DPPA通信

PROFIBUS—DP/FMS/PA简明分析一、PROFIBUS–DP1．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还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。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。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。总线上最站点（主－从设备）数为126。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。运行模式：运行、清除、停止。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。功能：DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。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。通过部线对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。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。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）PROFIBUS–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：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。模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。通过诊断操作：一个单独输入/输出位的故障。（2）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坏同类型设备：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。③DP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）。④单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。⑤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DPMI．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。（3）系统行为系统行为主要取决于DPM1的操作状态，这此状态由本地或总线的配置设备所控制。主要有以下三种状态：停止：在这种状态下，DPM1和DP从站之间没有数据传输。清除：在这种状态下，DPM1读取DP从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全状态。运行：在这种状态下，DPM1处于数据传输阶段，循环数据通信时，DPM1从DP站读取输入信息并向从站写入输出信息。①DPM1设备在一个预先设定的时间间隔内，以有选择的广播方式将其本地状态周期性地发送到每一个有关的DP从站。②如果在DPM1的数据传输阶段中发生错误，DPM1将所有有关的DP从站的输出数据立即转入清除状态，而DP从站将不在发送用户数据。在次之后，DPM1转入清除状态。（4）DPM1和DP从站间的循环数据传输DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1按照确定的递归顺序自动进行。在对总线系统进行组态时，用户对DP从站与DPM1的关系作出规定，确定哪些DP从站被纳入信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。DMP1和DP从站之间的数据传送分三个阶段：参数设定、组态、数据交换。在参数设定阶段，每个从站将自己的实际组态数据与从DPM1接受到的组态数据进行比较。只有当实际数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传输阶段。因此，设备类型、数据格式、长度以及输入输出数量必须与实际组态一致。（5）DPM1和系统组态设备间的循环数据传输除主—从功能外，PROFIBUS－DP允许主—主之间的数据通信，这些功能使组态和诊断设备通过总线对系统进行组态。（6）同步和锁定模式除DPM1设备自动执行的用户数据循环传输外，DP主站设备也可向单独的DP从站。一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令通过有选择的广播命令发送的。使用这一功能将打开DP从站的同及锁定模式，用于DP从站的事件控制同步。主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在这种模式中，所编址的从站输出数据锁定在当前状态下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接收到输出的数据，但它的输出状态保持不变；当接收到下一同步命令时，所存储的输出数据才发送到外围设备上。用户可通过非同步命令退出同步模式。锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。锁定模式将从站的输入数据锁定在当前状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以更新。用户可以通过非锁定命令退出锁模式。（7）保护机制对DP主站DPM1使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视。每个从站都采用独立的控制定时器。在规定的监视间隔时间中，如数据传输发生差错，定时器就会超时。一旦发生超时，用户就会得到这个信息。如果错误自动反应功能“使能”，DPM1将脱离操作状态，并将所有关联从站的输出置于故障安全状态，并进入清除状态。2．扩展DP功能DP扩展功能是对DP基本功能的补充，与DP基本功能兼容。（1）DPM1与DP从站间非循环的数据传输。（2）带DDLM读和DDLM写的非循环读/写功能，可读写从站任何希望数据。（3）报警响应，DP基本功能允许DP从站用诊断信息向主站自发地传输事件，而新增的DDLM－ALAM－ACK功能被用来直接响应从DP从站上接收的报警数据。（4）DPM2与从站间的非循环的数据传输。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）方式将这些品的功能参数（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。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。4．PROFIBUS-DP行规PROFIBUS–DP协议明确规定了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的含义是在PROFIBUS行规中具体说明的。另外，行规还具体规定了PROFIBUS－DP如何用于应用领域。使用行规可使不同厂商所生产的不同设备互换使用，而工厂操作人员毋须关心两者之间的差异。因为与应用有关的含义在行规中均作了精确的规定说明。下面是PROFIBUS－DP行规，括弧中数字是文件编号：（1）NC/RC行规（3.052）（2）编码器行规（3.062）（3）变速传动行规（3.071）（4）操作员控制和过程监视行规（HMI）二、PROFIBUS－FMSPROFIBUS－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．PROFIBUS－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：（1）现场总线住处规范（FieldbusMessageSpecification-FMS）：描述了通信对象和应用服务。（2）低层接口（LowerLayerInterface-LⅡ）：FMS服务到第二层的接口。2．PROFIBUS－FMS通信模型PROFIBUS－FMS利用通信关系将分散的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之间设立一个通令关系表。通令关系表是VFD通令变量的集合，如零件数、故障率、停机时间等。VFD通信关系表完成对实际现场设备的通信。3．通信对象与通信字典（OD）（1）FMS面向对象通信，它确认五种静态通信对象：简单变量、数组、记录、域和事件，还确认两种动态通信对象：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，动态通通信对象进入动态通信字典。每个对象均有一个惟一的索引，为避免非授权存取，每个通信对象可先用存取保护。4．PROFIBUS－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。这些现场总线应用中已被优化，而且还加上了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。5.低层接口（LLI）第七层到第二层映射由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。VMS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。6．网络管理FMS还提供网络管理功能，有由现场总线管理层七层来实现。其主要功能有：上、下关系管理；配置管理；故障管理等。7．PROFIBUS-FMS行规FMS提供了范围广泛的功能来保证它的普遍应用。在不同的应用领域中，具体需要的功能范围必须与具体应用要求相适应。设备的功能必须结合应用来定义。这些适应性定义称之为行规。行规提供了设备的可互换性，保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能。FMS对行规做了如下规定（括号中的数字是文件编号）：（1）控制间的通信（3.002）（2）楼宇自动化（3.011）（3）低压开关设备（3.032）三、PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA适用于PROFIBUS的过程自动化。PA将自动化系统和过程控制系统与压力、湿度和液位变送器等现场设备连接起来，PA可用来替代4～20mA的模拟技术。PROFIBUS－PA具有如下特性：（1）适合过程自动化应用的行规使不同厂家生产的现场设备具有互换性。（2）增加和去除总线站点，即使在本征安全地区也不会影响到其他站。（3）在过程自动化的PROFIBUS－PA段与制造业自动化的PROFIBUS－DP总线段之间通过藕合器连接，并使可实现两段间的透明通信。（4）使用与IEC1158－2技术相同的双绞线完成远程供电和数据传送。（5）在潜在的爆炸危险区可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。1．PROFIBUS－PA传输协议PROFIBUS－PA采用PROFIBUS－DP的基本功能来传送测量值和状态。并用扩展的PROFIBUS－DP功能来制订制现场设备的参数和进行设备操作。PROFIBUS－PA第一层采用IEC1158－2技术，第二层和第一层之间的在DIN19245系列标准的第四部分