PROFIBUSDP現(xiàn)場總線的結構

Profibus的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標準EN50170泛應用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等領域。Profibus3個兼容局部組成，即PROFIBUS-DP〔DecentralizedPeripheryI/O系統(tǒng)、PROFIBUS-PA〔ProcessAutomation，現(xiàn)場總線信息標準〕和PROFIBUS-FMS〔FieldbusMessageSpecification，過程自動化。PROFIBUS-DP是一種高速、低本錢通信，特地用于設備級把握系統(tǒng)與分散式 I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC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(zhí)行機構連在一根總線上，并有本質安全標準。PROFIBUS-FMS用于車間級監(jiān)控網絡，是一個令牌構造的實時多主網絡。PROFIBUS的協(xié)議構造PROFIBUS協(xié)議構造是依據(jù)ISO7498OSIPROFIBUS-DP定義了第1、237層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調用的應用功能，并PROFIBUS-DP設備的設備行為。PROFIBUS-FMS1、2、7層，應用層包括現(xiàn)場總線信息標準FM〕和低層接口LLIFMS包括了應用協(xié)議并向用戶供給了可廣泛選用的強有力的通信效勞；LLI協(xié)調不同的通信關系并供給不依靠設備的第2層訪問接口。PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PAPA行規(guī)。依據(jù)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(xiàn)場設備供電。使用連接器可在DPPA網絡。PROFIBUS的傳輸技術PROFIBUS供給了三種數(shù)據(jù)傳輸型式：RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸?！?)RS-485傳輸技術RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術，通常稱之為 H2。RS-485傳輸技術用于PROFIBUS-FMS。RS-485傳輸技術根本特征是：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(huán)境條件；不帶中繼時每分段可連接32127個站。RS-48532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(fā)生誤差；兩個總線終端電阻必需始終有電源；當分324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。電纜最大長度取決于傳輸速率。RS-485PROFIBUS9D型插頭。當連接各站時，應確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁放射環(huán)境下運行應使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性〔EM。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?！?〕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(yè)的要求。它可保持其本質安全性，并通過總線對現(xiàn)場設備供電。IEC1157-2是一種位同步協(xié)議，可進展無電流的連續(xù)傳輸，通常稱為H1。〔3〕光纖傳輸技術PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸?shù)木嚯x。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狀況下使用；另一種是玻璃纖維導體，1km狀況下使用。很多廠商供給專用總線插頭可將RS-485RS-485信號。PROFIBUS總線存取把握技術PROFIBUS-DP、FMS、PAOSI2層〔數(shù)據(jù)鏈路層〕來實現(xiàn)的，它包括保證數(shù)據(jù)牢靠性技術及傳輸協(xié)議和報文處理。在PROFIBUS中，第2層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層〔FDL，F(xiàn)ieldbusDataLink。介質存取把握〔MA，MediumAccessl具體把握數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，MAC必需確保在任何一個時刻只有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。PROFIBUS協(xié)議的設計要滿足介質存取把握的兩個根本要求：在簡潔的自動化系統(tǒng)〔主站〕間的通信，必需保證在精準限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成通信任務。2〕在簡潔的程序把握器和簡潔的I/O設備〔從站〕間通信，應盡可能快速又簡潔地完成數(shù)據(jù)的實時傳輸。PROFIBUS在一個精準規(guī)定的時間內得到總線存取權〔令牌在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進展。主站得到總線存取令牌時可依照主-從通信關系表與全部從站通信，向從站發(fā)送或讀取信息，也可依照主-主通信關系表與全部主站通信。所以可能有3種系統(tǒng)配置：純主-從系統(tǒng)、純主-主系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。在總線系統(tǒng)初建時，主站介質存取把握MAC的任務是制定總線上的站點安排并建立規(guī)律環(huán)。在總線運行期間，斷電或損壞的主站必需從環(huán)中排解，上電的主站必需參與規(guī)律環(huán)。2層的另一重要工作任務是保證數(shù)據(jù)的高度完整性。PROFIBUS2層依據(jù)非連接的模式操作，除供給點對點規(guī)律數(shù)據(jù)傳輸外，還供給多點通信，包括播送和選擇播送功能。PROFIBUS-DP根本功能PROFIBUS-DP用于現(xiàn)場設備級的高速數(shù)據(jù)傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時間必需要比主站〔PLC〕程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還供給智能化設備所需的非周期性通信以進展組態(tài)、診斷和報警處理。PROFIBUS-DP根本特征承受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〔-從設備〕126。承受點對點〔用戶數(shù)據(jù)傳送〕或播送〔把握指令〕通信。循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳送。把握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。DPDPDP從站的動態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強DPDP主站〔DPM1〕DP246字節(jié)。HD=4進展。DP從站帶看門狗定時器WatchdogTimeDP輸入/輸出進展存取保護。DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。PROFIBUS-DP3DP主站〔DPMDP主站〔DPM〕和DP從站。DPM1是是中心把握器，它在預定的周期內與分散的站〔如DP從站〕交換信息。典型的DPM1PLC、PC等；DPM2DP系統(tǒng)組態(tài)操作時使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的；DP從站是進展輸入和輸出信息采集和發(fā)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診斷能對故障進展快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷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。PROFIBUS-DP允許構成單主站或多主站系統(tǒng)在同一總線上最多可連接126個站點。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。PROFIBUS-DP1所示為PROFIBUS-DP單主站系統(tǒng)，PLC作為主站。圖1 Profibus-DP單主站系統(tǒng)PROFIBUS-DP多主站系統(tǒng)中總線上連有多個主站?？偩€上的主站與各自從站構成相互獨立的子系統(tǒng)。如1所示，任何一個主站均可讀取DPDPDP從站寫入數(shù)據(jù)。1Profibus－DP多主站系統(tǒng)PROFIBUS-DP系統(tǒng)行為PROFIBUS-DP系統(tǒng)行為主要取決于DPM1的操作狀態(tài)，這些狀態(tài)由本地或總線的配置設備所把握，3種狀態(tài)。在運行狀態(tài)下，DPM1處于輸入和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳輸，DPM1DPDP從站寫入輸出信息；在去除狀態(tài)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(tài)；在停頓狀態(tài)下，DPM1DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳輸。DPM1DPDPM1的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯誤，DPM1DP從站的輸出數(shù)據(jù)馬上DP從站將不再發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。在此之后，DPM1轉入去除狀態(tài)。DPM1DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸DPM1DPDPM1DPDPM1DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期，哪些被排斥在外。DMPIDP3個階段。在參數(shù)設定階段，每個從DPM1承受到的組態(tài)數(shù)據(jù)進展比較。只有當實際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時，DP從站才進入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設備類型、數(shù)據(jù)格式、長度以及輸入/輸出數(shù)量必需與實際組態(tài)全都。DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設備間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸除主-從功能外，PROFIBUS-DP允許主-主之間的數(shù)據(jù)通信，這些功能使組態(tài)和診斷設備通過總線對系統(tǒng)進展組態(tài)。同步和鎖定模式DPM1設備自動執(zhí)行的用戶數(shù)據(jù)循環(huán)傳輸外，DPDP從站、一組從站或全體DP從站的同級鎖DP從站的大事把握同步。態(tài)下。在這之后的用戶數(shù)據(jù)傳輸周期中，從站存儲接收到輸出的數(shù)據(jù)，但它的輸出狀態(tài)保持不變；當接收到下一同步命令時，所存儲的輸出數(shù)據(jù)才發(fā)送到外圍設備上。用戶可通過非同步命令退出同步模式。發(fā)送下一個鎖定命令時才可以更。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。保護機制對DP主站DPM1在規(guī)定的監(jiān)視間隔時間中，如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生過失，定時器就會超時，一旦發(fā)生超時，用戶就會得到這個信DPM1將脫離操作狀態(tài)，并將全部關聯(lián)從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，并進入去除狀態(tài)。PROFIBUS把握系統(tǒng)的幾種形式依據(jù)現(xiàn)場設備是否具備PROFIBUS3種形式。總線接口型現(xiàn)場設備不具備PROFIBUS接口，承受分散式I/O作為總線接口與現(xiàn)場設備連接。這種形式在應用現(xiàn)場總線技術初期簡潔推廣。假設現(xiàn)場設備能分組，組內設備相對集中，這種模式會更好地發(fā)揮現(xiàn)場總線技術的優(yōu)點。單一總線型現(xiàn)場設備都具備PROFIBUS接口，這是一種抱負狀況。可使用現(xiàn)場總線技術，實現(xiàn)這種方案設備本錢會較高?；旌闲同F(xiàn)場設備局部具備PROFIBUSPROFIBUS現(xiàn)場設備加分散式I/O混合使用的方法。無論是舊設備改造還是建工程，期望全部使用具備PROFIBUS接口現(xiàn)場設備的場合可能不多，分散式I/O可作為通用的現(xiàn)場總線接口，是一種靈敏的集成方案。6種構造類型：構造類型1 以PLC或把握器做1類主站，不設監(jiān)控站，但調試階段配置一臺編程設備。這種構造類型，PLC或把握器完成總線通信治理、從站數(shù)據(jù)讀寫、從站遠程參數(shù)化工作。構造類型2 以PLC或把握器做1類主站監(jiān)控站通過串口與PLC一對一的連接這種構造類型，監(jiān)控站不在PROFIBUS網上，不是2類主站，不能直接讀取從站數(shù)據(jù)和完成遠程參數(shù)化工作。監(jiān)控站所需的從站數(shù)據(jù)只能從PLC把握器中讀取。構造類型3 以PLC或其它把握器做1類主站，監(jiān)控站〔2類主站〕連接PROFIBUS總線上。這種構造類型，監(jiān)控站在PROFIBUS網上作為2類主站，可完成遠程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。4PCPROFIBUS11類主站一體化。這是一個低本錢方案，但PC機應選用具有高牢靠性、能長時間連續(xù)運行的工業(yè)級PC機。對于這種構造類型，PC機故障將導致整個系統(tǒng)癱瘓。另外，通信廠商通常只供給一個模板的驅動程序，總線把握、從站把握程序、監(jiān)控程序可能要由用戶開發(fā)，因此應用開發(fā)工作量可能會較大。構造類型5結實式PC機〔OMOPACTCOMPUTER〕＋PROFIBUS網卡十SOFTPLC的構造PC機〔COMOPACTCOMPUTE，系統(tǒng)牢靠性將大大增加，足以使用戶信服。1類主站一體化把握器工作站，要求它的軟件完成如