第5章PROFIBUS-DP

2007.2V2.0现场总线技术及应用教程1●现场总线技术第五章PROFIBUS-DP及DP-V0DeliveredbyDr.GAOFengTel:[phone]Email:[e-mail]2007.2V2.0现场总线技术及应用教程2本章内容5.1PROFIBUS-DP的基本概念5.2DP各站之间的通信5.3DP的报文格式5.4DP主站和从站的工作过程5.5DP-V0报文详解5.6总线和信息的循环时间及估计●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程35.1PROFIBUS-DP的基本概念1.传输技术传输介质：RS485双绞线或光缆，传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s。NRZ编码、异步传输技术PROFIBUS的特征码由11位（bits）组成：1个起始位（起始位总为0），8个数据位，一个校验位和一个停止位（停止位总为1）●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程45.1PROFIBUS-DP的基本概念2.设备类型DP网络中的设备类型有3类：第一类主站（Class1Master）作用和组成：是DP网络中的主角，起着和从站交换数据并控制整个网络的作用，它可以是具备DP通信接口的PLC、插入DP主站板卡的IPC等。第二类主站（Class2Master）作用和组成：负责对DP系统进行组态，对网络进行诊断等，它一般是装有通信卡和工程软件的上位机。从站(Slaves)作用和组成：从站是更接近于底层的现场设备，他们负责执行主站的输出命令，并向主站提供从现场传感器采集到的输入信号或其他输入信号。他们可以是远程I/O、小型PLC、驱动器和阀等设备。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程55.1PROFIBUS-DP的基本概念3.PROFIBUS-DP的基本特点网络中所有从站具有同样的优先权；网络可以是单主站或多主站结构；可以进行循环和非循环通信：1类主站和从站间的通信是循环的、不间断的；和2类主站有关的通信是非循环的，非循环数据通信可以通过DP-V1来实现；为了安全原因，一个主站只能对其相应的从站进行控制（写入数据）；一类主站和二类主站均可以读取从站的数据；每个从站可以有多达244字节的输入和输出数据；传输速率可以高达12Mbit/s。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程65.1PROFIBUS-DP的基本概念4.总线存取过程PROFIBUS-DP的总线存取过程遵循以下原则：各主站之间采用令牌（Token）交换的规则，按序交换令牌。在拥有令牌的时间内，该主站必须完成其应该完成的任务。从站只能接受主站的请求而产生响应，它不能向主站提出请求。每个主站都有它自己所控制的从站，它不能控制其他主站的从站，但它可以读取其他从站的数据。第二类主站可以对任何从站进行读取操作，但这种操作是非循环的。p90（图5-3）●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程75.1PROFIBUS-DP的基本概念5.系统配置PROFIBUS-DP可以构成单主站或多主站系统，系统配置包括网络结构配置和参数配置，主要内容有站点数目、地址和输入/输出数据的格式、诊断信息格式等。一个PROFIBUS网络中最多可有126个设备（包括主站和从站）；如距离过长或某处从站设备过多，就要把DP网络分成若干个网段：在同一个网络段（Segment）中，最多只能有32个设备。如网络中设备数量多于32个或受距离以及设备性质的限制，就要划分出多个网络段，网络段之间的连接可通过中继器（或段耦合器）连接，用于增加网络长度，提供段之间的信号和缓冲，段耦合器还用于DP段和PA段之间的信号转换。一般来说，任何两个站点之间的中继器不允许超过4个。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程85.1PROFIBUS-DP的基本概念●PROFIBUS-DP及DP-V0PROFIBUS-DP单主站系统结构图PROFIBUS-DP多主站系统结构图2007.2V2.0现场总线技术及应用教程95.1PROFIBUS-DP的基本概念6.设备地址PROFIBUS支持的设备地址范围是0~127。其中有几个特殊地址是保留作为它用的。除此之外，一般情况下地址是可以随便使用，但在实际应用中还是遵守一定的规则较好。127：用于全局控制或广播信息；126：于尚未分配地址，而需要使用2类主站来设置地址的从站；在网络上只允许一个从站具有该地址，DP主站不得设置为该地址，也不能与该从站进行数据交换；0：一般保留作为2类主站的地址；1类主站地址：一般应该从地址1开始编号，然后连续编址，如果主站数量很少，也要适当保留几个地址号（保留个位号码到地址9最好）。从站地址：一般按段的不同，从一个整数号码开始编址。如段1的从站地址为10、11、12….，段2的从站地址为20、21、22…等等。这样做主要是为了使用方便。对于一个单主站系统（一个1类主站）来说，除去3个保留地址外，系统中从站的地址最多就只有124个了，128-3-1=124。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程105.2DP各站的功能及通信1.功能1类主站：和从站交换数据；可以控制令牌的传递。其基本功能主要包含在DP-V0版本中：与有关DP从站循环交换I/O数据；对DP从站的诊断DP从站的组态2类DP主站的组态和诊断请求的处理其扩展功能主要包含在DP-V1和DP-V2版本中：对DP从站的进程数据的非循环访问；对DP从站的报警处理；支持用于与DP从站之间循环数据交换的DXB机制；支持DP从站内装载区域的上装、下载；调用DP从站内预定义的功能；支持用于DP从站时间与其他DP主站的时钟同步。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程115.2DP各站的功能及通信1.功能2类主站：管理组态数据；收集1类DP主站的诊断数据；此外，2类主站可以执行1类主站与DP从站通信的所有基本功能和某些扩展功能。从站：其基本功能主要包含在DP-V0版本中：与指定的DP主站循环交换I/O数据；响应指定DP主站的诊断请求；处理DP主站的组态请求。其扩展功能包含在DP-V1和DP-V2版本中：为DP主站提供对进程数据的非循环访问；向指定的DP主站提供报警；支持用于与1类DP主站同步目的的等时同步模式；使用发布者/预订者通信进行DP从站之间的循环数据交换；支持装载区域数据的上装、下载；支持由1类主站或2类主站调用的预定义功能；提供本地时钟与DP主站时钟的时钟同步；支持DP从站冗余。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程125.2DP各站的功能及通信2.DP各站之间的通信DP系统运行的的过程实质就是各站之间相互通信、执行主控程序结果的过程。PROFIBUS-DP系统的通信形式主要有：1类主站和从站之间：主站发送请求报文，从站对主站的请求产生对应的响应保文。这些报文包括：诊断、参数化、组态和数据交换，其中全局控制报文包括在数据交换一类中。2类主站和从站之间：2类主站和从站之间的通信均为可选功能，它除了有上述1类主站相同的报文外，2类主站和从站之间的请求和响应报文还包括：设定从站地址、读取输入、读取输出、获取组态。1类主站和2类主站之间：主要包括实现组态数据的上装、下载，以及读取1类主站有关数据的报文。各站相互通信时实现的功能有些是强制性的，有些则是可选的。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程135.2DP各站的功能及通信主/从通信时实现的功能●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程145.2DP各站的功能及通信2.PROFIBUS-DP的通信形式主/主通信时实现的功能●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程155.3DP报文格式1.DP报文格式标准的DP报文格式SAP的作用：同时使用PROFIBUS数据链路层可能不止有DP（可能还有FMS），为了保证DP的报文区别于其它报文，所以DP的报文加上了这两个特殊字符。DSAP和SSAP指明了具体的服务类型，它们能告诉这个报文的具体含义。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程165.3DP报文格式2.服务点和服务类型主站—主站之间通信的服务点比较特殊：DSAP和SSAP均为36（54）。只有当从站支持该项功能时，从站37h（55）才有效。在DP报文的DA和SA中，低七位表示设备地址，而位：当该位为0时：表示在该报文中，没有使用DSAP/SSAP；当该位为1时：表示在该报文中，有DSAP/SSAP来指定相应的服务。主站和从站之间：●PROFIBUS-DP及DP-V0722007.2V2.0现场总线技术及应用教程175.3DP报文格式3.举例•1类主站和从站之间的通信报文：•假设：主站地址为1；从站地址为10●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程185.3DP报文格式3.举例2类主站和从站之间的通信报文假设：主站地址为0；从站地址为10。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程195.4DP主站和从站的工作过程1.主站工作过程当1类主站从组态软件中接收到它的参数配置后，就开始同属于它的从站进行通信了。主站的参数配置包括参数化/组态数据，以及它所控制和联系的从站地址。主站通过参数化和组态这两个报文识别属于它的从站，主站只和它自己的从站进行联系。上电时：1类主站检查其从站的波特率，通过组态报文把波特率送给从站。正确提交参数化和组态报文后，1类主站通过读取参数诊断信息检查DP从站状况。若组态检查成功且初始化正确，1类主站进入用户数据交换模式。DP从站接收来自其主站的数据交换请求。主站使从站监控它所接收到的每一个报文，一旦发现任何不正确的通信结果或现象，则从站会通过一个高优先权的响应报文向主站发出信号，主站会立即通过诊断报文得到信息，从站会自动将它的输出设置到安全状态。随后，主站会重新对从站进行参数化和组态。上电或复位后：主站和它的从站的通信顺序按地址号从小到大进行，主站之间令牌传递也是按地址号从小到大进行的。●PROFIBUS-DP及DP-V02007.2V2.0现场总线技术及应用教程205.4DP主站和从站的工作过程2.从站工作过程从站的状态机构集成在ASICs的硬件中，用户不能对它进行干预。●PROFIBUS-DP及DP-V0Power_On：在上电时，如果需要，从站可以从2类主站接收“设置从站地址”报文，改变从站地址。也只有在上电时，从站地址才能被改变。Wait_Parameterization：在内部起动后，进入等待参数化阶段，这时从站可以接收诊断请求报文或参数化报文，但不能接收任何其它报文。参数化报文中包含许多标准化的信息，如是否支持同步/锁定方式，是否被主站锁定以及其他用户定义的功能。2007.2V2.0现场总线技术及应用教程215.4DP主站和从站的工作过程2.从站工作过程Wait_Configuration：进入等待组态阶段，组态报文主要定义数据交换中输入/输出字节的数量，从站会核查该组态是否适合自己，并把结果报告给主站。Data_Exchange：若参数化报文和组态报文都被从站接受，说明对该从站成功完成了组态，接下来，主站和从站就可以自动进入数据交换阶段。Diagnosis：诊断报文有高的优先级，从站状态机制的状态、参数化/组态的正确与否，以及用户所设定的诊断内容都包含在诊断报文中，从站在