第十章Profibus現(xiàn)場總線(簡)

第十章Profibus現(xiàn)場總線(簡)第一頁，共150頁。第10章PROFIBUS現(xiàn)場總線

本節(jié)主要內(nèi)容1PROFIBUS技術(shù)簡介2PROFIBUS物理層3PROFIBUS數(shù)據(jù)鏈路層4PROFIBUS應(yīng)用層5PROFIBUS集成技術(shù)6PROFIBUS–FMS技術(shù)7*PROFIBUS應(yīng)用第二頁，共150頁。1PROFIBUS技術(shù)簡介第三頁，共150頁。PROFIBUS概貌PROFIBUS是一種國際化、開放式（不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商）的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)。可實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。第四頁，共150頁。PROFIBUS組成PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。PROFIBUS-DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(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。PROFIBUS-PA：專為過程自動化設(shè)計，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。PROFIBUS-FMS：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡(luò)。第五頁，共150頁。第六頁，共150頁。第七頁，共150頁。(1)PROFIBUS-DP：定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)備行為。

(2)PROFIBUS-FMS：定義了第一、二、七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（FieldbusMessageSpecification-FMS）和低層接口（LowerLayerInterface-LLI）。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的與第二層訪問接口。

(3)PROFIBUS-PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。第八頁，共150頁。第九頁，共150頁。2PROFIBUS物理層第十頁，共150頁。

PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型：

·

用于DP和FMS的RS485傳輸。

·

用于PA的IEC1158-2傳輸。

·

光纖

由于DP與FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，因而，這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時操作。

RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)。這種技術(shù)通常稱之為H2。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線。第十一頁，共150頁。第十二頁，共150頁。RS-485傳輸設(shè)備安裝要點(1)全部設(shè)備均與總線連接。(2)每個分段上最多可接32個站（主站或從站）。(3)每段的頭和尾各有一個總線終端電阻，確保操作運(yùn)行不發(fā)生誤差。兩個總線終端電阻必須永遠(yuǎn)有電源。見下頁圖所示。(4)當(dāng)分段站超過32個時，必須使用中繼器用以連接各總線段。串聯(lián)的中繼器一般不超過3個。第十三頁，共150頁。

第十四頁，共150頁。第十五頁，共150頁。第十六頁，共150頁。(5)電纜最大長度取決于傳輸速率。如使用A型電纜，則傳輸速率與長度如下表：

波特率(Kbit/s)9.619.293.75187.5

5001500

12000

距離/段(M)

12001200

1200

1000

400200100(6)A型電纜參數(shù)：

阻抗：135-165Ω電容：<30pf/m回路電阻：110Ω

線徑：0.64mm導(dǎo)線面積：>0.34mm2(7)RS-485的傳輸技術(shù)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)最好使用9針D型插頭，插頭針腳定義和接線見下圖所示。(8)當(dāng)連接各站時，應(yīng)確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境（如汽車制造業(yè)）下運(yùn)行應(yīng)使用帶屛蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（EMC）。波特率(Kbit/s)9.619.293.75187.55001500

12000距離/段(M)120012001200

1000

400200100第十七頁，共150頁。第十八頁，共150頁。第十九頁，共150頁。(9)如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應(yīng)在兩端與保護(hù)接地連接，并通過盡可能的大面積屏蔽接線來復(fù)蓋，以保持良好的傳導(dǎo)性。另外建議數(shù)據(jù)線必須與高壓線隔離。(10)超過500Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率時應(yīng)避免使用短截線段，應(yīng)使用市場上現(xiàn)有的插頭。可使數(shù)據(jù)輸入和輸出電纜直接與插頭連接，而且總線插頭可在任何時候接通或斷開而并不中斷其它站的數(shù)據(jù)通信。第二十頁，共150頁。第二十一頁，共150頁。

(1)IEC1158-2的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本征安全性，并通過總線對現(xiàn)場設(shè)備供電。

(2)IEC1158-2是一種位同步協(xié)議，通常稱為H1。用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)第二十二頁，共150頁。用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)IEC1158-2技術(shù)的傳輸原理是：

·每段只有一個電源作為供電裝置。

·收發(fā)站不向總線供電。

·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)備其作用如同無源的電流吸收裝置。

·主總線兩端要有無源終端器。

·允許使用線性、樹型和星型網(wǎng)絡(luò)。

·為提高可靠性，設(shè)計時可采用冗余的總線段。

·為了調(diào)制的目的，假設(shè)每個總線站至少需用10mA基本電流才能使設(shè)備啟動。第二十三頁，共150頁。IEC1158-2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，采用起始和終止限定符避免誤差。

·電纜：雙絞線，屏蔽式或非屏蔽式。

·遠(yuǎn)程電源供電：可選附件，通過數(shù)據(jù)線。

·防爆型：能進(jìn)行本征及非本征安全操作。

·拓?fù)洌壕€型或樹型，或兩者相結(jié)合。

·站數(shù)：每段最多32個，總數(shù)最多為126個。

·中繼器：最多可擴(kuò)展至4臺。第二十四頁，共150頁。第二十五頁，共150頁。第二十六頁，共150頁。IEC1158傳輸設(shè)備安裝要點(1)分段藕合器將IEC1158-2傳輸技術(shù)總線段與RS-485傳輸技術(shù)總線段連接。藕合器使RS-485信號與IEC1158-2信號相適配。它們?yōu)楝F(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程電源供電，供電裝置可限制IEC1158-2總線的電流和電壓。(2)PROFIBUS-PA的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆袠湫秃途€型結(jié)構(gòu)，或是兩種拓?fù)涞幕旌?3)現(xiàn)場配電箱仍繼續(xù)用來連接現(xiàn)場設(shè)備并放置總線終端電阻器。采用樹型結(jié)構(gòu)時連在現(xiàn)場總線分段的全部現(xiàn)場設(shè)備都并聯(lián)地接在現(xiàn)場配電箱上。第二十七頁，共150頁。第二十八頁，共150頁。(4)建議使用下列參考電纜，也可使用更粗截面導(dǎo)體的其它電纜。

·電纜設(shè)計：雙絞線屏蔽電纜

·導(dǎo)線面積（額定值）：0.8mm2(AWG18)

·回路電阻（直流）：44Ω/Km

·阻抗（31.25千赫時）：100Ω±20%

·39千赫時衰減：3dB/Km

·電容不平衡度：2nF/Km(5)主總線電纜的兩端各有一個無源終端器，內(nèi)有串聯(lián)的RC元件，R=100Ω，C=1μF。當(dāng)總線站極性反向連接時，它對總線的功能不會有任何影響。(6)連接到一個段上的站數(shù)目最多是32個。如果使用本征安全型及總線供電，站的數(shù)量將進(jìn)一步受到限制。即使不需要本征安全性，遠(yuǎn)程供電裝置電源也要受到限制。第二十九頁，共150頁。標(biāo)準(zhǔn)供電裝置（操作值）型號應(yīng)用領(lǐng)域供電電壓供電最大電流

最大功率

典型站數(shù)備注IEExia/ibIIC13.5V110mA

1.8W8

假設(shè)每個設(shè)備耗電10mAIIEExibIIC13.5V110mA

1.8W8

III

EExibII13.5V250mA4.2W22

IV不具有本征安全

24V500mA12W32

第三十頁，共150頁。IEC1158-2傳輸設(shè)備的線路長度供電裝置I型

II型III型

IV型

V型

VI型供電電壓(V)

13.5

13.5

13.5242424S所需電流(mA)110110250110250500Q=0.8mm2的導(dǎo)線長度（m）

900

900400

19001300650Q=1.5mm2的導(dǎo)線長度（m）10001500500

1900

1900

1900第三十一頁，共150頁。第三十二頁，共150頁。第三十三頁，共150頁。第三十四頁，共150頁。第三十五頁，共150頁。光纖傳輸技術(shù)(1)PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用時，可使用光纖導(dǎo)體，以增加高速傳輸?shù)木嚯x。(2)可使用兩種光纖導(dǎo)體，一是價格低廉的塑料纖維導(dǎo)體，供距離小于50米情況下使用。另一種是玻璃纖維導(dǎo)體，供距離大于1公里情況下使用。(3)許多廠商提供專用總線插頭可將RS-485信號轉(zhuǎn)換成光纖導(dǎo)體信號或?qū)⒐饫w導(dǎo)體信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號。第三十六頁，共150頁。第三十七頁，共150頁。第三十八頁，共150頁。3PROFIBUS數(shù)據(jù)鏈路層PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)鏈路層概述

PROFIBUS-DP設(shè)備類型報文結(jié)構(gòu)DP-V0DP-V1DP-V2第三十九頁，共150頁。(1)三種PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的總線存取協(xié)議：

PROFIBUS-DP。該協(xié)議是通過OSI參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）來實現(xiàn)的。它包括了保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報文處理。

(2)在PROFIBUS-DP中，也分二個子層：上層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（FieldbusDataLink-FDL）。下層是介質(zhì)存取控制（MediumAccessControl-MAC）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈路層概述

第四十頁，共150頁。(3)PROFIBUS總線存取協(xié)議規(guī)定：主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。這是因為PROFIBUS協(xié)議的設(shè)計要滿足介質(zhì)存取控制的兩個基本要求：

·在復(fù)雜的自動化系統(tǒng)（主站）間的通信，必須保證在確切限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成通信任務(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)的實時傳輸。

(4)可能有以下三種系統(tǒng)配置：

·純主-從系統(tǒng)

·純主-主系統(tǒng)

·混合系統(tǒng)主站間的邏輯令牌環(huán)+主從站間的主從協(xié)議主站在一個限定時間內(nèi)(TokenHoldTime)對總線有控制權(quán)從站只是響應(yīng)一個主站的請求，它們對總線沒有控制權(quán)第四十一頁，共150頁。

第四十二頁，共150頁。(5)在總線系統(tǒng)初建時，主站MAC的任務(wù)是制定總線上的站點分配并建立邏輯環(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邏輯環(huán)(6)MAC的另一重要工作任務(wù)是保證數(shù)據(jù)的可靠性。PROFIBUS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式可保證數(shù)據(jù)的高度完整性。(7)MAC層按照非連接的模式操作，除提供點對點邏輯數(shù)據(jù)傳輸外，還提供多點通信，其中包括廣播及有選擇廣播功能。第四十三頁，共150頁。PROFIBUS總線訪問協(xié)議(FDL)的特點

主站或從站可以在任何時間點接入或斷開。FDL將自動地重新組織令牌環(huán)。令牌環(huán)調(diào)度確保每個主站有足夠的時間履行它的通信任務(wù)。因此，用戶必須計算全部目標(biāo)令牌環(huán)時間(TTR)。總線訪問協(xié)議有能力發(fā)現(xiàn)有故障的站、失效的令牌、重復(fù)的令牌、傳輸錯誤和其他所有可能的網(wǎng)絡(luò)失敗。所有信息(包括令牌信息)在傳輸過程中確保高度安全，以免傳輸錯誤。海明距離HD=4第四十四頁，共150頁。令牌調(diào)度原理

在多主網(wǎng)絡(luò)中，令牌調(diào)度必須確保每個主站有足夠的時間完成它的通信任務(wù)用戶將全部目標(biāo)令牌循環(huán)時間(TTR)配置進(jìn)入所有主站的通信任務(wù)帳戶。每一個主站根據(jù)下列公式計算它接收令牌后完成它的通信任務(wù)的時間(TTH)

TTH=TTR-TRR

TTH=持有令牌時間

TTR=目標(biāo)令牌循環(huán)時間（令牌必須交出時間）

TRR=實際令牌循環(huán)時間（令牌到達(dá)時間）第四十五頁，共150頁。FDL的三種版本依據(jù)各種應(yīng)用領(lǐng)域的特殊需求，PROFIBUS-DP的基本功能已經(jīng)被擴(kuò)展，所以現(xiàn)在有三種版本：

DP-V0DP-V1DP-V2第四十六頁，共150頁。服務(wù)層次第四十七頁，共150頁。三種版本的關(guān)鍵內(nèi)容DP-V0提供DP基本功能，包括循環(huán)的數(shù)據(jù)交換，以及站診斷、模塊診斷和特定通道的診斷。DP-V1包含依據(jù)過程自動化的需求而增加的功能，特別是用于參數(shù)賦值、操作、智能現(xiàn)場設(shè)備的可視化和報警處理等的非循環(huán)的數(shù)據(jù)通信。這樣就允許用工程工具在線訪問站。此外，DP-V1有三種附加的報警類型：狀態(tài)報警，刷新報警和制造商專用的報警。DP-V2包括主要根據(jù)驅(qū)動技術(shù)的需求而增加的其它功能。由于增加的功能，如同步從站模式（isochronousslavemode）和從站對從站通信

(DXB，DataeXchangeBroadcast)等，DP-V2也可以被實現(xiàn)為驅(qū)動總線,用于控制驅(qū)動軸的快速運(yùn)動時序。返回第四十八頁，共150頁。

PROFIBUS-DP允許構(gòu)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。每個PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備：

一類DP主站（DPM1）

二類DP主站（DPM2）

DP從站PROFIBUS-DP設(shè)備類型第四十九頁，共150頁。第五十頁，共150頁。第五十一頁，共150頁。第五十二頁，共150頁。在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個活動主站。單主站系統(tǒng)第五十三頁，共150頁。多主站系統(tǒng)多主站系統(tǒng)：總線上連有多個主站。這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨立的子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)包括一個DPM1、指定的若干從站及可能的DPM2設(shè)備。任何一個主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象，但只有一個DP主站被允許對DP從站寫入數(shù)據(jù)。返回第五十四頁，共150頁。報文結(jié)構(gòu)SYN第五十五頁，共150頁。報文結(jié)構(gòu)頭部地址協(xié)議第五十六頁，共150頁。ＳＹＮ同步位對于PROFIBUS,每個握手報文前必須保持33位的空閑狀態(tài)(二進(jìn)制“1”信號)。ＦＣ控制字節(jié)(幀控制)此字段定義報文類型。FDL層提供4種服務(wù)：SDA（發(fā)送需確認(rèn)的數(shù)據(jù)）、SRD（發(fā)送并請求回答的數(shù)據(jù)）、SDN（發(fā)送不要求確認(rèn)的數(shù)據(jù)）和CSRD（周期性的發(fā)送并請求回答的數(shù)據(jù)）。ＥＤ終止字節(jié)(結(jié)束符)此字段標(biāo)志著報文結(jié)束。對于可變長度格式的報文,報文的實際長度也必須傳輸。第五十七頁，共150頁。ＳＤ啟動字節(jié)(啟動符)規(guī)定了有關(guān)的報文類型。PROFIBUS區(qū)別對待到以下幾種報文:●不帶數(shù)據(jù)域的信息域長度固定格式SD1(代碼:10Ｈ)●信息域長度可變格式SD2(代碼:68Ｈ)●帶數(shù)據(jù)域的信息域長度固定格式SD3(代碼:Ａ2Ｈ)●令牌報文SD4(代碼:DCH)●短確認(rèn)SD5(代碼:E5H)第五十八頁，共150頁。服務(wù)存取點(SAP)

在PROFIBUS數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層之間的接口處，服務(wù)存取點被用來交互作用

請求站的服務(wù)存取點叫做源服務(wù)存取點（SSAP）響應(yīng)站的服務(wù)存取點叫做目的服務(wù)存取點(DSAP)服務(wù)存取點對FMS和DP/PA有著不同的功能：對FMS:它們被用于區(qū)分站之間的邏輯連接對DP/PA:它們被用于選擇不同的功能第五十九頁，共150頁。第六十頁，共150頁。第六十一頁，共150頁。第六十二頁，共150頁。第六十三頁，共150頁。第六十四頁，共150頁。PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP用于現(xiàn)場層的高速數(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。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理。第六十五頁，共150頁。DP-V0DP-V0的概述傳輸速度系統(tǒng)行為DPM1和DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸DPM1和DP從站間的擴(kuò)展數(shù)據(jù)通信DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸同步和鎖定模式保護(hù)機(jī)制第六十六頁，共150頁。DP-V0的概述總線存取主站之間的令牌傳送程序主站與從站之間的數(shù)據(jù)傳送單主站或多主站系統(tǒng)，可選在一條總線上，最多可接126個主站和從站設(shè)備通信點對點(用戶數(shù)據(jù)通信)群播(控制命令)循環(huán)的主站-從站用戶數(shù)據(jù)通信運(yùn)行狀態(tài).運(yùn)行：循環(huán)地傳輸輸入和輸出數(shù)據(jù).清除：讀輸入，輸出保持在故障安全狀態(tài).停止：診斷和參數(shù)分配，無用戶數(shù)據(jù)傳輸同步控制命令能使輸入和輸出同步.Syncmode：同步輸出Lockmode:同步輸入.Freezemode：非同步輸入、輸出第六十七頁，共150頁。功能DP主站與多個從站之間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳輸.動態(tài)的激活/解除激活各個從站；檢查從站組態(tài).強(qiáng)有力的診斷功能，3級診斷報文.輸入和/或輸出的同步.通過總線對從站分配地址，可選的.每個從站的輸入/輸出數(shù)據(jù)最多244字節(jié)保護(hù)功能報文傳輸?shù)暮Ｃ骶嚯x：HD=4.DP從站的監(jiān)視器控制檢測指定的主站故障.對從站的輸入和輸出的存取保護(hù).用主站中可調(diào)節(jié)的監(jiān)視定時器來監(jiān)視用戶數(shù)據(jù)通信設(shè)備類型1類DP主站(DPM1)，中央可編程序的控制器，如PLC，PC2類DP主站(DPM2)，如工程或診斷工具DP從站，如二進(jìn)制的或模擬的輸入/輸出設(shè)備，驅(qū)動器，閥門等第六十八頁，共150頁。傳輸速度一個循環(huán)中總線占用時間必須要比主站(PLC)程序循環(huán)時間短，對于許多應(yīng)用而言程序循環(huán)時間大約為10ms。在傳輸速度為12Mbit/s的情況下，通過分散的32個站傳輸512比特的輸入數(shù)據(jù)和512比特的輸出數(shù)據(jù)，DP只需要大約1ms的時間。下圖指出典型的DP傳輸時間與站數(shù)和傳輸速度之間的關(guān)系。發(fā)送輸入和輸出用戶數(shù)據(jù)在單個報文循環(huán)中就可完成。第六十九頁，共150頁。第七十頁，共150頁。μ第七十一頁，共150頁。第七十二頁，共150頁。第七十三頁，共150頁。第七十四頁，共150頁。第七十五頁，共150頁。

系統(tǒng)行為主要取決于DPM1的操作狀態(tài)，這些狀態(tài)由本地或總線上的配置設(shè)備所控制。主要有以下三種狀態(tài)：

·停止：在這種狀態(tài)下，DPM1和DP從站之間沒有運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸，但可以進(jìn)行初始化和組態(tài)。

·清除：在這種狀態(tài)下，DPM1讀取DP從站的輸入信息并使從站的輸出信息保持在故障安全狀態(tài)（“0”輸出）

·運(yùn)行：在這種狀態(tài)下，DPM1處于數(shù)據(jù)傳輸階段。循環(huán)數(shù)據(jù)通信時，DPM1從DP從站讀取輸入信息并向從站寫入輸出信息。

(1)在一個可組態(tài)的時間間隔內(nèi)，DPM1使用群播命令向從屬于它的所有從站循環(huán)地發(fā)送它的狀態(tài)。

(2)如果在DPM1的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯誤，DPM1立即將所從屬的所有從站的輸出轉(zhuǎn)入故障安全狀態(tài)，然后DPM1轉(zhuǎn)變?yōu)榍宄隣顟B(tài)。PROFIBUS-DP系統(tǒng)行為第七十六頁，共150頁。

DPM1和相關(guān)DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由DPM1按照確定的循環(huán)順序自動進(jìn)行。在對總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時，用戶對DP從站與DPM1的關(guān)系作出規(guī)定，確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期，哪些被排斥在外。

DPM1和DP從站間的數(shù)據(jù)傳送分三個階段：參數(shù)設(shè)定、組態(tài)、數(shù)據(jù)交換。在參數(shù)化和組態(tài)階段，需檢查所組態(tài)的設(shè)備配置(主站上的)與實際設(shè)備的配置(從站上的)是否匹配。兩者的設(shè)備類型、數(shù)據(jù)格式和長度以及輸入輸出數(shù)量必須相符合。DPM1和DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谄呤唔摚?50頁。

(1)DPM1與DP從站間非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。

(2)帶DDLM(DirectDataLinkMapper

)讀和DDLM寫的非循環(huán)讀/寫功能，可讀寫從站任何數(shù)據(jù)。

(3)報警響應(yīng)，DP基本功能允許DP從站用診斷信息向主站自發(fā)地傳輸事件，而新增的DDLM-ALAM-ACK功能被用來直接響應(yīng)從DP從站上接收的報警數(shù)據(jù)。(4)DPM2與從站間的非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。

DPM1與DP從站間的擴(kuò)展數(shù)據(jù)通信第七十八頁，共150頁。DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設(shè)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(shè)備通過總線對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。第七十九頁，共150頁。同步和鎖定模式除DPM1設(shè)備自動執(zhí)行的用戶數(shù)據(jù)循環(huán)傳輸外，DP主站設(shè)備也可向單獨的DP從站、一組從站或全體從站同時發(fā)送控制命令。這些命令通過有選擇的廣播命令發(fā)送的。使用這一功能將打開DP從站的同步及鎖定模式，用于DP從站的事件控制同步。主站發(fā)送同步命令后，所選的從站進(jìn)入同步模式。在這種模式中，從站存儲接收到的輸出數(shù)據(jù)，但它的輸出狀態(tài)保持不變；當(dāng)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(shè)備上。用戶可通過非同步命令退出同步模式。鎖定控制命令使得所選的從站進(jìn)入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前值下，直到主站發(fā)送下一個鎖定命令時才可以更新。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。第八十頁，共150頁。保護(hù)機(jī)制DP主站DPM1對每個從站都采用獨立的數(shù)據(jù)控制定時器監(jiān)視從站的數(shù)據(jù)傳輸。在規(guī)定的監(jiān)視間隔時間中，如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯，定時器就會超時。一旦發(fā)生超時，如果錯誤自動反應(yīng)功能“使能”，DPM1將脫離運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入清除狀態(tài)。在DP從站也使用看門狗控制器檢測主站和傳輸線路故障。如果在一定的時間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)沒有主機(jī)的數(shù)據(jù)通信，從站自動將輸出切換到故障安全狀態(tài)。第八十一頁，共150頁。版本DP-V1版本DP-V1的主要特性是用于非循環(huán)通信的擴(kuò)展功能。在運(yùn)行期間為了對總線上的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行參數(shù)化、校驗以及報警報文的傳輸，這些擴(kuò)展功能是必須的。執(zhí)行非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸類似于循環(huán)的數(shù)據(jù)通信，但使用較低的優(yōu)先權(quán)。下圖展示了一些通信順序的示例。一類主站持有令牌并能夠按固定的順序向從站1、然后從站2等發(fā)送報文或從這些從站那里接收報文，直到它完成了與當(dāng)前從站表中最后一個從站的通信（MS0通道）為止。然后，它把令牌傳送給二類主站。這時，二類主站可以使用循環(huán)內(nèi)的剩余可用時間(“gap”)與任一從站建立非循環(huán)的連接(如圖中的從站3)來交換記錄(MS2

通道)。在當(dāng)前循環(huán)時間結(jié)束時，它必須將令牌返回給一類主站。一個記錄的非循環(huán)交換可以持續(xù)若干個掃描（scan）周期或它們的“間隙”（gaps），在記錄交換結(jié)束時二類主站仍用間隙（gap）時間來清除連接。類似于二類主站，一類主站也可以執(zhí)行與從站的非循環(huán)數(shù)據(jù)交換(MS1

通道)。第八十二頁，共150頁。循環(huán)與非循環(huán)通信第八十三頁，共150頁。版本DP-V2從站對從站的通信（DXB）此功能使從站與從站之間能使用廣播通信方式而不需繞道通過主站來進(jìn)行直接而省時的通信。在此情況下，一個從站扮演為“生產(chǎn)者”（publisher），它可以發(fā)送數(shù)據(jù)給稱為“消費(fèi)者”（subscribers）的其它從站。這樣就開拓了全新的應(yīng)用領(lǐng)域，同時還可以減少總線上的響應(yīng)時間90%。第八十四頁，共150頁。第八十五頁，共150頁。4PROFIBUS應(yīng)用層PROFIBUS應(yīng)用層是通過一系列的行規(guī)來定義的第八十六頁，共150頁。4PROFIBUS應(yīng)用層第八十七頁，共150頁。

PROFIBUS-DP行規(guī)規(guī)定了設(shè)備應(yīng)具有的特征及用戶數(shù)據(jù)的含義。行規(guī)還規(guī)定了PROFIBUS-DP如何用于具體的應(yīng)用領(lǐng)域。使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設(shè)備互換使用。下面是PROFIBUS-DP行規(guī)，括弧中數(shù)字是文件編號：

·NC/RC行規(guī)（3.052）數(shù)控/機(jī)器人控制

·編碼器行規(guī)（3.062）

·變速傳動行規(guī)（3.071）

·操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)（HMI）PROFIBUS-DP行規(guī)第八十八頁，共150頁。PA行規(guī)已對所有通用的測量變送器和其它選擇的一些設(shè)備類型作了具體規(guī)定，這些設(shè)備如：

·測壓力、液位、溫度和流量的變送器

·數(shù)字量輸入和輸出

·模擬量輸入和輸出

·閥門

·定位器

PROFIBUS-PA行規(guī)第八十九頁，共150頁。PROFIBUS應(yīng)用層第九十頁，共150頁。公用行規(guī)第九十一頁，共150頁。特定行規(guī)第九十二頁，共150頁。第九十三頁，共150頁。應(yīng)用解決方案第九十四頁，共150頁。為了將不同廠家生產(chǎn)的PROFIBUS產(chǎn)品集成在一起，生產(chǎn)廠家必須以GSD文件（電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件）方式提供這些產(chǎn)品的功能參數(shù)（如I/O點數(shù)、診斷信息、波特率、時間監(jiān)視等）。標(biāo)準(zhǔn)的GSD數(shù)據(jù)將通信擴(kuò)大到操作員控制級。使用根據(jù)GSD文件所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中。

GSD文件可分為三個部分：

(1)總規(guī)范：包括了生產(chǎn)廠商和設(shè)備名稱、硬件和軟件版本、波特率、監(jiān)視時間間隔、總線插頭指定信號。

(2)與主站有關(guān)的規(guī)范：包括適用于主站的各項參數(shù)，如允許從站個數(shù)、上裝/下裝能力。

(3)與從站有關(guān)的規(guī)范：包括了與從站有關(guān)的一切規(guī)范，如輸入/輸出通道數(shù)、類型、診斷數(shù)據(jù)等。5PROFIBUS集成技術(shù)第九十五頁，共150頁。第九十六頁，共150頁。第九十七頁，共150頁。第九十八頁，共150頁。第九十九頁，共150頁。第一百頁，共150頁。EDD概念如何最優(yōu)地處理現(xiàn)場設(shè)備中的可設(shè)置參數(shù)及其呈現(xiàn)給用戶的方式，某些廠商支持設(shè)備描述語言（DDL），并且現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為電子設(shè)備描述語言（EDDL）；設(shè)備描述（DD）文件，包括了每種設(shè)備的基本數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括：參數(shù)的關(guān)聯(lián)性以及該如何進(jìn)行分組、該如何進(jìn)行顯示。EDDL已經(jīng)增強(qiáng)了它的圖形功能，“用戶能夠畫出圖表和曲線圖。通過使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲方式，可以將相關(guān)信息存入系統(tǒng)硬盤，并且在將來需要時能夠取回數(shù)據(jù)?！钡谝话倭阋豁?，共150頁。FDT/DTM概念FDT(FieldDeviceTool),表示“現(xiàn)場設(shè)備工具”。基本思想是為不同的設(shè)備和通信協(xié)議提供一個標(biāo)準(zhǔn)的接口,從而為設(shè)備生產(chǎn)商保留了獨立發(fā)展的空間。DTM(設(shè)備類型管理器)封裝了一個設(shè)備的數(shù)據(jù)和功能。DTM可以作為插件用于主機(jī)系統(tǒng)的工程和資產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件之中，就象是打印機(jī)驅(qū)動程序一樣。設(shè)備制造商提供的DTM插件包含了用于設(shè)備管理和維護(hù)的圖形用戶界面，可用于控制用戶如何瀏覽界面以及界面顯示哪些信息。FDT/DTM技術(shù)使應(yīng)用非常方便：安裝一個所謂框架應(yīng)用程序FDT，制造商提供的DTM在該框架程序中運(yùn)行。FDT的接口也能被用于其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)。因此也可能使用一個FDT接口來集成HART現(xiàn)場設(shè)備。第一百零二頁，共150頁。6PROFIBUS–FMS技術(shù)第一百零三頁，共150頁。PROFIBUS—FMS的設(shè)計旨在解決車間監(jiān)控級通信。在這一層，可編程序控制器（如PLC、PC機(jī)等）之間需要比現(xiàn)場層更大量的數(shù)據(jù)傳送，但通信的實時性要求低于現(xiàn)場層?，F(xiàn)場總線信息規(guī)范第一百零四頁，共150頁。PROFIBUS—FMS的特點FMS層通信模型通信對象與通信對象字典（OD）PROFIBUS-FMS服務(wù)第一百零五頁，共150頁。特點第一百零六頁，共150頁。PROFIBUS-FMS應(yīng)用層應(yīng)用層提供了供用戶使用的通信服務(wù)：包括訪問變量、程序傳遞、事件控制等。PROFIBUS—FMS應(yīng)用層包括下列兩部分：

·現(xiàn)場總線信息規(guī)范（FieldbusMessageSpecification-FMS）：描述了通信對象和應(yīng)用服務(wù)。

·低層接口(LowerLayerInterface-LLI)：FMS服務(wù)到數(shù)據(jù)鏈路層的接口。其主要任務(wù)包括數(shù)據(jù)流控制和聯(lián)接監(jiān)視。（PROFIBUS—FMS的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層與PROFIBUS—DP相同）第一百零七頁，共150頁。FMS設(shè)備的全部通信關(guān)系都列入通信關(guān)系表CRL(CommunicationRelationshipList)。每個通信關(guān)系通過通信索引（CREF）來查找，CRL中包含了CREF和數(shù)據(jù)鏈路層及LLI地址間的關(guān)系。

LLI層利用通信關(guān)系將分散的應(yīng)用過程聯(lián)系起來，成為一個完整的網(wǎng)絡(luò)。在FMS層，應(yīng)用過程中參與通信的現(xiàn)場設(shè)備被定義為通信對象。FMS層通信模型通信對象通信對象通信對象通信對象通信關(guān)系第一百零八頁，共150頁。第一百零九頁，共150頁。第一百一十頁，共150頁。通信對象與通信對象字典（OD）(1)FMS面向?qū)ο笸ㄐ?，它確認(rèn)5種靜態(tài)通信對象：簡單變量、數(shù)組、記錄、域和事件，還確認(rèn)2種動態(tài)通信對象：程序調(diào)用和變量表。(2)每個FMS設(shè)備的所有通信對象都填入對象字典（OD）。靜態(tài)通信對象進(jìn)入靜態(tài)對象字典，動態(tài)通信對象進(jìn)入動態(tài)通信字典。每個對象均有一個唯一的索引，為避免非授權(quán)存取，每個通信對象可選用存取保護(hù)。第一百一十一頁，共150頁。面向?qū)ο蟮谝话僖皇?，?50頁。第一百一十三頁，共150頁。十第一百一十四頁，共150頁。第一百一十五頁，共150頁。第一百一十六頁，共150頁。第一百一十七頁，共150頁。PROFIBUS-FMS服務(wù)

FMS服務(wù)項目是ISO9506制造信息規(guī)范MMS（ManufacturingMessageSpecification）服務(wù)項目的子集。這些服務(wù)項目在現(xiàn)場總線應(yīng)用中已被優(yōu)化，而且還加上了通信對象的管理和網(wǎng)絡(luò)管理。

PROFIBUS-FMS提供大量的管理和服務(wù)，滿足了不同設(shè)備對通信提出的廣泛需求，服務(wù)項目的選用取決于特定的應(yīng)用，具體的應(yīng)用領(lǐng)域在FMS行規(guī)中規(guī)定。第一百一十八頁，共150頁。第一百一十九頁，共150頁。第一百二十頁，共150頁。PROFIBUS-FMS行規(guī)FMS提供了范圍廣泛的功能來保證它的普遍應(yīng)用。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，行規(guī)提供了設(shè)備的可互換性，保證不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備具有相同的通信功能。FMS對行規(guī)做了如下規(guī)定（括號中的數(shù)字是文件編號）：

·控制間的通信（3.002）

·摟宇自動化（3.011）

·低壓開關(guān)設(shè)備（3.032）第一百二十一頁，共150頁。7PROFIBUS應(yīng)用第一百二十二頁，共150頁。第一百二十三頁，共150頁。第一百二十四頁，共150頁。第一百二十五頁，共150頁。第一百二十六頁，共150頁。第一百二十七頁，共150頁。第一百二十八頁，共150頁。第一百二十九頁，共150頁。第一百三十頁，共150頁。第一百三十一頁，共150頁。第一百三十二頁，共150頁。第一百三十三頁，共150頁。第一百三十四頁，共150頁。PROFIBUS的幾種應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型

(1)結(jié)構(gòu)類型1:以PLC或控制器做一類主站，不設(shè)監(jiān)控站，但調(diào)試階段配置一臺編程設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)類型，PLC或控制器完成總線通信管理、從站數(shù)據(jù)讀寫、從站遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。如圖所示。

第一百三十五頁，共150頁。(2)結(jié)構(gòu)類型2:以PLC或控制器做一類主站，監(jiān)控站通過串口與PLC一對一的連接。這種結(jié)構(gòu)類型，監(jiān)控站不在PROFIBUS網(wǎng)上，不是二類主站，不能直接讀取從站數(shù)據(jù)和完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。監(jiān)控站所需的從站數(shù)據(jù)只能從PLC或控制器中讀取。如圖所示。

第一百三十六頁，共150頁。(3)結(jié)構(gòu)類型3:以PLC或其它控制器做一類主站，監(jiān)控站（二類主站）連接PROFIBUS總線上。這種結(jié)構(gòu)類型，監(jiān)控站在PROFIBUS網(wǎng)上作為二類主站，可完成遠(yuǎn)程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。如圖所示。

第一百三十七頁，共150頁。(4)結(jié)構(gòu)類型4:使用PC機(jī)加PROFIBUS網(wǎng)卡做一類主站，監(jiān)控站與一類主站一體化。這是一個低成本方案，但PC機(jī)應(yīng)選用具有高可靠性、能長時間連續(xù)運(yùn)行的工業(yè)級PC機(jī)。對于這種結(jié)構(gòu)類型，PC機(jī)故障將導(dǎo)致整個系統(tǒng)將癱瘓。另外，通信模板廠商通常只提供一個模板的驅(qū)動程序，總線控制、從站控制程序、監(jiān)控程序可能要由用戶開發(fā)，因此應(yīng)用開發(fā)工作量可能會比較大。如圖所示。

第一百三十八頁，共150頁。(5)結(jié)構(gòu)類型5:堅固式PC機(jī)（COMOPACTCOMPUTER）+PROFIBUS網(wǎng)卡+SOFTPLC的結(jié)構(gòu)形式。系統(tǒng)可靠性將大大增強(qiáng)，足以使用戶信服。但這是一臺監(jiān)控站與一類主站一體化控制器工作站，要求它的軟件完成如下功能：

▼支持編程，包括主站應(yīng)用程序的開發(fā)、編輯、調(diào)試。

▼執(zhí)行應(yīng)用程序。

▼通過PROFIBUS接口對從站的數(shù)據(jù)讀寫。

▼從站遠(yuǎn)程參數(shù)化設(shè)置。

▼主/從站故障報警及記錄。

▼主持設(shè)備圖形監(jiān)控畫面設(shè)計、數(shù)據(jù)庫建立等監(jiān)控程序的開發(fā)、調(diào)試。

▼設(shè)備狀態(tài)在線圖形監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲及統(tǒng)計、報表等功能。

近來出現(xiàn)一種稱為SOFTPLC的軟件產(chǎn)品，是將通用型PC機(jī)改造成一臺由軟件（軟邏輯）實現(xiàn)的PLC。這種軟件將PLC的編程及應(yīng)用程序運(yùn)行功能，和操作員監(jiān)控站的圖形監(jiān)控開發(fā)、在線監(jiān)控功能集成到一臺堅固式PC機(jī)上，形成一個PLC與監(jiān)控站一體的控制器工作站。第一百三十九頁，共150頁。第一百四十頁，共150頁。

海爾國際自動化物流中心控制系統(tǒng)1．項目概述青島海爾國際自動化物流中心是目前國內(nèi)規(guī)模最大、水平最先進(jìn)的高架立體倉庫之一。它由10臺巷道堆垛機(jī)、近20000個貨位、10臺AGV激光導(dǎo)引車、3輛高速環(huán)形穿梭車、1臺六關(guān)節(jié)機(jī)器人、約200臺輸送設(shè)備及計算機(jī)管理調(diào)度系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。該物流中心分為原料庫和成品庫，各自具有獨立的控制子系統(tǒng)。原料庫分為原料出入庫區(qū)(一層)和原料揀選搭配區(qū)(二層)；成品庫分為成品出入庫區(qū)(一層)和成品揀選搭配區(qū)(二層)?？刂葡到y(tǒng)主要完成物流輸送設(shè)備的自動控制運(yùn)行、數(shù)據(jù)的自動采集、信息流的自動跟蹤及與其它單機(jī)設(shè)備的聯(lián)鎖和信息交換等。

第一百四十一頁，共150頁。2．電控系統(tǒng)配置及說明

系統(tǒng)選用當(dāng)今在工業(yè)自動化領(lǐng)域流行的Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)方案。

(1)總體設(shè)計要求全線控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、先進(jìn)，具有完善的手動／自動控制功能、安全保護(hù)功能，操作簡便的人機(jī)界面，易于維護(hù)維修，同時根據(jù)情況考慮控制系統(tǒng)在計算機(jī)集中監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的計算機(jī)管理方面的應(yīng)用。

(2)主要功能兩個子系統(tǒng)可以分別獨立完成兩個庫的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行、停機(jī)、故障報警等各種過程控制。通過現(xiàn)場操作員終端可以實現(xiàn)單機(jī)／自動切換、對每臺設(shè)備進(jìn)行手動操作及過熱保護(hù)、超時報警等完善的報警保護(hù)功能。通過上位監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)控整個自動化物流系統(tǒng)所有設(shè)備的運(yùn)行狀況，貨物的所在位置數(shù)據(jù)等。

(3)控制系統(tǒng)配置控制系統(tǒng)配置示意圖。

第一百四十二頁，共150頁。

在系統(tǒng)方案設(shè)