（測試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)論文）profibusdp技術(shù)研究及其接口卡的實(shí)現(xiàn).pdf

中文摘要 論文題目 專 業(yè) 碩士生 指導(dǎo)教師 p r o f i b u s d p 技術(shù)研究及其接口卡的實(shí)現(xiàn) 測試計(jì)量技術(shù) 李彪 簽名 漢澤西 簽名 摘要 現(xiàn)場總線綜合了自動(dòng)控制技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 數(shù)字通信技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表 技術(shù)等多種技術(shù)手段 構(gòu)成了一種全分散 全數(shù)字 智能 雙向 互連 多變量 多接 點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng) 成為自動(dòng)控制發(fā)展的趨勢 被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng) 在現(xiàn)有的各種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)中 p r o f i b u s 總線是一種比較流行的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) 用于 分散外設(shè)間高速傳輸?shù)膒 r o f i b u s d p 是有很大市場占有率的總線技術(shù) 本文是針對現(xiàn)場總線在我國的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀 在研究p r o f i b u s d p 現(xiàn)場總線基 本理論 主要包括系統(tǒng)組成 協(xié)議結(jié)構(gòu) 傳輸技術(shù) 數(shù)據(jù)存取機(jī)制 從站通信原理 的基 礎(chǔ)上 提出了p r o f i b u s d p 智能從站接口的軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法 利用s i e m e n s 協(xié)議芯片s p c 3 和5 l 單片機(jī)開發(fā)出具有p r o f i b u s d p 接口的從站接口卡 接著由 7 3 0 0 作為主站 r q 系列執(zhí)行器與開發(fā)的接口卡作為從站 組成p r o f i b u s d p 現(xiàn)場 總線通信系統(tǒng) 對開發(fā)的從站接口卡進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 達(dá)到預(yù)期效果 最后本文對課題的研究工作進(jìn)行了總結(jié) 并對p r o f i b u s d p 智能從站接口的開發(fā) 和p r o f i b u s 現(xiàn)場總線技術(shù)的研究方向提出了進(jìn)一步的討論 關(guān)鍵詞 現(xiàn)場總線p r o f i b u s d ps p c 3 通信協(xié)議電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 論文類型 應(yīng)用研究 英文摘要 s u b j e c t r e s e a r c ho nt e c h n o l o g yo fp r o f i b u s d pa n dr e a l i z a t i o no fi n t e r f a c ec a r d s p e c i a l i t y m e a s u r i n g t e s t i n gt e c h n o l o g ya n di n s t r u m e n t n a m e l i b i a o s i g n a t u r e 厶 醫(yī)厶正 i n s t r u c t o r h a nz e x i s i g n a t u r el i 盤竺 蘭丕 一 v a b s t r a c t m a n yt e c h n o l o g i e ss u c ha sa u t o m a t i o na n dc o n t r o lt e c h n o l o g y c o m p u t e rt e c h n o l o g y d i g i t a lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y n e t w o r kt e c h n o l o g ya n di n t e l l i g e n ti n s t r u m e n t st e c h n o l o g y a r ei n t e g r a t e di n t ot h ef i e l d b u s f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e mc o n s t i t u t e st h ed i s t r i b u t e d i g i t a l i n t e l l i g e n t t w o d i r e c t i o n i n t e r l i n k m u l t i p a r a m e t e r s m u l t i p o i n tc o m m u n i c a t i o na n dc o n t r o l s y s t e m a n db e c o m e st h ef i e n do ft h ed e v e l o p m e n to fa u t o m a t i o na n dc o n t r o l i ti sc a l l e dl a n o fa u t o m a t i o n a m o n gt h ep r e s e n tf i e l d b u ss t a n d a r d s p r o f i b u si st h ep o p u l a rf i e l d b u s p r o i b u s d pt h a tu s e di nd i s t r i b u t e de q u i p m e n tf o rh i g hs p e e di sah i g hm a r k e ts h a r e f i e l d b u st e c h n o l o g y e x a c t l ya c c o r d i n gt ot h ec u r r e n ts t a t u so ff i e l d b u sd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o ni no u r c o u n t r y t h i sp a p e rp r e s e n t s s o f t w a r e h a r d w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o nm e t h o do f p r o f i b u s d pi n t e l l i g e n ts l a v es t a t i o ni n t e r f a c eb a s e do ns t u d y i n gt h eb a s i ct h e o r yo f p r o f i b u s d p i n c l u d i n gs y s t e mc o m p o s i n g p r o t o c o ls t r u c t u r e t r a n s m i s s i o nt e c h n i q u e d a t a a c c e s sm e c h a n i s ma n ds l a v es t a t i o nc o m m u n i c a t i o np r i n c i p l e b yu s i n gt h ep r o t o c o lc h i p s p c 3a n dm c s 一51 t h ec a r do ft h ei n t e l l i g e n ts l a v es t a t i o ni n t e r f a c ew i t hp r o f i b u s d ph a s b e e nd e v e l o p e d a n du s i n gt h es 7 3 0 0a st h em a s t e rs t a t i o n c o m b i n i n gw i t ht h ec a r do ft h e s l a v es t a t i o ni n t e r f a c ea n dt h ea c t u a t o ro fr qs e r i e st oc o m p o s et h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mo f p r o f i b u s d p t ot e s tt h ec a r do ft h ei n t e l l i g e n ts l a v es t a t i o ni n t e r f a c e a n dh a sr e a c h e dt h e a n t i c i p a t e dd e s i g no b j e c t f i n a l l y t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h ew h o l ew o r ko ft h et a s k a n dt a k e st h ed i s c u s s i o no nt h e d e v e l o p m e n to ft h ei n t e l l i g e n ti n t e r f a c ew i t hp r o f i b u s d pa n dt h ed i r e c t i o no ft h er e s e a r c h a b o u tp r o f i b u st e c h n o l o g y k e yw o r d s f i e l d b u s p r o f i b u s d p s p c 3 c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l e l e c t r i ca c t u a t o r t h e s i s a p p l i c a t i o ns t u d y 學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成 果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外 論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得西安石油大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位 或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中做 了明確的說明并表示了謝意 申請學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處 本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任 論文作者簽名 痊盞仁 學(xué)位論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解西安石油大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 研究生在校攻讀 學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬西安石油大學(xué) 學(xué)校享有以任何方法發(fā)表 復(fù)制 公開閱覽 借閱以及申請專利等權(quán)利 同時(shí)授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本論文收錄 到 中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù) 本人離校后發(fā)表 或使用學(xué)位論文或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí) 署名單位仍然為西安石油大 學(xué) 論文作者簽名 盔縋 導(dǎo)師簽名 i 之易 同期 塑墨 塹 r 期 塒a 二 4 注 如本論文涉密 請?jiān)谑褂檬跈?quán)的說明中指出 含解密年限等 第一章緒論 第一章緒論 1 1 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀 隨著控制 計(jì)算機(jī) 通信 網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展 企業(yè)信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速 覆蓋從現(xiàn)場設(shè)備層到控制 管理的各個(gè)層次 同時(shí)也引起了工業(yè)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與設(shè) 備的重大變革 順應(yīng)工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)向現(xiàn)場儀表智能化 控制功能分散化 控制 系統(tǒng)開放化的發(fā)展趨勢 8 0 年代末 9 0 年代初 新一代全分布式控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線 控制系統(tǒng) f c s 應(yīng)用而生 現(xiàn)場總線 f i e l d b u s 正是這種新型控制系統(tǒng)的核心技術(shù) 根據(jù)國際電工委員會(huì)i e c i n t e r n a t i o n a le l e c t r i c a lc o m m i s s i o n 的定義 現(xiàn)場總線是一種 應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場 在現(xiàn)場設(shè)備之間 現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間實(shí)行雙向 串行 多節(jié)點(diǎn) 數(shù)字通信的技術(shù) 也被稱為開放式 數(shù)字化 多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò) l 人們習(xí)慣把5 0 年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng) p c s 稱作第一代 把4 2 0 m a 等電 動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng) a c s 稱為第二代 把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng) c c s 稱為第三 代 把7 0 年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng) d c s 稱作第四代 而把現(xiàn)場總線控制 系統(tǒng) f c s 稱為第五代控制系統(tǒng) 作為新一代的控制系統(tǒng) 一方面 f c s 突破了d c s 系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限 應(yīng)用了基于公開化 標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案 克服了封閉系 統(tǒng)所造成的缺陷 另一方面把d c s 集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 變成了新型的全 分布式結(jié)構(gòu) 把控制功能徹底下放到現(xiàn)場 并且實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字式通信 提高了系統(tǒng)的抗 干擾能力 1 1 1 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)1 2 l 現(xiàn)場總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程控制的底層 作為工廠設(shè)備級基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò) 要 求具有協(xié)議簡單 容錯(cuò)能力強(qiáng) 安全性好 成本低等特點(diǎn) 具有一定的時(shí)間確定性和較 高的實(shí)時(shí)性等要求 還應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定 多數(shù)為短幀傳送 信息交換頻繁等特點(diǎn) 由于上述特點(diǎn) 現(xiàn)場總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通信技術(shù) 都具有不同于高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的 特色 特色如下 1 系統(tǒng)的開放性 開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開 各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互 連并實(shí)現(xiàn)信息交換 現(xiàn)場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng) 這里的開放是指對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性 公開性 強(qiáng)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從 一個(gè)開放系 統(tǒng) 它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連 一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場總線 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的 開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶 用戶可按自己的需要 和對象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成隨意大小的系統(tǒng) 2 互操作性 互操作性是指設(shè)備的可互換性和可互操作性 互換性是指不同生產(chǎn) 廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用 可互操作性指不同廠商的設(shè)備可相互通 西安石油大學(xué)碩十學(xué)位論文 信 并能在各廠商的操作環(huán)境中完成其功能 為了使制造商發(fā)展其特有的功能 現(xiàn)場總 線技術(shù)還為制造商留有可供其發(fā)揮的余地 3 現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性 它將傳感測量 補(bǔ)償計(jì)算 工程量處理與控 制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成 僅靠現(xiàn)場設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能 并可隨 時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 由于現(xiàn)場設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能 使 得現(xiàn)場總線己構(gòu)成一種全新的分布式控制系統(tǒng)的體系 從根本上改變了現(xiàn)有d c s 集中與 分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系 簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 提高了可靠性 3 5 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 工作在現(xiàn)場設(shè)備前端 作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線 是專為在現(xiàn)場環(huán)境工作的設(shè)備而設(shè)計(jì) 表現(xiàn)為通信媒體可采用雙絞線 同軸電纜和光纜 等多種類型 對電磁干擾的抗干擾性 可滿足本質(zhì)安全防爆要求 可總線供電等 1 1 2 現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1 4 j 由于現(xiàn)場總線的以上特點(diǎn) 特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化 使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 安裝 投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù) 都體現(xiàn)出了優(yōu)越性 因此 現(xiàn)場總線的主要 優(yōu)點(diǎn)為 1 節(jié)省硬件數(shù)量與投資 由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接 執(zhí)行傳感 控制 報(bào)警和計(jì)算的功能 因而可減少變送器的數(shù)量 不再需要單獨(dú)的控制 器 計(jì)算單元等 也不再需要d c s 系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理 轉(zhuǎn)換 隔離等功能單元及其復(fù)雜接 線 可以用工控p c 作為操作站 從而節(jié)省了一大筆硬件投資 由于控制設(shè)備的減少 可減少控制室的占地面積 2 節(jié)省安裝費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單 一對雙絞線或一條 電纜上通常可掛接多個(gè)設(shè)備 因而電纜 端子 槽盒 橋架的用量大大減少 連線設(shè)計(jì) 與接頭校對的工作量也大大減少 當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時(shí) 無需增設(shè)新的電纜 可 就近連接在原有的電纜上 既節(jié)省了投資 也減少了設(shè)計(jì) 安裝的工作量 據(jù)有關(guān)典型 試驗(yàn)工程的測算資料 可節(jié)約安裝費(fèi)用6 0 以上 此外 由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷 與簡單故障處理的能力 并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室 用戶可以 查詢所有設(shè)備的運(yùn)行 診斷 維護(hù)信息 以便早期分析故障原因并快速排除 縮短了維 護(hù)停工時(shí)間 同時(shí)由于連線簡單而減少了維護(hù)工作量 3 消除模擬儀表通信的瓶頸現(xiàn)象 采用模擬儀表通信時(shí) 通信是單向的模擬通信 而現(xiàn)場總線儀表的通信是雙向的數(shù)字通信 因此 現(xiàn)場總線儀表與儀表計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 間的通信不需要進(jìn)行模數(shù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換 同時(shí) 在同一通信線上可以進(jìn)行多個(gè)變量的雙向 通信 消除了模擬儀表通信的瓶頸現(xiàn)象 4 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán) 用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來 集成系統(tǒng) 避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被 框死 了設(shè)備的選擇范圍 不會(huì)為系統(tǒng)集 2 第一章緒論 成中不兼容的協(xié)議 接口而一籌莫展 使系統(tǒng)集成過程中的主動(dòng)權(quán)完全掌握在用戶手中 5 提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性 由于現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化 數(shù)字化 與模擬 信號(hào)相比 它從根本上提高了測量與控制的準(zhǔn)確度 減少了傳送誤差 同時(shí) 由于系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)簡化 設(shè)備與連線減少 現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強(qiáng) 減少了信號(hào)的往返傳輸 提高 了系統(tǒng)的工作可靠性 6 提高安全性 設(shè)備狀態(tài)信息和故障預(yù)警信息為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評估提供條件 使故障未發(fā)生前就能得以消除 故障發(fā)生時(shí)能及時(shí)對故障定位 及時(shí)處理 故障發(fā)生后 提供的故障信息便于對故障的分析 從而提高系統(tǒng)安全性 此外 由于現(xiàn)場總線的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化 因而還具有設(shè)計(jì)簡單 易于重構(gòu) 等優(yōu)點(diǎn) 1 1 3 國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 由于采用現(xiàn)場總線技術(shù)將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 系統(tǒng)安裝費(fèi)用減少并且易于維護(hù) 用戶可以自由選擇不同廠商 不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的最優(yōu)化等一系列優(yōu)點(diǎn) 2 0 世紀(jì)9 0 年代以來 現(xiàn)場總線技術(shù)以及基于該技術(shù)的控制系統(tǒng)在國內(nèi)外引起人們的高度 重視 成為世界范圍內(nèi)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) 國際上許多有實(shí)力 有影響的公司都先 后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā) 5 j 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 世界上有近2 0 0 種 現(xiàn)場總線技術(shù) 經(jīng)過十幾年的競爭和完善 較具生命力的有十幾種 特別是i e c 6 1 1 5 8 成 為國際標(biāo)準(zhǔn) 多總線并存已成定局 由于這些總線都有著各自不同的技術(shù)特長及其擅長 的應(yīng)用領(lǐng)域 并且都有國際上的大型跨國公司作背景和依托 如著名的s i e m e n s a e g a b b 公司 因此多總線共存的局面將持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)間 目前 p r o f i b u s 和基金會(huì)現(xiàn)場總線 f f 共同構(gòu)成當(dāng)今現(xiàn)場總線的兩大體系 由 于p r o f i b u s 現(xiàn)場總線投運(yùn)時(shí)間較長 已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化的各個(gè)主要領(lǐng)域 p r o f i b u s 的三個(gè)模塊 d p f m s p a 可以滿足不同的應(yīng)用對象和通信速率方面的要 求 其開放性好 而且鑒于p r o f i b u s 已成為國際標(biāo)準(zhǔn) 因此 得到了眾多生產(chǎn)廠家的 支持 此外 p r o f i b u s 是從p l c 發(fā)展而來 得到了p l c 銷售商的大力支持 再加上f f 標(biāo)準(zhǔn)遲遲得不到完善 p r o f i b u s 將會(huì)有更大的發(fā)展空間 有望成為國際上推廣速度最 快 用戶最多 應(yīng)用范圍最廣及最有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線 6 7 p r o f i b u s 是德國于9 0 年代初指定的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 1 9 9 6 年3 月1 5 日批 準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn) 即e n 5 0 1 7 0v 2 p r o f i b u s 現(xiàn)在已是歐洲首屈一指的開放式現(xiàn)場總線系 統(tǒng) 并已被全世界所接受 成為國際化的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) 經(jīng)過十多年的發(fā)展 現(xiàn) 場總線技術(shù)取得了高速發(fā)展 現(xiàn)場總線技術(shù)大大加快了儀表智能化的進(jìn)程 現(xiàn)場總線技 術(shù)與各種智能化的現(xiàn)場儀表共同組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 這是工業(yè)控制系統(tǒng)的一場技術(shù) 革命 就國內(nèi)而言 我國的自動(dòng)化企業(yè)和科研單位在跟蹤p r o f i b u s d p 現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā) 展的同時(shí) 也先后開始了p i 的f i b u s d p 現(xiàn)場總線的研究工作 8 j 1 9 9 7 年7 月中國現(xiàn)場總 西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文 線 p r o f i b u s 專業(yè)委員會(huì)組建成立 同時(shí)開始籌建現(xiàn)場總線產(chǎn)品演示及認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室 起初我國對于p r o f i b u s d p 現(xiàn)場總線技術(shù)主要以系統(tǒng)集成和應(yīng)用為主 處于系統(tǒng)底層的 智能儀表和設(shè)備都是由國外大公司提供的 此后 包括北京鼎實(shí)公司 浙江正泰集團(tuán)以 及華中理工大學(xué) 上海交通大學(xué) 西安電子科技大學(xué)等企業(yè)和科研院校都開始研制 p r o f i b u s d p 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)底層的智能儀表和設(shè)備 希望實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品的國產(chǎn)化 1 1 4 現(xiàn)場總線的最新標(biāo)準(zhǔn) 由于世界各國和各集團(tuán)為了維護(hù)自身的經(jīng)濟(jì)利益 現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一經(jīng)歷了 一個(gè)長期的過程 直到1 9 9 9 年1 2 月通過了現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)i e c 6 1 1 5 8 包括8 種現(xiàn)場 總線 經(jīng)過幾年的補(bǔ)充和完善 在2 0 0 3 年4 月由i e c s c 6 5 c m t 9 小組負(fù)責(zé)制訂的 i e c 6 1 1 5 8 e d 3 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)第3 版 正式成為國際標(biāo)準(zhǔn) 新版本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了1 0 種類 型的現(xiàn)場總線 以反映工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的最新發(fā)展 9 j 分別是 類型1 t y p e l 1 9 9 9 年i e c 6 115 8 t s 技術(shù)規(guī)范全面定義的現(xiàn)場總線 即f f 基金 會(huì)現(xiàn)場總線h l 類型2 t y p e 2 c o n t r o ln e t 現(xiàn)場總線 類型3 t y p e 3 p r o f i b u s 現(xiàn)場總線 類型4 t y p e 4 p n e t 現(xiàn)場總線 類型5 t y p e 5 f fh s e 高速以太網(wǎng)總線 類型6 t y p e 6 s w i f t n e t 現(xiàn)場總線 類型7 t e 7 w o r l d f i p 現(xiàn)場總線 類型8 t e 8 i n t e r b u s 現(xiàn)場總線 類型9 t e 9 i e c i s as p 5 0 現(xiàn)場總線 類型1 0 t y p e l o p r o f i n e t 現(xiàn)場總線 除了i e c 6 1 1 5 8 規(guī)定的以上十種類型現(xiàn)場總線外 目前市場上流行的現(xiàn)場總線還有 c a n h a r t l o n w o r k s m o d b u s c c l i n k 等 它們也廣泛分布于各個(gè)自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)場 由于現(xiàn)場總線長期以來難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 使得f c s 系統(tǒng)的發(fā)展相對緩慢 為了 加快f c s 新一代控制系統(tǒng)的發(fā)展 人們開始尋求新的出路 近年來 現(xiàn)場總線開始轉(zhuǎn)向 i t 領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的e t h e m e t 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 為i t 領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)的e t h e m e t 過去在工業(yè)自動(dòng) 化領(lǐng)域只得到了有限應(yīng)用 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 其以前存在的一些問題迅速得到解決 所以人們普遍認(rèn)為e t h e m e t 是未來控制網(wǎng)絡(luò)的最佳解決方案 工業(yè)以太網(wǎng)已成為現(xiàn)場總 線中的主流技術(shù) 目前p r o f i b u s d e v i c e n e t c o n t r o l n e t l o n w o r k s 等都在使用e t h e m e t 技術(shù) 1 0 1 1 2 本課題的來源和意義 本課題來源于溫州瑞基測控設(shè)備有限公司 在了解掌握p r o f i b u s d p 技術(shù)的基礎(chǔ) 4 第一章緒論 上 設(shè)計(jì)d p 從站接口卡 使本公司r q 系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能成功接入p r o f i b u s 網(wǎng)絡(luò) p r o f i b u s d p 是西門子公司推出的現(xiàn)場總線 在中國市場占有較大的市場份額 能夠 實(shí)現(xiàn)通信雙方數(shù)據(jù)的可靠傳輸 對現(xiàn)場設(shè)備的可靠控制 在己有研究成果和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的 基礎(chǔ)上 對p r o f i b u s d p 技術(shù)做出更深一步的剖析和研究 同時(shí)把p r o f i b u s d p 技 術(shù)應(yīng)用于執(zhí)行器領(lǐng)域 設(shè)計(jì)開發(fā)出帶p r o f i b u s d p 接口卡的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 為今后現(xiàn) 場總線技術(shù)的應(yīng)用提供了有益的嘗試 1 3 本論文的研究內(nèi)容 本論文主要在以下幾個(gè)方面做了研究和開發(fā)工作 1 在查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和調(diào)研的基礎(chǔ)上 了解現(xiàn)場總線的發(fā)展現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài) 2 深入研究p r o f i b u s d p 現(xiàn)場總線技術(shù) 3 選擇設(shè)計(jì)方案 4 設(shè)計(jì)原理圖 s t j p c b 線路板 5 編寫程序 實(shí)現(xiàn)軟件功能 6 利用西門子公司s i m a t i cs 7 3 0 0 主站 r q 系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和開發(fā)的d p 從站接口卡搭建一個(gè)調(diào)試平臺(tái) 進(jìn)行組網(wǎng)測試 本論文共分六章 第一章為緒論 概述了現(xiàn)場總線的背景 特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀 簡要 介紹本課題的來源和意義以及論文所要完成的主要內(nèi)容 第二章為p r o f i b u s d p 現(xiàn)場 總線技術(shù) 介紹了p r o f i b u s 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn) 包括p r o f i b u s 協(xié)議結(jié)構(gòu)和傳輸 技術(shù) 并具體介紹p r o f i b u s d p 技術(shù)的基本特性 數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)和報(bào)文傳輸分析 以及d p 狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn) 第三章為p r o f i b u s d p 從站接口卡的硬件設(shè)計(jì) 對解決方案 進(jìn)行比較選擇 在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)p r o f i b u s d p 接口卡的硬件設(shè)計(jì) 包括對單片機(jī) i l 4 8 5 芯片和協(xié)議芯片s p c 3 的介紹 并詳細(xì)分析了各部分接口電路的實(shí)現(xiàn) 第四章為 p r o f i b u s d p 從站接口卡的軟件設(shè)計(jì) 詳細(xì)介紹了軟件方面的總體設(shè)計(jì)思想 功能模 塊設(shè)計(jì)以及程序流程 另外 對c r c 校驗(yàn)和g s d 文件的編寫進(jìn)行了詳細(xì)闡述 第五章 為研究與設(shè)計(jì)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 簡單介紹了組網(wǎng)調(diào)試所用到的r q 執(zhí)行器和s t e p 7 組態(tài) 軟件 詳細(xì)記錄了實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果 并對結(jié)果進(jìn)行簡單的分析 第六章為總結(jié) 對整個(gè) 設(shè)計(jì)過程進(jìn)行回顧以及對本課題研究的體會(huì) 最后對p r o f i b u s 技術(shù)進(jìn)行展望 5 西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章p r o f i b u s d p 現(xiàn)場總線技術(shù) 2 1p r o f i b u s 技術(shù)概述 p r o f i b u s 是p r o c e s sf i e l db u s 的縮寫 是1 9 8 7 年由西門子等1 3 家公司和5 家研 究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā) 于九十年代初成為德國工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 代號(hào)d i n l 9 2 4 5 1 9 9 6 年經(jīng)歐洲電工委員會(huì)批準(zhǔn)成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)e n 5 0 1 7 0 1 9 9 9 年1 2 月被批準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn) i e c 6 1 1 5 8 的組成部分 t y p e 3 因此 p r o f i b u s 已經(jīng)成為一種國際化 開放的現(xiàn)場總線 標(biāo)準(zhǔn) 目前世界上許多自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)廠家都為它們生產(chǎn)的設(shè)備提供p r o f i b u s 接口 p r o f i b u s 廣泛應(yīng)用于加工制造 過程和樓宇自動(dòng)化 其應(yīng)用范圍如圖2 1 所示 工廣 管理級 總線循環(huán) 時(shí)問 0 3 4 3 9 03 9 02 2 0 類型b 1 0 0 1 3 0 o 2 2 3 9 03 9 01 5 0 表2 3r 8 4 8 5 傳輸速率與電纜的距離 波特率儀p b s 9 61 9 2 9 3 7 5 1 8 7 5 5 0 01 5 0 0 1 2 0 0 0 距離 m 1 2 0 01 2 0 01 2 0 01 0 0 04 0 02 0 01 0 0 按照e n 5 0 1 7 0 標(biāo)準(zhǔn) p r o f i b u s d p 采用r s 4 8 5 規(guī)范 為9 針d 型插頭連接器 其 管腳分配如表2 4 所示 為了連接外部控制設(shè)備和維護(hù)設(shè)備 用戶需要提供電流容量不 少于1 0 0 m a 的2 4 v 電源 當(dāng)從站站點(diǎn)連接到d p 總線上時(shí) 每個(gè)站點(diǎn)應(yīng)保證提供5 v 和 g n d 信號(hào)到針腳5 和6 這樣總線就可用終端電阻終止 在d p 總線上可以連接1 2 6 個(gè) 站點(diǎn) 總線可分若干段 每段可以連接3 2 個(gè)站 如果總線距離超過數(shù)據(jù)傳輸要求可加中 繼器來延長距離 但中繼器要計(jì)為一個(gè)站 在數(shù)據(jù)線a 和b 兩端需加總線終端下拉電阻 與數(shù)據(jù)傳輸?shù)豥 g n d 相連接 和上拉電阻 與正2 4 v 供電電壓相連接 當(dāng)總線上沒有 站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) 即兩個(gè)報(bào)文間總線令牌空閑狀態(tài)時(shí) 這兩個(gè)電阻確?？偩€上有一個(gè)確定 的空閑電位 9 西安石油大學(xué)碩十學(xué)位論文 表2 49 針d 型插頭針腳分配 針腳號(hào) 信號(hào) 規(guī)定 ls h i e l d 屏蔽 保護(hù)地 2m 2 42 4 v 輸出電壓的地 3 i h d t x d p接收數(shù)據(jù) 傳輸數(shù)據(jù)陽極 b 線 4c n t r p 方向控制信號(hào)p 5 d g n d 數(shù)據(jù)基準(zhǔn)電位 地 6 v p 終端電阻供電電源 5 v 7p 2 4輸出電壓 2 4 v 8 r x d 廠r x d n 接收數(shù)據(jù) 傳輸數(shù)據(jù)陰極 一 a 線 9 c n t r j n方向控制信號(hào)n 注 為每個(gè)站必須提供的信號(hào) b i e c11 5 8 2 傳輸技術(shù) i e c1 1 5 8 2 傳輸技術(shù)能滿足石化工業(yè)的要求 它可保 持其本質(zhì)安全性并使現(xiàn)場設(shè)備通過總線供電 此技術(shù)是一種位同步協(xié)議 可進(jìn)行無電流 的連續(xù)傳輸 通常稱之為h l 適用于p r o f i b u s p a 其傳輸技術(shù)特性如表2 5 所示 i e c l1 5 8 2 傳輸技術(shù)原理如下 每段只有一個(gè)電源 供電裝置 站發(fā)送信息時(shí)不向總線供電 每站現(xiàn)場設(shè)備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流 現(xiàn)場設(shè)備的作用如無源的電流吸收裝置 主總線兩端起無源終端線的作用 允許使用線 樹型和星型網(wǎng)絡(luò) 設(shè)計(jì)時(shí)可采用冗余的總線段 用以提高可靠性 表2 5i e c l1 5 8 2 傳輸技術(shù)特性 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字式 位同步 曼徹斯特編碼 傳輸速率 3 1 2 5 k b p s 電壓式 數(shù)據(jù)可靠性預(yù)兆性 避免誤差采用起始和終止限定符 電纜雙絞線 g 蔽或非屏蔽 遠(yuǎn)程電源可選附件 通過數(shù)據(jù)線 防爆型可以進(jìn)行本質(zhì)或非本質(zhì)安全操作 拓?fù)渚€型或樹型 或兩者相結(jié)合 站點(diǎn)數(shù) 每段最多3 2 個(gè) 總數(shù)最多1 2 7 個(gè) 轉(zhuǎn)發(fā)器可擴(kuò)展至4 臺(tái) 使用d p p a 段耦合器 p r o f i b u s p a 設(shè)備能非常方便地集成到p f o f i b u s d p 網(wǎng) 1 0 第二章p r o f i b u s d p 現(xiàn)場總線技術(shù) 絡(luò)中 1 6 c 光纖傳輸技術(shù) 在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用p r o f i b u s 系統(tǒng)時(shí) 可使用光 纖導(dǎo)體以延長高速傳輸?shù)淖畲缶嚯x 目前玻璃光纖能處理的連接距離達(dá)到1 5 k m 而塑 料光纖只能達(dá)8 0 m 許多廠商 如s i e m e n s h o n e y w e l l 公司提供專用的總線插頭可將 r s 4 8 5 信號(hào)轉(zhuǎn)換成光纖信號(hào)或光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換成r s 4 8 5 信號(hào) 這樣就使得同一系統(tǒng)上既可 以使用r s 4 8 5 傳輸又能使用光纖傳輸 近幾年來 光纖連接技術(shù)主要有光鏈路模塊技術(shù) o l m o t p t i c a ll i n km o d u l e 光鏈路插頭技術(shù) o l p o p t i c a ll i n kp l u g 和集成的光纖電 纜連接技術(shù) 2 1 3p r o f i b u s 總線存取協(xié)議 p r o f i b u s 的d p f m s 和p a 均使用單一的總線存取協(xié)議 通過o s i 參考模型的 第2 層實(shí)現(xiàn) 包括數(shù)據(jù)的可靠性 傳輸協(xié)議和報(bào)文的處理 在p r o f i b u s 中 第2 層稱 之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層 f d l f i e l d b u sd a t al i n k 介質(zhì)存取控鋁o m a c m e d i aa c c e s s c o n t r 0 1 具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?m a c 必須確保在任何時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù) p r o f i b u s 協(xié)議的設(shè)計(jì)旨在滿足介質(zhì)存取控制的基本要求 在復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng) 主站 間通信 必須保證在確切限定的時(shí)間間隔內(nèi) 任何一個(gè)站點(diǎn)要有足夠的時(shí)間來完成通信 任務(wù) 在復(fù)雜的程序控制器和簡單的i o 設(shè)備 從站 間通信 應(yīng)盡可能快速又簡單地 完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸 因此 p r o f i b u s 總線存取協(xié)議包括主站之間的令牌傳遞方式和 主站與從站之間的主從方式 如圖2 3 所示 圣設(shè)備問的邏輯令牌琢 塑墊 塑 從鉆 從付蒲 卜 圖2 3p r o f i b u s 總線存取協(xié)議 令牌傳遞程序保證了每個(gè)主站在一個(gè)確切規(guī)定的時(shí)間框內(nèi)得到總線存取權(quán) 令牌 令牌是一條特殊的電文 它在所有主站循環(huán)一周的最長時(shí)間是事先規(guī)定的 在p r o f i b u s 中 令牌只在各主站之間通信時(shí)使用 主從方式允許主站在得到總線存取令牌時(shí)可與從站通信 每個(gè)主站均可向從站發(fā)送 或索取信息 通過這種方法有可能實(shí)現(xiàn)三種系統(tǒng)配置 純主一從系統(tǒng) 純主一主系統(tǒng) 帶 西安石油大學(xué)碩十學(xué)位論文 令牌傳遞 混合系統(tǒng) 1 7 1 圖2 3 中的三個(gè)主站構(gòu)成令牌邏輯環(huán) 當(dāng)某主站得到令牌電文后 該主站可在一定 的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行主站的工作 在這段時(shí)間內(nèi) 它可依照主一從關(guān)系表與所有從站通信 也 可依照主一主關(guān)系表與所有主站通信 令牌環(huán)是所有主站的組織鏈 按照主站的地址構(gòu)成邏輯環(huán) 在這個(gè)環(huán)中 令牌在規(guī) 定的時(shí)間內(nèi)按照地址的升序在各主站中依次傳遞 在總線系統(tǒng)初建時(shí) 主站介質(zhì)存取控 制的任務(wù)是制定總線上的站點(diǎn)分配并建立邏輯環(huán) 在總線運(yùn)行期間 斷電或損壞的主站 必須從環(huán)中排除 新上電的主站必須加入環(huán)中 介質(zhì)存取控制的特點(diǎn)是監(jiān)測傳輸介質(zhì)以 及收發(fā)器是否損壞 檢查站點(diǎn)地址是否出錯(cuò) 是否有地址重復(fù) 或者令牌丟失等等 2 2p r o f i b u s d p 技術(shù)基本特性 p r o f i b u s d p 用于傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高速數(shù)據(jù)傳輸 它以德國標(biāo)準(zhǔn)d i n l 9 2 4 5 的第一部分為基礎(chǔ) p r o f i b u s d p 協(xié)議是為了自動(dòng)化制造工廠中分散的i o 設(shè)備和現(xiàn)場 設(shè)備所需要的高速數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的 中央控制器周期地讀取從站設(shè)備的輸入信息并周 期地向從站發(fā)送輸出信息 總線循環(huán)時(shí)間必須要比中央控制的程序循環(huán)時(shí)間短 除周期 性用戶數(shù)據(jù)傳輸外 p r o f i b u s d p 還提供強(qiáng)有力的診斷和配置功能 數(shù)據(jù)通信是由主 機(jī)和從機(jī)進(jìn)行監(jiān)控的f 1 8 j 2 2 1p r o f i b u s d p 的基本功能 1 傳輸技術(shù) r s 4 8 5 雙絞線雙線電纜或光纜 波特率為9 6 k b p s 1 2 m b p s 2 總線存取 各主站間令牌傳送 主站與從站間為主一從傳送 支持單主或多主系統(tǒng) 總線上最 多站點(diǎn) 主 從設(shè)備 數(shù)為1 2 6 3 通信功能 p r o f i b u s d p 實(shí)行點(diǎn)對點(diǎn)或者廣播通信方式 點(diǎn)對點(diǎn)也就是用戶數(shù)據(jù)傳輸 廣播 也就是控制指令的傳輸 還支持循環(huán)主一從用戶數(shù)據(jù)傳輸方式和非循環(huán)主一從數(shù)據(jù)傳輸 方式 4 運(yùn)行模式 p r o f i b u s d p 規(guī)定了三種運(yùn)行模式 這些模式主要取決于1 類主站的操作狀態(tài) l 類主站在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔以有選擇的廣播方式 將其狀態(tài)發(fā)送給每一個(gè)有選擇 的從站 而1 類主站的狀態(tài)由本地或總體的配置設(shè)備所控制 運(yùn)行 輸入和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳輸 1 類主站由從站讀取輸入信息并向d p 從站寫入 輸出信息 清除 1 類主站讀取從站的輸入信息 并使輸出信息保持為故障 安全狀態(tài) 1 2 第二章p r o f i b u s d p 現(xiàn)場總線技術(shù) 停止 只能進(jìn)行主一主數(shù)據(jù)傳輸 1 類主站和從站之間沒有數(shù)據(jù)傳輸 5 其它功能 除了以上的主要功能外 p r o f i b u s d p 還有診斷 同步 可靠性和保護(hù)機(jī)制等功 能 如經(jīng)過擴(kuò)展的p r o f i b u s d p 診斷功能是對故障進(jìn)行快速的定位 診斷信息在總線 上傳輸并由主站收集 分為本站診斷操作 模塊診斷操作 通道診斷操作等 如控制指 令允許輸入和輸出的同步 如d p 從站帶看門狗定時(shí) d p 從站的輸入輸出存取保護(hù) d p 主站上帶可變定時(shí)器的用戶數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)視等功能 2 2 2p r o f i b u s d p 系統(tǒng)配置和設(shè)備類型 p r o f i b u s d p 有三種設(shè)備類型 1 d p 1 類主設(shè)備 也就是中央處理器 它與從站 也就是分散的i o 設(shè)備 進(jìn) 行數(shù)據(jù)的交換 d p 允許若干個(gè)此類的主站 典型的設(shè)備有p c l p c 等 主要完成總線 通信控制與管理 2 d p 2 類主設(shè)備 也就是組態(tài) 監(jiān)視或者工程工具 它被用來設(shè)定網(wǎng)絡(luò)或者參 數(shù) 監(jiān)視從站設(shè)備 包括操作員工作站 編程器 操作員接口等 完成各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀 寫 系統(tǒng)配置 故障診斷等 3 d p 從站設(shè)備 也就是直接連接i 0 信號(hào)的外圍設(shè)備 典型的設(shè)備是帶二進(jìn)制 或模擬量的輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 驅(qū)動(dòng)器 傳感器 閥門 操作面板等等 本文的設(shè)計(jì) 是一個(gè)p r o f i b u s d p 智能接口 用于d p 從站設(shè)備 由主站完成系統(tǒng)配置 參數(shù)修改 數(shù)據(jù)交換等功能 對于哪些參數(shù)可以進(jìn)行通信以及參數(shù)格式等是由p r o f i b u s 行規(guī)規(guī) 定 典型的p i 的f i b u s d p 配置是單主站結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最短的總線循環(huán)時(shí)間 它 的組成為 1 個(gè)d p 1 類主設(shè)備 l 到多個(gè)d p 從站設(shè)備 最多可達(dá)到1 2 5 個(gè)從站設(shè)備 d p 2 類主設(shè)備可有可無 這種結(jié)構(gòu)的通信基于主一從原理 即僅當(dāng)主站請求時(shí) 總線上 的從站才能活動(dòng) 從站由主站按輪詢表依次訪問 如圖2 4 所示 圖2 4p r o fib u s d p 單主站系統(tǒng) 還有一種結(jié)構(gòu)為多主站結(jié)構(gòu) 它的循環(huán)時(shí)間比單主站結(jié)構(gòu)的循環(huán)時(shí)間短 這種結(jié)構(gòu) 西安彳i 油大 學(xué)碩士學(xué)位論文 由多個(gè)主設(shè)備 1 類或者2 類 1 到多個(gè)d p 從站設(shè)備 1 個(gè)到最多可達(dá)到1 2 4 個(gè) 構(gòu)成 同一個(gè)總線上最多1 2 6 個(gè)設(shè)備 在這種結(jié)構(gòu)中 若干個(gè)d p 主站可以用讀功能去訪問一 個(gè)從站設(shè)備 如圖2 5 咿2 棗豐鍤 圖2 5p r o f i b u s d p 多主站系統(tǒng) 2 3 物理傳輸方式及數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)的實(shí)現(xiàn) 2 3 1 物理傳輸方式 p r o f i b u s d p 通信采用半雙工方式 編碼方式為n r z 碼 即非歸零碼 一個(gè)字符 在p r o f i b u s 總線上按l l 位傳輸 1 個(gè)起始位0 8 位數(shù)據(jù)位 1 個(gè)奇偶校驗(yàn)位和1 個(gè) 停止位1 最低有效位 l s b 被第一個(gè)發(fā)送 最高有效位 m s b 被最后發(fā)送 其傳輸信號(hào) 如圖2 6 所示 當(dāng)兩數(shù)據(jù)線r x d t x d p 與r x d t x d n 之問為恒定正差分電壓時(shí)代表 1 9 99 負(fù)差分電壓時(shí)代表 09 99 其差分電壓值范圍為 2 v 6 v 一6 v 一2 v 總線上沒有 數(shù)據(jù)傳輸時(shí) 空載電位為 1 9 99 起始位為 0 9 9 0 在位持續(xù)期間 二值信號(hào) 0 或 1 不改變 廠 廠 廠 廠 羔釬ff o1oo11o1 他f j 盼7 iti t 圖2 6 非歸零碼信號(hào) 2 3 2 數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)的實(shí)現(xiàn) 1 9 j 數(shù)據(jù)鏈路層用于描述報(bào)文的一般格式 安全機(jī)制和可用的傳輸服務(wù) 數(shù)據(jù)鏈路層提 供以下的服務(wù) 1 s d a s e n dd a t aw i t ha c k n o w l e d g e 發(fā)送有應(yīng)答的數(shù)據(jù) 僅對f m s 主站 本 地站 的f d l 用戶 本地用戶 用這個(gè)服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)到單個(gè)從站 遠(yuǎn)端站 如果沒有錯(cuò)誤 從站 遠(yuǎn)端站 的f d l 把數(shù)據(jù)提交給遠(yuǎn)端用戶 主站 本地站 會(huì)接收到應(yīng)答 報(bào)告數(shù)據(jù)是 否被遠(yuǎn)端用戶收到 出錯(cuò)時(shí) 本地用戶會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù) 1 4 第二章p r o f l b u s d p 現(xiàn)場總線技術(shù) 2 s d n s e n dd a t aw i t hn oa c k n o w l e d g e 發(fā)送沒有應(yīng)答的數(shù)據(jù) 對d p 和f m s 本地用戶可以通過此服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)到一個(gè) 多個(gè)或全部的遠(yuǎn)端用戶 實(shí)現(xiàn)組播和廣播的 功能 在數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束時(shí)本地用戶會(huì)接到來自鏈路層的確認(rèn) 但只說明數(shù)據(jù)是否正常發(fā) 送 數(shù)據(jù)是否到達(dá)遠(yuǎn)端用戶不被確認(rèn) 3 s r d s e n da n dr e q u e s td a t aw i t hr e p l y 發(fā)送和請求有應(yīng)答的數(shù)據(jù) 對d p 和 f m s 此服務(wù)允許本地站發(fā)送數(shù)據(jù)到單個(gè)遠(yuǎn)端站 同時(shí)請求遠(yuǎn)端站己準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù) 此 服務(wù)允許本地站只請求遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)而發(fā)送數(shù)據(jù)為空 遠(yuǎn)端站的應(yīng)答信息包括數(shù)據(jù)接收到 數(shù)據(jù)沒有接收到 數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好 如果出錯(cuò) 則本地f d l 會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù) 4 c s r d c y c l i cs e n da n dr e q u e s td a t aw i t hr e p l y 循環(huán)發(fā)送和請求數(shù)據(jù) 僅對 f m s 服務(wù)允許本地用戶循環(huán)的發(fā)送數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)端用戶 同時(shí)請求遠(yuǎn)端數(shù)據(jù) 允許發(fā)送數(shù) 據(jù)為空 只請求遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù) 本地用戶會(huì)循環(huán)的接收到應(yīng)答信息 包括數(shù)據(jù)接收到 數(shù) 據(jù)沒有接收到 數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好 p r o f i b u s d p 僅限于s r d 和s d n 服務(wù) 在s r d 服 務(wù)時(shí) 主站發(fā)送輸出數(shù)據(jù)到從站并接收從站已經(jīng)準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù) 從站在規(guī)定的時(shí)間周期 內(nèi)應(yīng)答 s d n 服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)到規(guī)定的一組從站 可按照要求觸發(fā)s d n 服務(wù) 對s d n 報(bào) 文沒有應(yīng)答 p r o f i b u s d p 協(xié)議的報(bào)文分為高優(yōu)先級報(bào)文和低優(yōu)先級報(bào)文 所有的請 求報(bào)文都是高優(yōu)先級報(bào)文 但是 在數(shù)據(jù)交換的時(shí)候 d p 從站的響應(yīng)報(bào)文中 如果存在 新的診斷信息 那么此報(bào)文就被以高優(yōu)先級的形式發(fā)送 其它情況下 響應(yīng)報(bào)文都是低 優(yōu)先級報(bào)文 p r o f i b u s d p 采用異步非歸零 n r z 的編碼方式 傳輸線的空載電平是 1 為了 避免數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生沖突所導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失 一個(gè)空載狀態(tài)至少3 3 t b i t 同步時(shí)間 在每 個(gè)請求報(bào)文發(fā)送前必須保證此同步時(shí)間 在單個(gè)字符間所有數(shù)據(jù)傳送沒有間隙 即無縫 的 報(bào)文各個(gè)部分的含義和縮寫如下 s d 起始定界符 區(qū)別報(bào)文類型 f c 幀控制字節(jié) 包含用于幀服務(wù) 優(yōu)先權(quán)等的詳細(xì)說明 d u 數(shù)據(jù)字段 包含有效的數(shù)據(jù)信息 l e l e r 長度字節(jié) 指示數(shù)據(jù)字段的長度 l e r l e d a 目的地址 指示接收到該幀的站 s a 源地址 指示發(fā)送該幀的站 d s a p 目的服務(wù)存取點(diǎn) 目的站用d s a p 決定執(zhí)行什么服務(wù) s s a p 源服務(wù)存取點(diǎn) e d 幀結(jié)束界定符 1 6 h 每一個(gè)報(bào)文含有一個(gè)源服務(wù)存取點(diǎn) s s a p 和一個(gè)目的服務(wù)存取點(diǎn) d s a p 以指示要 執(zhí)行的服務(wù) 基于檢測服務(wù)訪問點(diǎn) s a p 每個(gè)站都能清楚地辨認(rèn)出什么數(shù)據(jù)己被請求和 需要提供什么樣的響應(yīng)數(shù)據(jù) 若地址字節(jié)d a 或者s a 的最高位為1 說明該報(bào)文的數(shù)據(jù) 單元d u 中含有d s a p 目的服務(wù)訪問點(diǎn) s s a p 源服務(wù)訪問點(diǎn) 的內(nèi)容 在p r o f i b u s d p 西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文 中s a p 的作用是區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)文的服務(wù)類型 p r o f i b u s d p 定義了1 0 種s a p 服務(wù)訪問 點(diǎn) 服務(wù) 分別是 d e f a u l ts a p w r i t er e a dd a t a 數(shù)據(jù)交換 s a p 5 3 保留 s a p 5 5 s e ts l a v ea d d r e s s 改變站地址 s a