸出關閉以及機器停止運行之前，應對裝置進行檢查。
• 紅色 LED 燈通過定義的閃爍頻率來指示具體故障原因。

• 編碼

  系列編碼

  這些安全開關提供后隨時可用，即無需進行編程。

  單獨編碼，可編程一次

  這樣分配的安全開關與按鈕頭是不能反轉的。

  只需在調試期間通過程序來編程按鈕頭，從而可*防止通過替換按鈕頭進行的任何形式的破壞。

  單獨編碼，可編程多次

  編程新按鈕頭的過程可以重復無限次。編程新按鈕頭之后，之前的編碼會失效。通過受保護的編碼過程，可出于維護目的而對新按鈕頭進行編程。

  此后，可通過一個十分鐘的鎖定步驟來加強破壞防護。綠色的 LED 的閃爍，直至鎖定時間結束并檢測到新按鈕頭。如果在此期間工作電壓中斷，則十分鐘保護時間重新開始。

  具體編碼的編程步驟

  1.向安全傳感器施加工作電壓

  2.將按鈕頭移到檢測范圍內：紅色 LED 燈亮起，黃色 LED 燈閃爍 (1 Hz)

  3.10 秒后，該燈以更快頻率閃爍 (3 Hz)。在此狀態下，關閉工作電壓。

  4.在下次接通工作電壓之后，將會再次檢測按鈕頭以激活編程的按鈕頭代碼。激活的代碼*保存。