第三章PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

第三章PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)第一頁(yè)，共163頁(yè)。3.1PROFIBUS的協(xié)議類(lèi)型3.2PROFIBUS的通信模型3.3PROFIBUS的總線(xiàn)設(shè)備類(lèi)型和數(shù)據(jù)通信3.4PROFIBUS的總線(xiàn)存取協(xié)議3.5PROFIBUS的應(yīng)用(系統(tǒng)集成)3.6PROFIBUS-DP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)3.7PROFIBUS協(xié)議的發(fā)展第二頁(yè)，共163頁(yè)。PROFIBUS概述PROFlBUS(ProcessFieldbus的縮寫(xiě))是一種國(guó)際化的、開(kāi)放的、不依賴(lài)于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力等其他自動(dòng)化領(lǐng)域。第三頁(yè)，共163頁(yè)。PROFIBUS技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了如下過(guò)程:1987年由德國(guó)SIEMENS公司等13家企業(yè)和5家研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)發(fā)；1989年成為德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN19245；1996年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170V.2(PROFIBUS-FMS-DP);1998年P(guān)ROFIBUS-PA被納入EN50170V.2；1999年P(guān)ROFIBUS成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分(TYPEIII)；2001年成為中國(guó)的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10308-3-2001。第四頁(yè)，共163頁(yè)。PROFIBUS由以下三個(gè)兼容部分組成:1.PROFIBUS-DP:用于傳感器和執(zhí)行器級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，它以DIN19245的第一部分為基礎(chǔ)，根據(jù)其所需要達(dá)到的目標(biāo)對(duì)通信功能加以擴(kuò)充，DP的傳輸速率可達(dá)12Mbit/s，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)，主站、從站間采用循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸方式工作。第五頁(yè)，共163頁(yè)。2.

PA具有本質(zhì)安全特性，它實(shí)現(xiàn)了IEC1158-2規(guī)定的通信規(guī)程。PROFIBUS-PA是PROFIBUS的過(guò)程自動(dòng)化解決方案，PA將自動(dòng)化系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如壓力、溫度和液位變送器等連接起來(lái)，代替了4-20mA模擬信號(hào)傳輸技術(shù)。因此，PA尤其適用于石油、化工、冶金等行業(yè)的過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)。第六頁(yè)，共163頁(yè)。3.PROFIBUS-FMS:解決車(chē)間一級(jí)通用性通信任務(wù)，F(xiàn)MS提供大量的通信服務(wù)，用以完成以中等傳輸速率進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信任務(wù)。由于它是完成控制器和智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信以及控制器之間的信息交換，因此它考慮的主要是系統(tǒng)的功能而不是系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)用過(guò)程通常要求的是隨機(jī)的信息交換(如改變?cè)O(shè)定參數(shù)等)?？捎糜诖蠓秶蛷?fù)雜的通信系統(tǒng)。第七頁(yè)，共163頁(yè)。PROFIBUS協(xié)議的特點(diǎn)1)不支持長(zhǎng)信息段>235B2)不支持短信息組塊功能3)本規(guī)范不提供由網(wǎng)絡(luò)層支持運(yùn)行的功能4)除規(guī)定的最小組態(tài)外，根據(jù)應(yīng)用需求可以建立任意的服務(wù)子集。5)其他功能是可選的，如口令保護(hù)方法等。6)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫强偩€(xiàn)形，兩端帶終端器或不帶終端器。第八頁(yè)，共163頁(yè)。7)介質(zhì)、距離、站點(diǎn)數(shù)取決于信號(hào)特性。8)傳輸速率取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜涂偩€(xiàn)長(zhǎng)度，從9.6kbit/s到l2Mbit/s不等。9)可選第二種介質(zhì)(冗余)。10)在傳輸時(shí)，使用半雙工，異步，滑差(Slipe)保護(hù)同步。11)報(bào)文數(shù)據(jù)的完整性，用海明距離(HD)=412)地址定義范圍為:0~127(對(duì)廣播相群播而言，127是全局地址)。第九頁(yè)，共163頁(yè)。13)使用兩類(lèi)站:主站(主動(dòng)站，具有總線(xiàn)存取控制權(quán))和從站(被動(dòng)站，沒(méi)有總線(xiàn)存取控制權(quán))。14)總線(xiàn)存取基于混合、分散、集中3種方式。15)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)有兩類(lèi):

非循環(huán)的:有/無(wú)應(yīng)答要求的發(fā)送數(shù)據(jù);有應(yīng)答要求的發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)。循環(huán)的(輪詢(xún)):有應(yīng)答要求的發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)。第十頁(yè)，共163頁(yè)。3.1PROFIBUS的協(xié)議類(lèi)型

PROFIBUS通信模型參照了ISO/OSI參考模型的第1層（物理層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層），其中FMS還采用了第7層（應(yīng)用層）,另外增加了用戶(hù)層。PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS的第1層和第2層相同，PROFIBUS-FMS有第7層，PROFIBUS－DP無(wú)第7層。PROFIBUS－PA有第1層和第2層，但與DP/FMS有區(qū)別，無(wú)第7層。第十一頁(yè)，共163頁(yè)。PROFIBUS通信模型第十二頁(yè)，共163頁(yè)。3.2PROFIBUS的通信模型3.2.1物理層3.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層3.2.3應(yīng)用層第十三頁(yè)，共163頁(yè)。3.2.1物理層1.DP/FMS(RS-485)的物理層2.DP/FMS(光纖電纜)的物理層3.PA的物理層第十四頁(yè)，共163頁(yè)。3.2.1物理層1.DP/FMS(RS-485)的物理層屏蔽雙絞電纜符合EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)(也稱(chēng)H2)總線(xiàn)段的兩端各有一個(gè)終端器傳輸速率從9.6kbit/s到12Mbit/s可選第十五頁(yè)，共163頁(yè)。RS-485總線(xiàn)段的結(jié)構(gòu)

RS485總線(xiàn)段的結(jié)構(gòu)....BA

最多32個(gè)站

VP(6)390Ω220Ω390ΩDGND(5)

VP(6)390Ω220Ω390ΩDGND(5)RS485段第十六頁(yè)，共163頁(yè)。（1）傳輸程序半雙工、異步、無(wú)間隙同步NRZ（不歸零）編碼“1”——RXD/TXD-P（Receive/Transmit-Data-P）線(xiàn)上的正電位，而在RXD/TXD-N線(xiàn)上則正相反。各報(bào)文的空閑（idle）狀態(tài)對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制“1”信號(hào)A線(xiàn)對(duì)應(yīng)于RXD/TXD-N信號(hào)，而B(niǎo)線(xiàn)對(duì)應(yīng)于RXD/TXD-P信號(hào)。第十七頁(yè)，共163頁(yè)。（2）總線(xiàn)連接國(guó)際性的PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)EN50170推薦使用9針D型連接器用于總線(xiàn)站與總線(xiàn)的相互連接（9針頭）。D型連接器的插座與總線(xiàn)站相連接，而D型連接器的插頭與總線(xiàn)電纜相連接。第十八頁(yè)，共163頁(yè)。(3)總線(xiàn)終端器根據(jù)EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)線(xiàn)A和B兩端均加接總線(xiàn)終端器?？臻e狀態(tài)：確定的空閑電位?？梢杂商悠骰蜷_(kāi)關(guān)來(lái)啟動(dòng)。傳輸速率大于1.5Mbit/s時(shí)，由于所連接站的電容性負(fù)載而引起導(dǎo)線(xiàn)反射，因此必須使用附加有軸向電感的總線(xiàn)連接插頭。第十九頁(yè)，共163頁(yè)。第二十頁(yè)，共163頁(yè)。（4）傳輸技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€(xiàn)性總線(xiàn)，兩端有有源的總線(xiàn)終端電阻；傳輸速率：9.6kbit/s—12Mbit/s；介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）；站點(diǎn)數(shù)：每段32站（無(wú)中繼），127站（有中繼）；插頭連接：9針D型插頭第二十一頁(yè)，共163頁(yè)。（5）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第二十二頁(yè)，共163頁(yè)。2.DP/FMS(光纖電纜)的物理層PROFIBUS第1層的另一種類(lèi)型是通過(guò)光纖導(dǎo)體中光的傳輸來(lái)傳送數(shù)據(jù)。站之間的距離最大到15km。用玻璃或塑料纖維制成的光纖電纜可用作傳輸介質(zhì)。玻璃光纖能處理的連接距離達(dá)到15km，而塑料光纖只能達(dá)到80m。第二十三頁(yè)，共163頁(yè)。連接技術(shù)(1)OLM技術(shù)(OpticalLinkModule)第二十四頁(yè)，共163頁(yè)。(2)OLP技術(shù)(OpticalLinkPlug)第二十五頁(yè)，共163頁(yè)。（3）集成的光纖電纜連接使用集成在設(shè)備中的光纖接口將PROFIBUS節(jié)點(diǎn)與光纖電纜直接連接。（4）OBT（OpticalFiberBusTerminal，光纖總線(xiàn)終端）

一個(gè)不帶集成纖維光纜接頭的PROFIBUS站或一個(gè)RS-485段可以通過(guò)OBT連接到一個(gè)光纖電路。第二十六頁(yè)，共163頁(yè)。3.PA的物理層（1）數(shù)據(jù)傳輸非直流傳輸?shù)奈煌?、曼徹斯特編碼(也稱(chēng)H1編碼)。數(shù)據(jù)的發(fā)送采用對(duì)總線(xiàn)系統(tǒng)的基本電流IB調(diào)節(jié)±9mA的方法實(shí)現(xiàn)。第二十七頁(yè)，共163頁(yè)。PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诙隧?yè)，共163頁(yè)。（2）總線(xiàn)連接（PA總線(xiàn)段的結(jié)構(gòu)）第二十九頁(yè)，共163頁(yè)。（3）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹(shù)型結(jié)構(gòu)是典型的現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)分配器負(fù)責(zé)連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與主干總線(xiàn)，所有連接在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)上的設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分配器進(jìn)行并行切換。PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA圖3-11樹(shù)型結(jié)構(gòu)PROFIBUS-DP終端電阻終端電阻DP/PA耦合器（Exi）控制器供電設(shè)備（Exi）多路分配器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制室現(xiàn)場(chǎng)第三十頁(yè)，共163頁(yè)。總線(xiàn)型結(jié)構(gòu)：提供了與供電電路安裝類(lèi)似的沿現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電纜的連接點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電纜可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接成回路，其分支線(xiàn)也可連接一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。終端電阻圖3-12總線(xiàn)型結(jié)構(gòu)終端電阻PROFIBUS-DPPROFIBUS-PADP/PA耦合器（Exi）控制器供電設(shè)備（Exi）控制室現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備第三十一頁(yè)，共163頁(yè)。樹(shù)型與線(xiàn)型的組合結(jié)構(gòu)：基于IEC61158-2傳輸技術(shù)總線(xiàn)段與基于RS485傳輸技術(shù)總線(xiàn)段可以通過(guò)DP/PA耦合器或鏈接器相連，耦合器使RS485信號(hào)和IEC61158-2信號(hào)相適配。供電設(shè)備（Exi）圖3-13樹(shù)型與線(xiàn)型的組合結(jié)構(gòu)IIPROFIBUS-PA/IEC61158-2PROFIBUS-DP終端電阻終端電阻DP/PA耦合器（Exi）控制器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制室現(xiàn)場(chǎng)III多路分配器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備外接電源非本質(zhì)安全區(qū)本質(zhì)安全區(qū)第三十二頁(yè)，共163頁(yè)。（4）IECl158-2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:31.25kbit/s，電壓式;數(shù)據(jù)可靠性:前同步信號(hào)，采用起始和終止界定符避免誤差;電纜:雙絞線(xiàn)，屏蔽式或非屏蔽式;第三十三頁(yè)，共163頁(yè)。遠(yuǎn)程電源供電:可選附件，通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn);防爆型:能進(jìn)行本征及非本征安全操作;拓?fù)?總線(xiàn)形或樹(shù)形，或兩者相組合;站數(shù):每段最多32個(gè)，總數(shù)最多為126個(gè);中繼器:最多可擴(kuò)展至4臺(tái)。第三十四頁(yè)，共163頁(yè)。3.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層根據(jù)OSI參考模型，數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定總線(xiàn)存取控制、數(shù)據(jù)安全性以及傳輸協(xié)議和報(bào)文的處理。在PROFIBUS中，數(shù)據(jù)鏈路層(第2層)稱(chēng)為FDL層(現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層)。PROFIBUS的報(bào)文格式第三十五頁(yè)，共163頁(yè)。PROFIBUS的報(bào)文格式：1.有固定信息字段長(zhǎng)度的格式2.帶數(shù)據(jù)的有固定信息字段長(zhǎng)度的格式3.有可變信息字段長(zhǎng)度的格式4.短應(yīng)答5.令牌報(bào)文第三十六頁(yè)，共163頁(yè)。L:信息字段長(zhǎng)度。SC(單字符):單字符，僅用于應(yīng)答。SD1—SD4(起始界定符):起始字節(jié)，用于區(qū)別不同的報(bào)文格式。LE/LEr:長(zhǎng)度字節(jié)，指出可變長(zhǎng)報(bào)文中信息字段的長(zhǎng)度。DA(目的地址):目的地址字節(jié)，指出將接收此信息的站。第三十七頁(yè)，共163頁(yè)。FC(幀控制):控制字節(jié)，包含用于此信息的服務(wù)和此信息的優(yōu)先權(quán)的詳細(xì)說(shuō)明。DU:數(shù)據(jù)單元，包含報(bào)文的有用信息，必要時(shí)還包含擴(kuò)展地址的詳細(xì)說(shuō)明。FCS(幀校驗(yàn)順序):校驗(yàn)字節(jié)，包含報(bào)文校驗(yàn)和(不進(jìn)位地加所有報(bào)文字節(jié)的和)。ED(終止界定符):終止字節(jié)，指出此報(bào)文終止。第三十八頁(yè)，共163頁(yè)。第2層報(bào)文格式提供高級(jí)的傳輸安全性，距離HD=4。檢查以下類(lèi)型錯(cuò)誤：

字符格式出錯(cuò)(奇偶校驗(yàn)，溢出，幀出錯(cuò))

協(xié)議出錯(cuò)

起始和終止界定符出錯(cuò)幀校驗(yàn)字節(jié)出錯(cuò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸廣播和群播通信的多點(diǎn)傳輸?shù)谌彭?yè)，共163頁(yè)。第2層提供的數(shù)據(jù)服務(wù)如下:1)發(fā)送數(shù)據(jù)需應(yīng)答(SDA)2)發(fā)送數(shù)據(jù)無(wú)需應(yīng)答(SDN）3）發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)需回答(SRD)4）循環(huán)地發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)需回答(CSRD)。上一層通過(guò)第2層的SAP(服務(wù)存取點(diǎn))調(diào)用這些服務(wù)：SSAP(源服務(wù)存取點(diǎn))和DSAP(目的服務(wù)存取點(diǎn))。第四十頁(yè)，共163頁(yè)。3.2.3應(yīng)用層PROFIBUS的應(yīng)用層由FMS接口(現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)報(bào)文規(guī)范)和LLI接口(低層接口)組成。在不同的應(yīng)用中，具體需要的功能范圍必須與具體應(yīng)用相適應(yīng)，這些適應(yīng)性定義稱(chēng)為行規(guī)。行規(guī)提供了設(shè)備的可互換性，保證不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的設(shè)備具有相同的通信功能。第四十一頁(yè)，共163頁(yè)。l.PROFIBUS-FMS行規(guī)（1）控制器間的通信

(3.002):可編程控制器(PLC)之間通信的FMS服務(wù)。（2）樓宇自動(dòng)化行規(guī)

(3.001):對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)使用FMS進(jìn)行監(jiān)視、閉環(huán)和開(kāi)環(huán)控制、操作控制、報(bào)警處理及系統(tǒng)檔案管理作了描述。（3）低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備

(3.032):通過(guò)FMS在通信過(guò)程中低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的應(yīng)用行為。第四十二頁(yè)，共163頁(yè)。2.PROFIBUS-DP行規(guī)PROFIBUS-DP只使用了第1層和第2層。而用戶(hù)接口定義了PROFIBUS-DP設(shè)備可使用的應(yīng)用功能以及各種類(lèi)型的系統(tǒng)和設(shè)備的行為特性。（1）NC/RC行規(guī)

(3.052):機(jī)床和裝配機(jī)器人（2）編碼器行規(guī)

(3.062):回轉(zhuǎn)式、轉(zhuǎn)角式和線(xiàn)性編碼器與PROFlBUS-DP的連接。（3）變速傳動(dòng)行規(guī)

(3.071):傳動(dòng)技術(shù)設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)商共同制定了PROFIDRIVE行規(guī)。（4）操作員控制和過(guò)程監(jiān)視行規(guī)

(HMI):通過(guò)PROFIBUS-DP與更高一級(jí)自動(dòng)化部件的連接。第四十三頁(yè)，共163頁(yè)。3.PROFIBUS-PA行規(guī)PROFIBUS-PA行規(guī)保證了不同廠(chǎng)商所生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互換性和互操作性，PA行規(guī)的任務(wù)是選用各種類(lèi)型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備真正需要的通信功能，對(duì)所有通用的測(cè)量變送器和其他被選類(lèi)型的設(shè)備作了具體規(guī)定:（1）壓力、液位、溫度和流量用測(cè)量變送器（2）數(shù)字量輸人和輸出（3）模擬量輸人和輸出（4）閥門(mén)（5）定位器第四十四頁(yè)，共163頁(yè)。3.3PROFIBUS-DP的總線(xiàn)設(shè)備類(lèi)型和數(shù)據(jù)通信3.3.1概述3.3.2DP設(shè)備類(lèi)型3.3.3DP設(shè)備之間的通信3.3.4PROFIBUS-DP循環(huán)3.3.5采用交叉通信的數(shù)據(jù)交換3.3.6設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件第四十五頁(yè)，共163頁(yè)。3.3.1概述PROFIBUS-DP協(xié)議是為自動(dòng)化制造工廠(chǎng)中分散的I/0設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需要的高速數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的。典型的DP配置是單主站結(jié)構(gòu)DP主站與DP從站間的通信基于主-從原理，一個(gè)報(bào)文循環(huán)由DP主站發(fā)出的請(qǐng)求幀

(輪詢(xún)報(bào)文)和由DP從站返回的有關(guān)應(yīng)答或響應(yīng)幀組成。第四十六頁(yè)，共163頁(yè)。單主站結(jié)構(gòu)第四十七頁(yè)，共163頁(yè)。在DP主站上處理輪詢(xún)表的情況第四十八頁(yè)，共163頁(yè)。多主站結(jié)構(gòu)第四十九頁(yè)，共163頁(yè)。3.3.2DP設(shè)備類(lèi)型1.DP主站（1類(lèi)）循環(huán)地與DP從站交換用戶(hù)數(shù)據(jù)：PLC、PC或可以做1類(lèi)主站使用的控制器。通信任務(wù)：(l)Set_Prm和Chk_Cfg在啟動(dòng)、重啟動(dòng)和數(shù)據(jù)傳輸階段，DP主站發(fā)送參數(shù)集給DP從站。它發(fā)送所有參數(shù)，而不管它們是不是對(duì)整個(gè)總線(xiàn)普遍適用或是不是對(duì)某些特別重要。對(duì)個(gè)別DP從站而言，其輸人和輸出數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)在組態(tài)期間進(jìn)行定義。(2)Data一Exchange循環(huán)地與指定DP從站進(jìn)行輸人/輸出數(shù)據(jù)交換。第五十頁(yè)，共163頁(yè)。(3)Slave_Diag在啟動(dòng)期間或循環(huán)的用戶(hù)數(shù)據(jù)交換期間，讀取DP從站的診斷信息。(4)Global_ControlDP主站將它的運(yùn)行狀態(tài)告知給各DP從站；將控制命令發(fā)送給個(gè)別從站或規(guī)定的DP從站組，以實(shí)現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)和輸人數(shù)據(jù)的同步(Sync和Freeze命令)。第五十一頁(yè)，共163頁(yè)。2.DP從站：PLC、分散式I/O、驅(qū)動(dòng)器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。DP從站只與裝載此從站的參數(shù)并組態(tài)它的DP主站交換用戶(hù)數(shù)據(jù)。DP從站可以向此主站報(bào)告本地診斷中斷和過(guò)程中斷。3.DP主站(2類(lèi))2類(lèi)DP主站是操作元工作站、編程裝置，診斷和管理設(shè)備，完成各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、系統(tǒng)配置、故障診斷等。第五十二頁(yè)，共163頁(yè)。特殊功能:(l)RD_Inp和RD_Outp在與l類(lèi)DP主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的同時(shí)，讀取DP從站的輸人和輸出數(shù)據(jù)。(2)Get_Cfg讀取DP從站的當(dāng)前組態(tài)數(shù)據(jù)。(3)Set_Slave_AddDP主站(2類(lèi))分配一個(gè)新的總線(xiàn)地址給一個(gè)DP從站。此外，2類(lèi)DP主站還提供一些功能用于與l類(lèi)DP主站的通信。第五十三頁(yè)，共163頁(yè)。4.DP組合設(shè)備可以將l類(lèi)DP主站、2類(lèi)DP主站和DP從站組合在一個(gè)硬件模塊中形成一個(gè)DP組合設(shè)備。這樣的設(shè)備是很常見(jiàn)的，一些典型的設(shè)備組合如下:（1）l類(lèi)DP主站與2類(lèi)DP主站的組合（2）DP從站與l類(lèi)DP主站的組合第五十四頁(yè)，共163頁(yè)。3.3.3DP設(shè)備之間的通信l.DP通信關(guān)系和DP數(shù)據(jù)交換通信作業(yè)的發(fā)起者：請(qǐng)求方，通信伙伴：響應(yīng)方。l類(lèi)DP主站的請(qǐng)求報(bào)文以第2層中的“高優(yōu)先權(quán)”報(bào)文服務(wù)級(jí)別處理。由DP從站發(fā)出的響應(yīng)報(bào)文使用第2層中的“低優(yōu)先權(quán)”報(bào)文服務(wù)級(jí)別。DP從站可將當(dāng)前出現(xiàn)的診斷中斷或狀態(tài)事件通知給DP主站，通過(guò)將Data_Exchange的響應(yīng)報(bào)文服務(wù)級(jí)別從"低優(yōu)先權(quán)"改變?yōu)楦邇?yōu)先權(quán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。第五十五頁(yè)，共163頁(yè)。各類(lèi)DP設(shè)備間的通信關(guān)系第五十六頁(yè)，共163頁(yè)。2.初始化階段，重啟動(dòng)和用戶(hù)數(shù)據(jù)通信DP主站檢查DP從站是否在總線(xiàn)上DP主站通過(guò)請(qǐng)求從站的診斷數(shù)據(jù)來(lái)檢查DP從站的準(zhǔn)備情況DP主站定義DP從站的參數(shù)并組態(tài)此從站DP主站循環(huán)地與DP從站交換用戶(hù)數(shù)據(jù)第五十七頁(yè)，共163頁(yè)。DP從站初始化第五十八頁(yè)，共163頁(yè)。(1)參數(shù)數(shù)據(jù)(Set_Prm):參數(shù)集包括預(yù)定給DP從站的重要的本地和全局參數(shù)、特征和功能。StationStatus:與從站有關(guān)的功能和設(shè)定Watchdog:(定時(shí)監(jiān)視器，“看門(mén)狗”)檢查DP主站的故障Ident_Number:DP從站的標(biāo)識(shí)號(hào),由PNO在認(rèn)證時(shí)規(guī)定的DP從站的標(biāo)識(shí)號(hào)放在此設(shè)備的主要文件中。Group一Ident:將DP從站分組組合，以便使用Sync和Freeze控制命令。User_Prm_Data:DP從站參數(shù)數(shù)據(jù)(User_Prm_Data)為DP從站規(guī)定了有關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)。第五十九頁(yè)，共163頁(yè)。（2）組態(tài)數(shù)據(jù)(Chk_Cfg)在組態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)文中，DP主站發(fā)送標(biāo)識(shí)符格式給DP從站，這些標(biāo)識(shí)符格式告知DP從站要被交換的輸人/輸出區(qū)域的范圍和結(jié)構(gòu)。這些區(qū)域(也稱(chēng)"模塊")是按DP主站和DP從站約定的字節(jié)或字結(jié)構(gòu)(標(biāo)識(shí)符格式)形式定義的。標(biāo)識(shí)符格式允許指定輸人或輸出區(qū)域，或各模塊的輸人和輸出區(qū)域。第六十頁(yè)，共163頁(yè)。（3）診斷數(shù)據(jù)(Slave_Diag)在啟動(dòng)階段，DP主站使用請(qǐng)求診斷數(shù)據(jù)來(lái)檢查DP從站是否存在和是否準(zhǔn)備就緒接收參數(shù)信息。由DP從站提交的診斷數(shù)據(jù)包括符合EN50170標(biāo)準(zhǔn)的診斷部分。還包括此DP從站專(zhuān)用的診斷信息。DP從站發(fā)送診斷信息告知DP主站它的運(yùn)行狀態(tài)以及發(fā)生出錯(cuò)事件時(shí)出錯(cuò)的原因。第六十一頁(yè)，共163頁(yè)。（4）用戶(hù)數(shù)據(jù)(Data_Exchange)DP從站檢查從DP主站接收到的參數(shù)和組態(tài)信息，如果沒(méi)有錯(cuò)誤而且允許由DP主站請(qǐng)求的設(shè)定，則DP從站發(fā)送診斷數(shù)據(jù)報(bào)告它已為循環(huán)地交換用戶(hù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒：DP主站與DP從站交換所組態(tài)的用戶(hù)數(shù)據(jù)。DP從站只對(duì)由定義它的參數(shù)并組態(tài)它的l類(lèi)DP主站發(fā)來(lái)的Data_Exchange請(qǐng)求幀報(bào)文作出反應(yīng)。其他的用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文均被此DP從站拒絕。這就是說(shuō)，只傳輸有用的數(shù)據(jù)。第六十二頁(yè)，共163頁(yè)。第六十三頁(yè)，共163頁(yè)。第六十四頁(yè)，共163頁(yè)。3.3.4PROFIBUS-DP循環(huán)l.PROFIBUS-DP循環(huán)的結(jié)構(gòu)一個(gè)DP循環(huán)包括固定部分和可變部分。固定部分由循環(huán)報(bào)文構(gòu)成，它包括總線(xiàn)存取控制(令牌管理和站狀態(tài))和與DP從站的1/0數(shù)據(jù)通信(Data_Exchange)。DP循環(huán)的可變部分由被控事件的非循環(huán)報(bào)文構(gòu)成。第六十五頁(yè)，共163頁(yè)。單主總線(xiàn)系統(tǒng)中DP循環(huán)的結(jié)構(gòu)第六十六頁(yè)，共163頁(yè)。報(bào)文的非循環(huán)部分包括下列內(nèi)容:（1）DP從站初始化階段的數(shù)據(jù)通信;（2）DP從站診斷功能;（3）2類(lèi)DP主站通信;（4）DP主站和主站通信;（5）非正常情況下(Retry)，第2層控制的報(bào)式；（6）與DPVl對(duì)應(yīng)的非循環(huán)數(shù)據(jù)通信;（7）PG在線(xiàn)功能;（8）HMl功能。第六十七頁(yè)，共163頁(yè)。2.固定的PROFIBUS·DP循環(huán)的結(jié)構(gòu)對(duì)于自動(dòng)化領(lǐng)域的某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，固定的DP循環(huán)時(shí)間和固定的1/0數(shù)據(jù)交換是有好處的。與正常的DP循環(huán)相比較，在DP主站的一個(gè)固定的DP循環(huán)期內(nèi)，保留一定的時(shí)間用于非循環(huán)通信。允許一定數(shù)量的非循環(huán)報(bào)文事件。如果此保留的時(shí)間末用完，則通過(guò)多次給自己發(fā)報(bào)文的辦法直到達(dá)到所選定的固定總線(xiàn)循環(huán)時(shí)間為止，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)暫停時(shí)間。第六十八頁(yè)，共163頁(yè)。固定的PROFIBUS-DP循環(huán)的結(jié)構(gòu)第六十九頁(yè)，共163頁(yè)。3.3.5采用交叉通信的數(shù)據(jù)交換交叉通信，也稱(chēng)之為“直接通信”，是在SIMATlCS7應(yīng)用中使用PROFIBUS-DP的另一種數(shù)據(jù)通信方法。在交叉通信期間，DP從站不用1對(duì)1的報(bào)文(從--主)響應(yīng)DP主站，而用特殊的1對(duì)多的報(bào)文(從—主)。這就是說(shuō)，包含在響應(yīng)報(bào)文中的DP從站的輸人數(shù)據(jù)不僅對(duì)相關(guān)的主站可使用，而且也對(duì)總線(xiàn)上支持這種功能的所有DP節(jié)點(diǎn)都可使用。用交叉通信，通信關(guān)系"主-從"和"從-從"是可能的，但它們并不被所有類(lèi)型的SIMATICS7DP主站和從站設(shè)備的模塊所支持。第七十頁(yè)，共163頁(yè)。3.3.6設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件PROFIBUS設(shè)備具有不同的性能特征，特性的不同在于現(xiàn)有功能(即I/0信號(hào)的數(shù)量和診斷信息)的不同或可能的總線(xiàn)參數(shù)，如波特率和時(shí)間的監(jiān)控不同。為達(dá)到PROFIBUS簡(jiǎn)單的即插即用配置，這些特性均在電子數(shù)據(jù)單中具體說(shuō)明，有時(shí)稱(chēng)為設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件或GSD文件。(1)總體說(shuō)明(2)DP主設(shè)備相關(guān)規(guī)格(3)從設(shè)備的相關(guān)規(guī)格第七十一頁(yè)，共163頁(yè)。課堂提問(wèn)：1.數(shù)據(jù)鏈路層提供哪些數(shù)據(jù)服務(wù)？2.一類(lèi)主站包括哪些設(shè)備？3.DP從站初始化包括哪些內(nèi)容？4.二類(lèi)主站包括哪些設(shè)備？第七十二頁(yè)，共163頁(yè)。3.4PROFIBUS的總線(xiàn)存取控制機(jī)制3.4.1概述3.4.2PROFIBUS-DP技術(shù)簡(jiǎn)介3.4.3PROFIBUS-PA技術(shù)簡(jiǎn)介3.4.4PROFIBUS-FMS技術(shù)簡(jiǎn)介第七十三頁(yè)，共163頁(yè)。3.4.1概述3種PROFlBUS(DP、FMS、PA)均使用一致的總線(xiàn)存取協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路層(FieldbusDataLink，F(xiàn)DL)：保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)、傳輸協(xié)議和報(bào)文處理。介質(zhì)存取控制(MediumaccesscontroI，MAC)具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，MAC必須確保在任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。第七十四頁(yè)，共163頁(yè)。PROFIBUS協(xié)議的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足介質(zhì)控制的2個(gè)基本要求：1)在復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)(主站)間的通信，必須保證在確切限定的時(shí)間間隔中，任何一個(gè)站點(diǎn)要有足夠的時(shí)間來(lái)完成通信任務(wù)。2)在復(fù)雜的程序控制器和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備(從站)間通信，應(yīng)盡可能快速又簡(jiǎn)單地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。PROFIBUS總線(xiàn)存取協(xié)議，主站之間采用令牌總線(xiàn)機(jī)制，主站與從站之間采用主從機(jī)制。第七十五頁(yè)，共163頁(yè)。令牌傳遞程序保證每個(gè)主站在一個(gè)確切規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到總線(xiàn)存取權(quán)(令牌)。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進(jìn)行。主站得到總線(xiàn)存取令牌時(shí)可與從站通信。每個(gè)主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。3種系統(tǒng)配置：純主-從系統(tǒng)

純主-主系統(tǒng)

混合系統(tǒng)第七十六頁(yè)，共163頁(yè)。

PROFIBUS總線(xiàn)存取控制機(jī)制

第七十七頁(yè)，共163頁(yè)。3.4.2PROFIBUS-DP技術(shù)簡(jiǎn)介PROFIBUS-DP用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳輸。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期性地向從站發(fā)送輸出信息，總線(xiàn)循環(huán)時(shí)間必須要比主站(PLC)程序循環(huán)時(shí)間短，除周期性用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸外，PROFlBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。第七十八頁(yè)，共163頁(yè)。l.PROFIBUS-DP的基本功能(1)傳輸技術(shù)1)RS-485雙絞線(xiàn)或光纜2)波特率從9.6kbit/s-l2Mbit/s(2)總線(xiàn)存取1)各主站間為令牌傳輸，主站與從站間為主-從傳輸;2)支持單主或多主系統(tǒng);3)主-從設(shè)備，總線(xiàn)上最多站點(diǎn)數(shù)為126第七十九頁(yè)，共163頁(yè)。(3)功能1)DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸;2)各DP從站的動(dòng)態(tài)激活和撤消;3)DP從站組態(tài)的檢查;4)強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)診斷信息;5)輸人或輸出的同步;6)通過(guò)總線(xiàn)給DP從站賦予地址;7)通過(guò)總線(xiàn)對(duì)DP主站(DPM1)進(jìn)行配置;8)每個(gè)DP從站最大為246字節(jié)的輸人和輸出數(shù)據(jù)。第八十頁(yè)，共163頁(yè)。(4)設(shè)備類(lèi)型1)第二類(lèi)DP主站(DPM2):可編程、可組態(tài)、可診斷的設(shè)備;2)第一類(lèi)DP主站(DPMl):中央可編程控制器，如PLC、PC等;3)DP從站:帶二進(jìn)制或模擬輸人輸出的驅(qū)動(dòng)器、閥門(mén)等。第八十一頁(yè)，共163頁(yè)。(5)診斷功能分為3類(lèi):本站診斷操作:診斷信息表示本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過(guò)高，電壓過(guò)低。模塊診斷操作:診斷信息表示一個(gè)站點(diǎn)的某具體I/O模塊出現(xiàn)故障(如8位的輸出模塊)。通道診斷操作:診斷信息表示一個(gè)單獨(dú)的輸人輸出位的故障(如輸出通道7短路)。第八十二頁(yè)，共163頁(yè)。(6)系統(tǒng)配置PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)，這就為系統(tǒng)配置組態(tài)提供了高度的靈活性。系統(tǒng)配置的描述包括:站點(diǎn)數(shù)目、站點(diǎn)地址和輸人輸出數(shù)據(jù)的格式，診斷信息的格式以及所使用的總體參數(shù)。第八十三頁(yè)，共163頁(yè)。(7)運(yùn)行模式1)運(yùn)行:輸人和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳輸。DPM1由DP從站讀取輸人信息并向DP從站寫(xiě)人輸出信息。2)清除:DPM1讀取DP從站的輸人信息，并使輸出信息保持為故障-安全狀態(tài)。3)停止:只能進(jìn)行主-主數(shù)據(jù)傳輸，DPM1和DP從站之間沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸。第八十四頁(yè)，共163頁(yè)。(8)通信1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸)或廣播(控制指令)。2)循環(huán)主-從用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳輸。DPM1和DP從站之間的數(shù)據(jù)傳輸分為3個(gè)階段:參數(shù)設(shè)定、組態(tài)配置、數(shù)據(jù)交換。第八十五頁(yè)，共163頁(yè)。PROFIBUS-DP主-主之間的數(shù)據(jù)通信第八十六頁(yè)，共163頁(yè)。(9)同步1)控制指令允許輸人和輸出的同步。2)同步模式:輸出同步。3)鎖定模式:輸人同步。(10)可靠性和保護(hù)機(jī)制1)所有信息的傳輸在海明距離HD=4進(jìn)行。2)DP從站帶看門(mén)狗定時(shí)器。3)DP從站的輸人輸出存取保護(hù)。4)DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)視。第八十七頁(yè)，共163頁(yè)。2.PROFIBUS-DP擴(kuò)展功能DP擴(kuò)展功能允許非循環(huán)的讀寫(xiě)功能并中斷并行于循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)答。對(duì)從站參數(shù)和測(cè)量值的非循環(huán)存取可用于某些診斷或操作員控制站(二類(lèi)主機(jī)，DPM2)。DP擴(kuò)展功能可選，與DP基本功能兼容。DP擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)通常采用軟件更新的辦法。

第八十八頁(yè)，共163頁(yè)。3.4.3PROFIBUS-PA技術(shù)簡(jiǎn)介PROFIBUS-PA是PROFIBUS的過(guò)程自動(dòng)化解決方案。PA將自動(dòng)化系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如壓力、溫度和液位變送器的過(guò)程控制系統(tǒng)連接起來(lái)，PA可以取代4-20mA的模擬技術(shù)。PA在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的規(guī)劃、電纜敷設(shè)、調(diào)試、投人運(yùn)行和維護(hù)方面可節(jié)省成本40以上，并可提供多功能和安全性。第八十九頁(yè)，共163頁(yè)。1.常規(guī)的4-2OmA系統(tǒng)與基于PROFIBUS-PA的系統(tǒng)在布線(xiàn)方面的區(qū)別第九十頁(yè)，共163頁(yè)。2.過(guò)程工業(yè)一應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求:1)過(guò)程自動(dòng)化獨(dú)特的應(yīng)用行規(guī)以及來(lái)自不同廠(chǎng)商的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互換性;2)增加和去除總線(xiàn)站點(diǎn)，即使在本質(zhì)安全地區(qū)也不會(huì)影響到其他站點(diǎn);3)過(guò)程自動(dòng)化中的PPOFIBUS-PA總線(xiàn)段和制造自動(dòng)化中的PROFIBUS-DP總線(xiàn)段之間通過(guò)段耦合器實(shí)現(xiàn)通信透明化;4)同樣的兩條線(xiàn)，基于IEC61158-2技術(shù)可進(jìn)行遠(yuǎn)程供電和數(shù)據(jù)傳輸;5)在潛在的爆炸區(qū)使用防爆型"本質(zhì)安全"或"非本質(zhì)安全"。第九十一頁(yè)，共163頁(yè)。3.

PROFlBUS-PA總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸PROFIBUS-PA使用PROFIBUS-DP的基本功能傳輸測(cè)量值和狀態(tài)，使用PROFIBUS-DP擴(kuò)展功能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)置參數(shù)及操作。傳輸采用基于IEC6l158-2的兩線(xiàn)技術(shù)。PROFIBUS總線(xiàn)存取協(xié)議(第2層)和IEC6l158-9技術(shù)(第1層)之間的接口在DIN19245系列標(biāo)準(zhǔn)的第4部分中作了規(guī)定。在IEC6l158-2段傳輸時(shí)，報(bào)文被加上起始和結(jié)束界定符。第九十二頁(yè)，共163頁(yè)。PROFlBUS-PA總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诰攀?yè)，共163頁(yè)。3.4.4PROFIBUS-FMS技術(shù)簡(jiǎn)介PROFIBUS-FMS：解決車(chē)間一級(jí)的通信，在這一級(jí)可編程控制器(PLC和PC)主要是互相通信，高級(jí)功能比快速系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間更重要。l.PROFIBUS-FMS的應(yīng)用層現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)信息規(guī)范(FMS)描述通信對(duì)象和服務(wù)低層接口(LLI)用于將FMS適配到第2層第九十四頁(yè)，共163頁(yè)。2.通信對(duì)象和對(duì)象字典(OD)對(duì)象字典包括描述、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類(lèi)型以及通信對(duì)象的內(nèi)部設(shè)備地址和它們?cè)诳偩€(xiàn)上的標(biāo)志(索引或名稱(chēng))之間的關(guān)系。1)頭:包含對(duì)象字典結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息;2)靜態(tài)數(shù)據(jù)類(lèi)型表:所支持的靜態(tài)數(shù)據(jù)類(lèi)型列表;3)變量列表的動(dòng)態(tài)列表:所有已知變量表列表;4)動(dòng)態(tài)程序列表:所有已知程序列表。第九十五頁(yè)，共163頁(yè)。FMS能識(shí)別5種通信對(duì)象:1)簡(jiǎn)單變量;2)數(shù)組(一系列相同類(lèi)型的簡(jiǎn)單變量);3)記錄(一系列不同類(lèi)型的簡(jiǎn)單變量);4)域;5)事件。FMS可識(shí)別2種類(lèi)型的動(dòng)態(tài)通信對(duì)象:1)程序調(diào)用;2)變量列表(一系列簡(jiǎn)單變量，數(shù)組或記錄)。第九十六頁(yè)，共163頁(yè)。3.PROFIBUS-FMS服務(wù)FMS服務(wù)是ISO9506制造信息規(guī)范(ManufacturingMessageSpecification,MMS)服務(wù)的子集，已在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)應(yīng)用中被優(yōu)化，而且增加了通信對(duì)象管理和網(wǎng)絡(luò)管理功能。通過(guò)總線(xiàn)的FMS服務(wù)的執(zhí)行用服務(wù)序列描述，包括被稱(chēng)作服務(wù)原語(yǔ)的幾個(gè)互操作。服務(wù)原語(yǔ)描述請(qǐng)求者和應(yīng)答者之間的互操作。第九十七頁(yè)，共163頁(yè)。5.PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP的混合操作FMS和DP設(shè)備可以在同一條總線(xiàn)上的混合操作是PROFlBUS的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。兩種協(xié)議可以同時(shí)在一個(gè)設(shè)備上執(zhí)行，這些設(shè)備稱(chēng)作混合設(shè)備。能夠進(jìn)行混合操作是因?yàn)閮煞N協(xié)議均使用統(tǒng)一的傳輸技術(shù)和總線(xiàn)存取協(xié)議，不同的應(yīng)用功能由第2層的不同的服務(wù)存取點(diǎn)區(qū)分。第九十八頁(yè)，共163頁(yè)。3.5PROFIBUS的應(yīng)用(系統(tǒng)集成)

3.5.1PROFIBUS在工廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的位置3.5.2PROFIBUS控制系統(tǒng)的組成第九十九頁(yè)，共163頁(yè)。3.5.1PROFIBUS在工廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的位置第一百頁(yè)，共163頁(yè)。3.5.2PROFIBUS控制系統(tǒng)的組成1．一類(lèi)主站一類(lèi)主站指PLC、PC或可做一類(lèi)主站的控制器。一類(lèi)主站完成總線(xiàn)通信與管理。2．二類(lèi)主站二類(lèi)主站指操作員工作站（如PC機(jī)加圖形監(jiān)控軟件）、編程器、操作員接口等。完成各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、系統(tǒng)配置、故障診斷等。第一百零一頁(yè)，共163頁(yè)。3．從站（1）分散式I/O分散式I/O通常由電源、通信適配器及接線(xiàn)端子組成。分散式I/O不具有程序存儲(chǔ)和程序執(zhí)行的功能。通信適配器用于接收主站指令，按照主站指令驅(qū)動(dòng)I/O，并將I/O及故障診斷信息返回給主站。第一百零二頁(yè)，共163頁(yè)。（2）PLCPLC可做PROFIBUS上的一個(gè)從站，主站可通過(guò)通信間接控制從站PLC的I/O。（3）驅(qū)動(dòng)器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備帶有PROFIBUS接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可作為PROFIBUS從站，可由主站在線(xiàn)完成系統(tǒng)配置、參數(shù)修改、數(shù)據(jù)交換等功能?？蛇M(jìn)行通信的參數(shù)及參數(shù)格式由PROFIBUS決定。第一百零三頁(yè)，共163頁(yè)。3.6PROFIBUS-DP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)3.6.1ASICs介紹3.6.2PROFIBUS-DP開(kāi)發(fā)包4(kit4)3.6.3PROFIBUS-DP智能從站節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)第一百零四頁(yè)，共163頁(yè)。3.6.1ASICs介紹西門(mén)子為PLC之間簡(jiǎn)單高速的數(shù)字通信提供用戶(hù)ASICs。ASIC——AutomationSpecialIntegratedCircuit參照PROFIBUSDlN19245第1部分和第3部分設(shè)計(jì)的這些ASICs，支持并可以完全處理PLC站之間的數(shù)據(jù)通信。第一百零五頁(yè)，共163頁(yè)。ASICs與微處理器結(jié)合提供智能從站的解決方案：SPC(SiemensPROFIBUScontroller)：基于OSI參考模型的第1層，需要附加一個(gè)微處理器用于實(shí)現(xiàn)第2層和第7層的功能。

SPC2：集成了第2層的執(zhí)行總線(xiàn)協(xié)議的部分，附加微處理器執(zhí)行第2層的其余功能(即接口服務(wù)和管理)。

ASPC2：集成了第2層的大部分功能，但仍需要微處理器?？梢灾С?2Mbaud總線(xiàn)。主要用于復(fù)雜的主站設(shè)計(jì)。第一百零六頁(yè)，共163頁(yè)。SPC3：集成了全部PROFTBTTS一DP協(xié)議，有效地減輕了處理器的壓力，因此可用于12Mbaud總線(xiàn)。SPC4創(chuàng)支持DP，F(xiàn)MS和PA協(xié)議類(lèi)型，且可以工作于12Mbaud總線(xiàn)。LSPM2(LeanSiemensPROFIBUSMultiplexer)：在自動(dòng)化工程領(lǐng)域也有一些簡(jiǎn)單的設(shè)備，如:開(kāi)關(guān)、熱元件，不需要微處理器記錄它們的狀態(tài)。第一百零七頁(yè)，共163頁(yè)。第一百零八頁(yè)，共163頁(yè)。主要內(nèi)容1.從站通信控制器SPC32.相關(guān)接口3.主站通信控制芯片ASPC24.網(wǎng)絡(luò)接口卡第一百零九頁(yè)，共163頁(yè)。1.從站通信控制器SPC3SPC3只集成了傳輸技術(shù)的部分功能，而沒(méi)有集成模擬功能(RS-485驅(qū)動(dòng)器)、FDL(現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路FieldbusDataLink)傳輸協(xié)議。它支持接口功能、FMA功能和整個(gè)DP從站協(xié)議,用戶(hù)接口讓用戶(hù)很容易訪(fǎng)問(wèn)第2層。第2層的其余功能(軟件功能和管理)需要通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一百一十頁(yè)，共163頁(yè)。第一百一十一頁(yè)，共163頁(yè)。2.相關(guān)接口（1）ASIC接口方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器看門(mén)狗定時(shí)器等寄存器規(guī)定了ASIC硬件的功能和保溫處理過(guò)程。（2）PROFIBUS-DP接口（3）通信處理器總線(xiàn)接口（4）UART(通用異步接收器發(fā)送器)（5）PROFIBUS接口第一百一十二頁(yè)，共163頁(yè)。3.主站通信控制芯片ASPC2Siemens公司生產(chǎn)的主站通信控制器，該通信控制器可以完全處理PROFIBUSEN50170的第一層和第二層，同時(shí)ASPC2還為PROFIBUS-DP和使用段藕合器的PROFIBUS-PA提供一個(gè)主站。ASPC2通信控制器用作一個(gè)DP主站時(shí)需要龐大的軟件(約64KB)，PROFIBUSASIC可用于從站應(yīng)用，鏈接低級(jí)設(shè)備(如:控制器、執(zhí)行器、測(cè)量變送器和分散1/0設(shè)備)。第一百一十三頁(yè)，共163頁(yè)。4.網(wǎng)絡(luò)接口卡（1）CP5611網(wǎng)絡(luò)接□卡用于工控機(jī)連接到PROFIBUS和SlMATICS7的MPI。支持PROFIBUS的主站和從站、PG/OP、S7通信。OPCServer軟件包已包含在通信軟件供貨，但是需要SOFrNET支持。第一百一十四頁(yè)，共163頁(yè)。（2）CP5611與從站通信的過(guò)程當(dāng)CP5611作為網(wǎng)絡(luò)上的主站時(shí)，CP5611通過(guò)輪詢(xún)方式與從站進(jìn)行通信。通常按地址增序輪詢(xún)所有的從站，當(dāng)與最后一個(gè)從站通信完以后，接著再進(jìn)行下一個(gè)周期的通信。這樣就保證所有的數(shù)據(jù)(包括輸出數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù))都是最新的。主要報(bào)文有:令牌報(bào)文，固定長(zhǎng)度沒(méi)有數(shù)據(jù)單元的報(bào)文，固定長(zhǎng)度帶數(shù)據(jù)單元的報(bào)文，變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的報(bào)文。第一百一十五頁(yè)，共163頁(yè)。（3）CP5613網(wǎng)絡(luò)接□卡CP5613是Siemens公司推出的基于PCI總線(xiàn)的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)接口卡，其報(bào)價(jià)已包括軟件使用費(fèi)，目前，一般使用該網(wǎng)絡(luò)接口卡。用于工控機(jī)連接到PROFIBUS，一個(gè)PROFlBUS接口，僅支持DP主站、PG/OP、S7通信。OPCSerVer軟件包已包含在通信軟件供貨。第一百一十六頁(yè)，共163頁(yè)。3.6.2PROFIBUS-DP開(kāi)發(fā)包4(kit4)開(kāi)發(fā)包4(PACKAGE4)是專(zhuān)門(mén)對(duì)Siemem的從站ASIC芯片SPC3開(kāi)發(fā)而提供的，它包括SPC3與單片微控制器的接口電路圖以及主站和從站的所有源代碼，有了開(kāi)發(fā)包4將會(huì)加快用戶(hù)PROFIBUS-DP產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，Siemens公司所提供的接口模塊的優(yōu)點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)人員不需要再開(kāi)發(fā)附加的外圍電路，不同的接口模塊可用于各種需求及應(yīng)用場(chǎng)合。第一百一十七頁(yè)，共163頁(yè)。開(kāi)發(fā)包4(PACKAGE4)的組成開(kāi)發(fā)包4很容易將一個(gè)產(chǎn)品快速連接到PROFIBUS-DP上。1.硬件2.軟件3.文檔主站和從站都可以便用PACKAGE4并行開(kāi)發(fā)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12Mbit。第一百一十八頁(yè)，共163頁(yè)。1.硬件(1)IM180主站接口模塊IMl80可將第三方設(shè)備作為主站連接到PROFIBUS-DP上。該模塊可完全獨(dú)立完成總線(xiàn)控制。IMl80可將接替PLC、PC、驅(qū)動(dòng)器、人機(jī)接口的通信處理任務(wù)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率l2Mbit/s。專(zhuān)用集成電路ASPC2芯片可獨(dú)立處理總線(xiàn)協(xié)議，與主系統(tǒng)的通信通過(guò)雙口RAM完成。數(shù)據(jù)交換由應(yīng)用程序完成。第一百一十九頁(yè)，共163頁(yè)。第一百二十頁(yè)，共163頁(yè)。第一百二十一頁(yè)，共163頁(yè)。(2)1M183-1從站接口模塊lM183-1可將第三方設(shè)備作為從站簡(jiǎn)便的連接到PROFIBUS-DP上。最大數(shù)據(jù)傳輸速率l2Mbit/s。IM183-1用于智能從站。專(zhuān)用集成電路SPC3芯片可獨(dú)立處理總線(xiàn)協(xié)議，與主系統(tǒng)的通信通過(guò)數(shù)據(jù)和地址總線(xiàn)，由連接器連接。數(shù)據(jù)交換操作由應(yīng)用程序完成。第一百二十二頁(yè)，共163頁(yè)。第一百二十三頁(yè)，共163頁(yè)。第一百二十四頁(yè)，共163頁(yè)。(3)1M184從站接口模塊lM184可將第三方設(shè)備作為從站簡(jiǎn)便的連接到PROFlBUS-DP上。最大數(shù)據(jù)傳輸速率l2Mbit/s。IM184用于簡(jiǎn)單從站，如傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。專(zhuān)用集成電路LSPM2芯片可獨(dú)立處理總線(xiàn)協(xié)議，與主系統(tǒng)的通信通過(guò)連接器連接，因此，輸人輸出信號(hào)也必須由連接器的端子提供。第一百二十五頁(yè)，共163頁(yè)。第一百二十六頁(yè)，共163頁(yè)。2.軟件部件用于組態(tài)總線(xiàn)系統(tǒng)和IM180接口模板的COMPROFIBUS。用于IM183-1和IM180接口模板的固件，它包括主站與從站的源代碼。演示軟件，它特別適宜于開(kāi)發(fā)包的配置。3.文檔Siemens提供相當(dāng)詳細(xì)的資料。Spc3.pdf:從站芯片SPC3的器件手冊(cè);IM180_e.pdf:主站接口板IM180的用戶(hù)手冊(cè)。第一百二十七頁(yè)，共163頁(yè)。第一百二十八頁(yè)，共163頁(yè)。3.6.3PROFIBUS-DP智能從站節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)從站的設(shè)計(jì)分兩種：利用現(xiàn)成的從站接口模塊如lM183、1M184開(kāi)發(fā)，這時(shí)只要通過(guò)1M183/184上的接口開(kāi)發(fā)。利用芯片進(jìn)行深層次的開(kāi)發(fā)。對(duì)于簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)如遠(yuǎn)程I/O測(cè)控，用LSPM系列就能滿(mǎn)足要求；開(kāi)發(fā)一個(gè)比較復(fù)雜的智能系統(tǒng)選擇SPC3。第一百二十九頁(yè)，共163頁(yè)。1.PROFIBUS-DP從站智能控制節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖第一百三十頁(yè)，共163頁(yè)。2.簡(jiǎn)單的PROFIBUS-DP從站結(jié)構(gòu)圖第一百三十一頁(yè)，共163頁(yè)。3.智能PROFIBUS-DP從站結(jié)構(gòu)圖第一百三十二頁(yè)，共163頁(yè)。4.FBPRO-8DOA路數(shù)字量輸出智能節(jié)點(diǎn)的硬件框圖

第一百三十三頁(yè)，共163頁(yè)。3.7PROFIBUS協(xié)議的發(fā)展3.7.1PROFIBUS-DPV13.7.2PROFIBUS-DPV23.7.3PROFInet第一百三十四頁(yè)，共163頁(yè)。3.7.1PROFIBUS-DPV1PROFIBUS-DPV1主要是增加了非循環(huán)服務(wù),并擴(kuò)大了與2類(lèi)主站的通信。1.DPM1與DP從站之間的擴(kuò)展數(shù)據(jù)傳輸1類(lèi)DP主站（DPM1）與DP從站間的非循環(huán)數(shù)據(jù)通信功能是通過(guò)附加的服務(wù)存取點(diǎn)SAP51來(lái)執(zhí)行的。當(dāng)連接點(diǎn)成功地建立后，DPM1可通過(guò)MSCY-C1（循環(huán)連接）來(lái)執(zhí)行循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò)MSAC-C1連接進(jìn)行非循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸。第一百三十五頁(yè)，共163頁(yè)。(2)DPM2與從站之間的擴(kuò)展數(shù)據(jù)傳輸DP擴(kuò)展允許一個(gè)或多個(gè)診斷設(shè)備或操作控制設(shè)備(DPM2)對(duì)DP從站的任何數(shù)據(jù)塊進(jìn)行非循環(huán)讀寫(xiě)服務(wù)。這種通信是以連接為主進(jìn)行的，該連接稱(chēng)之為MSAC-C2。主站在間隔中可以自動(dòng)插入監(jiān)視報(bào)文（Idle-PDUs），MSAC-C2的連接就提供了由時(shí)間控制的自動(dòng)監(jiān)視。第一百三十六頁(yè)，共163頁(yè)。3.7.2PROFIBUS-DPV2DPV2解決了從站之間的通信與時(shí)間同步等重大問(wèn)題。PROFIBUS-DPV2可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)通信、非循環(huán)通信以及從站之間的通信。DPV2可以根據(jù)不同的應(yīng)用需要開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用的行規(guī)（Profile），如用于運(yùn)動(dòng)控制的PROFIDrive和用于連鎖保護(hù)的PROFISafe。第一百三十七頁(yè)，共163頁(yè)。3.7.3PROFInetPROFInet技術(shù)是PROFIBUS國(guó)際組織在1999年開(kāi)始發(fā)展的新一代通信系統(tǒng)，是分布式自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代概念。以互聯(lián)網(wǎng)和以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單且無(wú)需作任何改變地將PROFIBUS系統(tǒng)與現(xiàn)有的其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)集成，對(duì)于滿(mǎn)足從公司管理層到現(xiàn)場(chǎng)層的一致性要求是一個(gè)非常重要的方面。它的重大貢獻(xiàn)在于保護(hù)了用戶(hù)的投資，因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)的部件仍然可應(yīng)用到PROFInet系統(tǒng)中并不作任何改變。第一百三十八頁(yè)，共163頁(yè)。主要內(nèi)容1.PROFInet部件模型2.PROFInet運(yùn)行期3.PROFInet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.PROFInet與OPC的數(shù)據(jù)交換第一百三十九頁(yè)，共163頁(yè)。1.PROFInet部件模型（1）工藝模塊一個(gè)自動(dòng)化成套裝置或機(jī)器的功能是通過(guò)對(duì)機(jī)械、電子/電氣和控制邏輯/軟件規(guī)定的交互作用來(lái)體現(xiàn)的。根據(jù)這個(gè)基本原則，PROFInet定義了功能術(shù)語(yǔ)，如:"機(jī)械"、"電氣/電子"和"控制邏輯/軟件"，從而形成一種工藝模塊，通過(guò)軟件部件對(duì)這種工藝模塊即PROFInet部件進(jìn)行建模。第一百四十頁(yè)，共163頁(yè)。（2）PROFInet部件PROFInet部件代表系統(tǒng)范圍工程設(shè)計(jì)中的一種工藝模塊。它將其自動(dòng)化功能封裝在一個(gè)軟件部件內(nèi)，而且從工藝的角度看，它包含一個(gè)與其它部件交互作用所需要的變量。這些接口在PROFInet的連接編輯器中可以進(jìn)行圖形化互連。第一百四十一頁(yè)，共163頁(yè)。（3）使用XML的部件描述PROFInet部件是用XML語(yǔ)言描述的。由此創(chuàng)建的XML文件包含關(guān)于PROFInet部件的功能和對(duì)象方面的信息。作為一個(gè)庫(kù)元素的部件描述硬件描述軟件功能描述部件項(xiàng)目的存儲(chǔ)地點(diǎn)第一百四十二頁(yè)，共163頁(yè)。在PROFInet中確定DCOM(分布式的COM)作為PROFInel設(shè)備之間的公共應(yīng)用協(xié)議。存取工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)，例如:連接的裝載，診斷數(shù)據(jù)的讀取，設(shè)備參數(shù)化和組態(tài)，以及連接的建立和部分用戶(hù)數(shù)據(jù)的交換等，PROFInet都是通過(guò)DCOM完成的。TCP/IP和DCOM形成了公共的"語(yǔ)言"，這種語(yǔ)言是所有這些設(shè)備所使用的，并能在任何情況下都可用于啟動(dòng)設(shè)備之間的通信。優(yōu)化的通信通道用于運(yùn)行階段各種參與設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信。第一百四十三頁(yè)，共163頁(yè)。（4）實(shí)時(shí)通信為了能滿(mǎn)足自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)要求，在PROFInel中規(guī)定了優(yōu)化的實(shí)時(shí)通信通道——軟件實(shí)時(shí)通道(SRT通道)，它基于以太網(wǎng)的第2層。這種解決方案極大地減少了通信棧上占用的時(shí)間，從而提高了自動(dòng)化數(shù)據(jù)的刷新率方面的性能。幾個(gè)協(xié)議層的去除減少了報(bào)文長(zhǎng)度；在需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒發(fā)送以及應(yīng)用準(zhǔn)備就緒處理之前，只需要較少的時(shí)間。第一百四十四頁(yè)，共163頁(yè)。PROFInet不僅最小化了可編程控制器中的通信棧，而且也對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)部件，例如同時(shí)從若干設(shè)備上裝載數(shù)據(jù)期間，不可能排除相當(dāng)大的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，為了能在這些情況下達(dá)到一種最佳的結(jié)果，在PROFlnet中按照IEEE802.1q將這些信息包區(qū)分為優(yōu)先級(jí)。設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流由網(wǎng)絡(luò)部件根據(jù)此優(yōu)先級(jí)進(jìn)行控制。第一百四十五頁(yè)，共163頁(yè)。PROFInet規(guī)范以開(kāi)放性和一致性為主導(dǎo)，以微軟OLE/COM/DCOM為技術(shù)核心，最大限度地實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，并向下兼容傳統(tǒng)工控系統(tǒng)，使分散的智能設(shè)備組成的自動(dòng)化向著模塊化的方向跨進(jìn)了一大步。第一百四十六頁(yè)，共163頁(yè)。（5）部件對(duì)象模型(COM)

PROFInet使用微軟的COM是面向?qū)ο蠓矫娴倪M(jìn)一步開(kāi)發(fā)