PROFIBUS总线

6.3PROFIBUS-DP的总线设备类型和数据通信6.3.1概述6.3.2DP设备类型6.3.3DP设备之间的通信6.3.4设备数据库文件6.3.1概述PROFIBUS-DP协议是为自动化制造工厂中分散的I/0设备和现场设备所需要的高速数据通信而设计的。典型的DP配置是单主站结构DP主站与DP从站间的通信基于主-从原理，一个报文循环由DP主站发出的请求帧(轮询报文)和由DP从站返回的有关应答或响应帧组成。单主站结构多主站结构在DP主站上处理轮询表的情况PROFIBUS-DP系统工作过程1、主站和从站的初始化上电后，主站和从站进入离线状态，执行自检。当所需要的参数都被初始化后，主站开始监听总线令牌，从站等待主站对其设定参数。PROFIBUS-DP系统工作过程2、总线上令牌的建立主站准备好进入总线令牌环，处于听令牌状态，在一定时间内，如果主站没有听到总线上有信号传递，就开始自己生成令牌，并初始化令牌。然后，该主站做一次对全体可能主站的询问，确定活动的主站和本主站所辖的地址范围。PROFIBUS-DP系统工作过程3、与从站通信的初始化在主站可以与从站交换用户数据之前，主站必须设置从站的参数并配置从站的通信接口。6.3.2DP设备类型1.DP主站（1类）有能力控制若干从站，完成总线通信控制与管理的设备。循环地与DP从站交换用户数据：PLC、PC或可以做1类主站使用的控制器。通信任务：(l)Set_Prm和Chk_Cfg在启动、重启动和数据传输阶段，DP主站发送参数集给DP从站。(2)Data一Exchange循环地与指定DP从站进行输人/输出数据交换。(3)Slave_Diag在启动期间或循环的用户数据交换期间，读取DP从站的诊断信息。(4)Global_ControlDP主站将它的运行状态告知给各DP从站；将控制命令发送给个别从站或规定的DP从站组，以实现输出数据和输人数据的同步(Sync和Freeze命令)。2.DP从站：PLC、分散式I/O、驱动器、传感器、执行机构等现场设备。DP从站只与装载此从站的参数并组态它的DP主站交换用户数据。DP从站可以向此主站报告本地诊断中断和过程中断。3.DP主站(2类)2类DP主站是操作元工作站、编程装置，诊断和管理设备，完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。特殊功能:(l)RD_Inp和RD_Outp在与l类DP主站进行数据通信的同时，读取DP从站的输人和输出数据。(2)Get_Cfg读取DP从站的当前组态数据。(3)Set_Slave_AddDP主站(2类)分配一个新的总线地址给一个DP从站。4.DP组合设备可以将l类DP主站、2类DP主站和DP从站组合在一个硬件模块中形成一个DP组合设备。这样的设备是很常见的，一些典型的设备组合如下:（1）l类DP主站与2类DP主站的组合（2）DP从站与l类DP主站的组合6.3.3DP设备之间的通信l.DP通信关系和DP数据交换通信作业的发起者：请求方，通信伙伴：响应方。l类DP主站的请求报文以第2层中的“高优先权”报文服务级别处理。由DP从站发出的响应报文使用第2层中的“低优先权”报文服务级别。DP从站可将当前出现的诊断中断或状态事件通知给DP主站，通过将Data_Exchange的响应报文服务级别从低优先权改变为高优先权来实现。2.初始化阶段，重启动和用户数据通信DP主站检查DP从站是否在总线上DP主站通过请求从站的诊断数据来检查DP从站的准备情况DP主站定义DP从站的参数并组态此从站DP主站循环地与DP从站交换用户数据DP从站初始化(1)参数数据(Set_Prm):参数集包括预定给DP从站的重要的本地和全局参数、特征和功能。StationStatus:与从站有关的功能和设定Watchdog:(定时监视器，“看门狗”)检查DP主站的故障Ident_Number:DP从站的标识号,由PNO在认证时规定的DP从站的标识号放在此设备的主要文件中。Group一Ident:将DP从站分组组合，以便使用Sync和Freeze控制命令。User_Prm_Data:DP从站参数数据(User_Prm_Data)为DP从站规定了有关应用数据。（2）组态数据(Chk_Cfg)在组态数据报文中，DP主站发送标识符格式给DP从站，这些标识符格式告知DP从站要被交换的输人/输出区域的范围和结构。这些区域(也称模块)是按DP主站和DP从站约定的字节或字结构(标识符格式)形式定义的。标识符格式允许指定输人或输出区域，或各模块的输人和输出区域。（3）诊断数据(Slave_Diag)在启动阶段，DP主站使用请求诊断数据来检查DP从站是否存在和是否准备就绪接收参数信息。由DP从站提交的诊断数据包括符合EN50170标准的诊断部分。还包括此DP从站专用的诊断信息。DP从站发送诊断信息告知DP主站它的运行状态以及发生出错事件时出错的原因。（4）用户数据(Data_Exchange)DP从站检查从DP主站接收到的参数和组态信息，如果没有错误而且允许由DP主站请求的设定，则DP从站发送诊断数据报告它已为循环地交换用户数据准备就绪：DP主站与DP从站交换所组态的用户数据。DP从站只对由定义它的参数并组态它的l类DP主站发来的Data_Exchange请求帧报文作出反应。其他的用户数据报文均被此DP从站拒绝。6.3.4设备数据库文件PROFIBUS设备具有不同的性能特征，特性的不同在于现有功能(即I/0信号的数量和诊断信息)的不同或可能的总线参数，如波特率和时间的监控不同。为达到PROFIBUS简单的即插即用配置，这些特性均在电子数据单中具体说明，有时称为设备数据库文件或GSD文件。(1)总体说明(2)DP主设备相关规格(3)从设备的相关规格思考：1.数据链路层提供哪些数据服务？2.一类主站包括哪些设备？3.DP从站初始化包括哪些内容？4.二类主站包括哪些设备？6.4PROFIBUS的总线存取控制机制6.4.1概述6.4.2PROFIBUS-DP技术简介6.4.3PROFIBUS-PA技术简介6.4.4PROFIBUS-FMS技术简介6.4.1概述3种PROFlBUS(DP、FMS、PA)均使用一致的总线存取协议。数据链路层(FieldbusDataLink，FDL)：保证数据可靠性技术、传输协议和报文处理。介质存取控制(MediumaccesscontroI，MAC)具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。PROFIBUS协议的设计满足介质控制的2个基本要求：1)在复杂的自动化系统(主站)间的通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。2)在复杂的程序控制器和简单的I/O设备(从站)间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。PROFIBUS总线存取协议，主站之间采用令牌总线机制，主站与从站之间采用主从机制。令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权(令牌)。在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行。主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从站发送或读取信息。3种系统配置：纯主-从系统纯主-主系统混合系统PROFIBUS总线存取控制机制6.4.2PROFIBUS-DP技术简介PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传输。主站周期地读取从站的输入信息并周期性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，PROFlBUS-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。l.PROFIBUS-DP的基本功能(1)传输技术1)RS-485双绞线或光缆2)波特率从9.6kbit/s-l2Mbit/s(2)总线存取1)各主站间为令牌传输，主站与从站间为主-从传输;2)支持单主或多主系统;3)主-从设备，总线上最多站点数为126(3)设备类型1)第二类DP主站(DPM2):可编程、可组态、可诊断的设备;2)第一类DP主站(DPMl):中央可编程控制器，如PLC、PC等;3)DP从站:带二进制或模拟输人输出的驱动器、阀门等。(4)诊断功能分为3类:本站诊断操作:诊断信息表示本站设备的一般操作状态，如温度过高，电压过低。模块诊断操作:诊断信息表示一个站点的某具体I/O模块出现故障(如8位的输出模块)。通道诊断操作:诊断信息表示一个单独的输人输出位的故障(如输出通道7短路)。(5)系统配置PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统，这就为系统配置组态提供了高度的灵活性。系统配置的描述包括:站点数目、站点地址和输人输出数据的格式，诊断信息的格式以及所使用的总体参数。2.PROFIBUS-DP扩展功能DP扩展功能允许非循环的读写功能并中断并行于循环数据传输的应答。对从站参数和测量值的非循环存取可用于某些诊断或操作员控制站(二类主机，DPM2)。DP扩展功能可选，与DP基本功能兼容。DP扩展实现通常采用软件更新的办法。6.4.3PROFIBUS-PA技术简介PROFIBUS-PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案。PA将自动化系统与现场设备，例如压力、温度和液位变送器的过程控制系统连接起来，PA可以取代4-20mA的模拟技术。PA在现场设备的规划、电缆敷设、调试、投人运行和维护方面可节省成本40%以上，并可提供多功能和安全性。1.常规的4-2OmA系统与基于PROFIBUS-PA的系统在布线方面的区别2.过程工业一应用领域的特殊要求:1)过程自动化独特的应用行规以及来自不同厂商的现场设备的互换性;2)增加和去除总线站点，即使在本质安全地区也不会影响到其他站点;3)过程自动化中的PPOFIBUS-PA总线段和制造自动化中的PROFIBUS-DP总线段之间通过段耦合器实现通信透明化;4)在潜在的爆炸区使用防爆型本质安全或非本质安全。3.PROFlBUS-PA总线的数据传输PROFIBUS-PA使用PROFIBUS-DP的基本功能传输测量值和状态，使用PROFIBUS-DP扩展功能对现场设备设置参数及操作。传输采用基于IEC6l158-2的两线技术。PROFIBUS总线存取协议(第2层)和IEC6l158-9技术(第1层)之间的接口在DIN19245系列标准的第4部分中作了规定。在IEC6l158-2段传输时，报文被加上起始和结束界定符。PROFlBUS-PA总线的数据传输6.4.4PROFIBUS-FMS技术简介PROFIBUS-FMS：解决车间一级的通信，在这一级可编程控制器(PLC和PC)主要是互相通信，高级功能比快速系统反应时间更重要。l.PROFIBUS-FMS的应用层现场总线信息规范(FMS)描述通信对象和服务低层接口(LLI)用于将FMS适配到第2层2.通信对象和对象字典(OD)对象字典包括描述、结构和数据类型以及通信对象的内部设备地址和它们在总线上的标志(索引或名称)之间的关系。1)头:包含对象字典结构的有关信息;2)静态数据类型表:所支持的静态数据类型列表;3)变量列表的动态列表:所有已知变量表列表;4)动态程序列表:所有已知程序列表。FMS能识别5种通信对象:1)简单变量;2)数组(一系列相同类型的简单变量);3)记录(一系列不同类型的简单变量);4)域;5)事件。FMS可识别2种类型的动态通信对象:1)程序调用;2)变量列表(一系列简单变量，数组或记录)。3.PROFIBUS-FMS服务FMS服务是ISO9506制造信息规范(ManufacturingMessageSpecification,MMS)服务的子集，已在现场总线应用中被优化，而且增加了通信对象管理和网络管理功能。服务原语描述请求者和应答者之间的互操作。5.PROFIBUS-