常见的现场总线系统ppt课件

第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）常见的现场总线系统2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日1现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222常见的现场总线系统2009 年8月28日9 年8月28日9 第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）第三部分第三部分 PROFIBUS二、二、PROFIBUS 通信协议通信协议三、三、PROFIBUS 实现的可能性实现的可能性四、四、PROFIBUS 产品的开发产品的开发本本 章章 小小 结结一、一、PROFIBUS 概述概述概述概述2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日2现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222第三部分 PROFIBUS二、PROFIBUS 通信协议三第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）车间级数据通讯车间级数据通讯车间级数据通讯车间级数据通讯现场级设备通讯现场级设备通讯现场级设备通讯现场级设备通讯适用于：适用于：引引 言言2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日3现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222车间级数据通讯现场级设备通讯适用于：引 言200第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS 三层协议三层协议EN 50170 Volume 2 制造业自动化制造业自动化PROFIBUS-DPRS 485/FO-即即 插插 即即 用用-高高 效、廉效、廉 价价快速快速过程自动化过程自动化PROFIBUS-PAIEC 61158-2-总总 线线 供供 电电-本本 质质 安安 全全 面向应用面向应用通用目的自动化通用目的自动化PROFIBUS-FMSRS 485/FO-大大 范范 围围 的的 应应 用用-多多 主主 通通 信信通用通用2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日4现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS 三层协议EN 50170 Volume 2第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）基基 本本 特特 征征（1）PROFIBUS 可使分布式数字化控制器从现场底层到可使分布式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，该系统中的设备可分为车间级网络化，该系统中的设备可分为主站主站和和从站从站。主站主站决决定总线的数据通信，当定总线的数据通信，当主站主站得到得到总线控制权总线控制权（令牌令牌）时，没）时，没有外界请求也可以主动发送信息。有外界请求也可以主动发送信息。主站主站从从 PROFIBUS 协协议讲也称之为议讲也称之为主动站主动站。PROFIBUS 从站从站为外围设备，典型的为外围设备，典型的从站从站包括：输包括：输入输出装置、阀门、驱动器和测量变送器等入输出装置、阀门、驱动器和测量变送器等。它们没有。它们没有总线总线控制权控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向主站发送信息。主站发送信息。从站从站也称为也称为被动站被动站。由于。由于从站从站只需总线协议只需总线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。的一小部分，所以实施起来特别经济。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日5现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222基 本 特 征（1）PROFIBUS第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）基基 本本 特特 征征（2）PROFIBUS 的协议结构：的协议结构：物理层物理层数据链路层数据链路层中间层中间层应用层应用层用户接口用户接口FMSDPPA未使用未使用RS485/光纤光纤IEC 1158-2 现场总线数据链路现场总线数据链路 FDLIEC 接口接口现场总线信息规范现场总线信息规范FMSDP 基本功能基本功能DP 扩展扩展FMS 设备行规设备行规DP 行规行规PA 行规行规2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日6现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222基 本 特 征（2）PROFIBUS 的协议结构：物理第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS DP 的的传输特点传输特点高速（高速（H2H2）,RS 485,RS 485 屏蔽双绞线，或光缆屏蔽双绞线，或光缆依据依据 RS 485 RS 485，异步，异步 NRZ NRZ 传输传输 波特率从波特率从 9.6 kBit/s 9.6 kBit/s 到到 12 Mbps 12 Mbps，可选。，可选。采用光纤技术的情况下可实现采用光纤技术的情况下可实现 100 Mbps 100 Mbps 的环网。的环网。双绞屏蔽电缆双绞屏蔽电缆 每段每段 32 32 个站，最多允许个站，最多允许 127 127 个站；个站；有中继器距离可延长到有中继器距离可延长到 90 90 公里。公里。总线存取总线存取 主站间令牌传递，主站与从站间数据传递；主站间令牌传递，主站与从站间数据传递；支持单主站或多主站系统。支持单主站或多主站系统。数据帧长度数据帧长度 短帧短帧 1 1 字节，普通帧字节，普通帧 3 3 255 255 字节。字节。数据传输服务数据传输服务 循环的和非循环的数据传输。循环的和非循环的数据传输。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日7现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS DP 的传输特点高速（H2）,RS 第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）总总 线线 存存 取取 协协 议议 混合总线访问协议混合总线访问协议 主站间的逻辑令牌环主站间的逻辑令牌环 主从站间的主从协议主从站间的主从协议 主站主站 主动站在一个限定时间内主动站在一个限定时间内 (Token Hold Time)对总线有控制权对总线有控制权 从站从站 从站只是响应一个主站的请求，从站只是响应一个主站的请求，它们对总线没有控制权它们对总线没有控制权主动站、主设备被动站、从设备被动站、从设备PCPROFIBUS2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日8现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222总 线 存 取 协 议 混合总线访问协议 主站间第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS-DP 的的基本功能基本功能 1 PROFIBUS_DP 用于设备级的高速数据传送，中央用于设备级的高速数据传送，中央控制器通过高速串行通信线同分散的现场设备（如控制器通过高速串行通信线同分散的现场设备（如 I/O、驱动器、阀门等）进行通信，多数数据交换是驱动器、阀门等）进行通信，多数数据交换是周期性周期性的，除的，除此之外，智能化现场设备还需要非周期通信，以进行配置、此之外，智能化现场设备还需要非周期通信，以进行配置、诊断和报警处理。诊断和报警处理。中央控制器周期性地读取从设备的输入信息并周期地向中央控制器周期性地读取从设备的输入信息并周期地向从设备发送输出信息，从设备发送输出信息，总线循环时间总线循环时间必须要比中央控制器的必须要比中央控制器的程序循环时间程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS_DP 还提供了强有力的诊断、配置功能，数还提供了强有力的诊断、配置功能，数据通信是由主机和从机进行监控的。据通信是由主机和从机进行监控的。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS-DP 的基本功能 1 第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS-DP 的的基本功能基本功能 2q DP 主站和主站和 DP 从站间的循环用户数据传送；从站间的循环用户数据传送；q 各各 DP 从站的动态激活和撤消；从站的动态激活和撤消；q DP 从站组态的检查；从站组态的检查；q 强大的诊断功能，三级诊断信息；强大的诊断功能，三级诊断信息；q 输入或输出的同步；输入或输出的同步；q 通过总线给通过总线给 DP 从站赋予地址；从站赋予地址；q 通过总线对通过总线对 DP 主站（主站（DPM1）进行配置；）进行配置；q 每每DP 从站最大为从站最大为 246 字节的输入输出数据字节的输入输出数据。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日10现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS-DP 的基本功能 2 DP 主站和 D第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS-DP 的的基本功能基本功能 3设备类型：设备类型：q 第二类第二类 DP 主站（主站（DPM2）：）：可编程、可组态、可诊断的设备可编程、可组态、可诊断的设备q 第一类第一类 DP 主站（主站（DPM1）：）：中央可编程控制器，如中央可编程控制器，如 PLC、PC 等等q DP 从站：从站：带二进制或模拟输入输出的驱动器、阀门、传感器等带二进制或模拟输入输出的驱动器、阀门、传感器等2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日11现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS-DP 的基本功能 3设备类型：第二类第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS-DP 的的基本功能基本功能 4诊断功能：诊断功能：经过扩展的经过扩展的 PROFIBUS_DP 诊断功能是对故障进诊断功能是对故障进行快速定位，诊断信息在总体上传输并由主站收集，这行快速定位，诊断信息在总体上传输并由主站收集，这些诊断信息分为三类：些诊断信息分为三类：q 本站诊断操作本站诊断操作：诊断信息表示本站设备的一般操作：诊断信息表示本站设备的一般操作 状态，如温度过高，电压过低等。状态，如温度过高，电压过低等。q 模块诊断操作模块诊断操作：诊断信息表示一个站点的某具体：诊断信息表示一个站点的某具体 I/O 模块出现故障。模块出现故障。q 通道诊断操作通道诊断操作：诊断信息表示一个单独的输入输出：诊断信息表示一个单独的输入输出 位的故障。位的故障。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日12现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS-DP 的基本功能 4诊断功能：第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS-DP 的的基本功能基本功能 5运行模式：运行模式：运行运行：第一类主站与指定的：第一类主站与指定的 DP 从站从站进行用户数据交换。进行用户数据交换。清除清除：第一类主站可对：第一类主站可对 DP 从站从站设置参数，检查通信接口配置并读取设置参数，检查通信接口配置并读取 这些这些 DP 从站从站用户的数据。用户的数据。停止停止：只能进行主：只能进行主-主数据传送，主数据传送，主站主站不能轮询不能轮询 DP 从站从站。离线离线：停止与所有：停止与所有主站主站和和从站从站的通信，的通信，FDL 从令牌环中退出。用户从令牌环中退出。用户 接口等待一个启动信号。接口等待一个启动信号。PROFIBUS_DP 规范了对系统行为的详细描述以保证设备的互换规范了对系统行为的详细描述以保证设备的互换性，系统行为主要取决于性，系统行为主要取决于 DPM1 的操作状态，这些状态由本地或总体的的操作状态，这些状态由本地或总体的配置设备所控制，主要有以下四种状态：配置设备所控制，主要有以下四种状态：2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日13现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS-DP 的基本功能 5运行模式：运行：第第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）首先计算上次令牌获得时刻到本次令牌获得时刻经过的时间，该时间为实际轮转时间 TRR，表示的是令牌实际在整个系统中轮转一周耗费的时间，每一次令牌交换都会计算产生一个新的 TRR；所以，只要主站获得令牌，至少会有一个高优先级报文可以发送。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日该主站发现自己被跳过后，会从总线上自动撤下，即从 Active_Idle 状态进入 Listen_Token 状态，重新等待进入逻辑令牌环。while(prm_result=0 x01);if(spc3.cfg_result=spc3.无数据的固定长度帧：通过总线对 DP 主站（DPM1）进行配置；现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.由于从站只需总线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。PROFIBUS-DP本地 FDL 设备则通过原语（确认命令）通知发起这项 SDA 服务的本地用户。现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.cfg_result=dps2_cfg_data_not_ok();PROFIBUS_FMS（1）Void diagmodule(void)5M_supp=12009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日wd_baud_ctrl_val=0 x1e;PROFIBUS-DP 的的扩展功能扩展功能 PROFIBUS_DP 扩展功能允许扩展功能允许非循环非循环的读写功能并能中断并行于的读写功能并能中断并行于循环数据传输的应答。另外，对从站参数和测量值的循环数据传输的应答。另外，对从站参数和测量值的非循环非循环存取可用于某存取可用于某些诊断或操作员控制站（第二类些诊断或操作员控制站（第二类主站主站，DPM2）。有了这些扩展功能，）。有了这些扩展功能，PROFIBUS_DP 可满足某些复杂设备的要求，例如过程自动化的现场可满足某些复杂设备的要求，例如过程自动化的现场设备、智能化操作设备和变频器等，这些设备的参数往往在运行期间才能设备、智能化操作设备和变频器等，这些设备的参数往往在运行期间才能确定，而且与循环性测量值相比很少有变化。因此，与高速周期性用户数确定，而且与循环性测量值相比很少有变化。因此，与高速周期性用户数据传送相比，这些参数的传送具有低优先级。据传送相比，这些参数的传送具有低优先级。PROFIBUS_DP 扩展功能可选，与扩展功能可选，与 PROFIBUS_DP 基本功能基本功能兼容。兼容。DP 扩展实现通常采用扩展实现通常采用软件更新软件更新的办法。的办法。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日14现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222首先计算上次令牌获得时刻到本次令牌获得时刻经过的时间，该时间第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS_PA低速低速(H1),IEC 61158-2 同步同步 Manchester 编码编码,31.25 kBit/s 本质安全本质安全(可选可选)和总线供电和总线供电(可选可选)屏蔽或非屏蔽的双绞电缆屏蔽或非屏蔽的双绞电缆 每段距离达每段距离达 1900 米，用中继器可延长到米，用中继器可延长到 10 公里公里 最多最多 127 个站个站,每站每站 10-32 个设备（依赖于个设备（依赖于 EX-类型和供电消耗）类型和供电消耗）2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日15现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS_PA低速(H1),IEC 61158-第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS_PA2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日16现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS_PA2009 年8月28日9 年8月28日第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS_FMS（1）PROFIBUS_FMS 的设计旨在解决的设计旨在解决车间一级车间一级的数据的数据通信问题，在这一级可编程控制器主要是互相通信。在此通信问题，在这一级可编程控制器主要是互相通信。在此领域内，高级通信功能比快速系统反应时间更重要。领域内，高级通信功能比快速系统反应时间更重要。PROFIBUS_FMS 的应用层提供用户可用的通信服的应用层提供用户可用的通信服务，有了这些服务才可能存取变量、传送程序并控制执行，务，有了这些服务才可能存取变量、传送程序并控制执行，而且可传送事件。而且可传送事件。PROFIBUS_FMS 的应用层包括两个的应用层包括两个部分：现场总线信息规范（部分：现场总线信息规范（FMS）描述通信对象和服务；）描述通信对象和服务；低层接口（低层接口（LLI）用于将）用于将 FMS 适配到第适配到第 2 层。层。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日17现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS_FMS（1）PROFIBUS第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS_FMS（2）PROFIBUS_FMS 行规：行规：PROFIBUS_FMS 提供了广泛的功能以满足普遍的应用。提供了广泛的功能以满足普遍的应用。FMS 行规作了如下定义，括号中的数字为行规作了如下定义，括号中的数字为 PROFIBUS 用户组织提用户组织提供的文件号：供的文件号：q 控制器间通信（控制器间通信（3.002）:这一行规定义了用于这一行规定义了用于 PLC 控制之间通信的控制之间通信的 FMS 服务。根据控制器服务。根据控制器 的等级对每个的等级对每个PLC 必须支持的服务、参数和数据类型作了规定。必须支持的服务、参数和数据类型作了规定。q 楼宇自动化行规（楼宇自动化行规（3.011）：此行规用于提供特定的分类和服务作为楼宇自动化的公共基础。行规此行规用于提供特定的分类和服务作为楼宇自动化的公共基础。行规 描述了使用描述了使用 FMS 的楼宇自动化系统如何进行监控、开环和闭环控制、操的楼宇自动化系统如何进行监控、开环和闭环控制、操 作员控制、报警处理和档案管理。作员控制、报警处理和档案管理。q 低压开关设备（低压开关设备（3.032）：这是一个以行业为主的这是一个以行业为主的 FMS 应用行规，规定了通过应用行规，规定了通过 FMS 通信过程通信过程 中的低压开关设备的应用行为。中的低压开关设备的应用行为。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日18现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS_FMS（2）PROFIBUS_FMS 行第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）第三部分第三部分 PROFIBUS二、二、PROFIBUS 通信协议通信协议三、三、PROFIBUS 实现的可能性实现的可能性四、四、PROFIBUS 产品的开发产品的开发本本 章章 小小 结结一、一、PROFIBUS 概述概述通信协议通信协议2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日19现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222第三部分 PROFIBUS二、PROFIBUS 通信协议三第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS 与与 OSI 参考参考模型模型第第 2 层层数据链路层数据链路层第第 1 层层物理层物理层第第 3 7 层层用户层用户层DP 设备设备行规行规DP 基本功能和扩展功能基本功能和扩展功能DP 用户接口用户接口（直接数据链路映射程序（直接数据链路映射程序 DDLM）空空现场总线数据链路层现场总线数据链路层 FDL物理层物理层 PHYFMA 1/22009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日20现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS 与 OSI 参考模型第 2 层第 1 层第第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）物物 理理 层层（1）传输信号及方式：传输信号及方式：PROFIBUS_DP 的的 RS-485 的传输是以半双工、的传输是以半双工、异步、无间歇同步为基础的。异步、无间歇同步为基础的。PROFIBUS_DP 的信号编码方式是的信号编码方式是 NRZ（不归零）（不归零）编码。编码。PROFIBUS_DP 在传输期间：二进制在传输期间：二进制“1”对应于对应于RXD/TXD-P 线上的正电位；而线上的正电位；而 RXD/TXD-N 线上则线上则相反。各报文间的空闲状态对应于二进制相反。各报文间的空闲状态对应于二进制“1”信号。信号。注：注：两根两根 PROFIBUS 数据通信线也常称为数据通信线也常称为 A 线、线、B 线：线：A RXD/TXD-N B RXD/TXD-P 2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日21现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222物 理 层（1）传输信号及方式：PR第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）物物 理理 层层（2）总线导线：总线导线：PROFIBUS_DP 的物理层支持屏蔽双绞线和光纤两种传输介质。的物理层支持屏蔽双绞线和光纤两种传输介质。这里只介绍应用最为广泛的以屏蔽双绞线为传输介质的物理层规范，此这里只介绍应用最为广泛的以屏蔽双绞线为传输介质的物理层规范，此时的物理层规范与时的物理层规范与 EIA RS-485 兼容。兼容。选择屏蔽双绞线电缆时，可以参照选择屏蔽双绞线电缆时，可以参照 EIA RS-485 标准。另外，在标准。另外，在干扰不严重的情况下，也可以使用非屏蔽的双绞线电缆。干扰不严重的情况下，也可以使用非屏蔽的双绞线电缆。PROFIBUS_DP 最大允许的总线长度（在采用最大允许的总线长度（在采用PROFIBUS 标标准电缆类型准电缆类型 A 时），称为段长度，其值取决于传输速率。时），称为段长度，其值取决于传输速率。速率（速率（kbps）段长度（米）段长度（米）9.6120019.2120093.751200187.510005004001500200120001002009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日22现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222物 理 层（2）总线导线：PROFI第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）物物 理理 层层（3）总线连接：总线连接：PROFIBUS_DP 规定电缆接口采用规定电缆接口采用 9 针针 D 型连接器（型连接器（DB9），连），连接器的机械和电气特性接器的机械和电气特性符合符合 IEC 807-3 的规的规定，定，DB9 连接器的插连接器的插座与设备相连接，插头座与设备相连接，插头与总线电缆相连接。连与总线电缆相连接。连接器引脚分配如右表所接器引脚分配如右表所示：示：引脚引脚RS-485信号名称信号名称含含 义义1-屏屏 蔽蔽屏蔽，保护地屏蔽，保护地2-N24V-24 V 输出电压输出电压3B/BRXD/TXD-P 数据数据 P（收（收/发）发）4-CNTR-P控制控制 P5C/CDGND数据地数据地6-VP正电源电压正电源电压7-P24V+24 V 输出电压输出电压8A/ARXD/TXD-N 数据数据 N（收（收/发）发）9-CNTR-N控制控制 N1 2 3 4 56 7 8 92009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日23现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222物 理 层（3）总线连接：PROFI第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）物物 理理 层层（4）根据根据 EIARS485 标准，在数据线标准，在数据线 A 和和 B 的两端均需加接总线终端的两端均需加接总线终端器（器（终端电阻终端电阻）。）。PROFIBUS 的总线终端器包含一个的总线终端器包含一个下拉电阻下拉电阻（与数据（与数据基准电位基准电位 DGND 相连接）和一个相连接）和一个上拉电阻上拉电阻（与供电正电压（与供电正电压 VP相连接）。相连接）。当在总线上没有发送数据时，即在两个报文之间总线处于空闲状态时，这当在总线上没有发送数据时，即在两个报文之间总线处于空闲状态时，这两个电阻确保在总线上有一个确定的空闲电位。几乎在所有标准的两个电阻确保在总线上有一个确定的空闲电位。几乎在所有标准的 PROFIBUS 总线连接器上都组合了所需要的总线终端器，而且可以用跳总线连接器上都组合了所需要的总线终端器，而且可以用跳线器或开关来切换。线器或开关来切换。当总线系统运行的传输当总线系统运行的传输速率大于速率大于 1.5Mbps 时，由于所连接的站的时，由于所连接的站的电电容性负载容性负载会引起导线反射，因此必须使用附加有会引起导线反射，因此必须使用附加有轴向电感轴向电感的总线连接插头。的总线连接插头。总线导线总线导线总线导线总线导线主站或从站主站或从站BBAA110nH110nH110nH110nH390390220VPDGNDPN2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日24现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222物 理 层（4）根据 EIARS第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）数数 据据 链链 路路 层层 根据根据 OSI 参考模型，第参考模型，第 2 层即层即数数据链路层据链路层规定介质访问控制、数据安全规定介质访问控制、数据安全性、传输协议和报文的处理。性、传输协议和报文的处理。DP 系统系统中的第中的第 2 层称为层称为 FDL，同时还包括第，同时还包括第 1 层和第层和第 2 层的管理服务层的管理服务 FMA 1/2（现场总线管理现场总线管理）。）。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日25现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222数 据 链 路 层 根据 OS第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）数据链路层数据链路层的的帧字符帧字符 每个每个数据帧数据帧由若干个由若干个帧字符帧字符（UART 字符）组成，它字符）组成，它把一个把一个 8 位字符扩展成位字符扩展成 11 位：首先是一个开始位位：首先是一个开始位 0，接，接着是着是 8 位数据（按先低后高次序），之后是奇偶校验位（规位数据（按先低后高次序），之后是奇偶校验位（规定为偶校验），最后是一个停止位。定为偶校验），最后是一个停止位。0 X X X X X X X X P 11111一个一个帧字符帧字符起起始始位位校校验验位位停停止止位位8 位数据位数据2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日26现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222数据链路层的帧字符 每个数据帧由若干个帧字符第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）数据链路层数据链路层的的数据帧格式数据帧格式令牌帧：令牌帧：SYN SD4 DA SA短应答帧：短应答帧：SYN SC无数据的固定长度帧：无数据的固定长度帧：SYN SD1 DA SA FC FCS EDL=3有数据的固定长度帧：有数据的固定长度帧：SYN SD3 DA SA FC DU FCS EDL=11有数据的可变长度帧：有数据的可变长度帧：SYN SD2SD2LE LErDA SA FC DU FCS EDL=4 249注：每个帧头都至少有注：每个帧头都至少有33个个 同步位（二进制同步位（二进制“1”）。）。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日27现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222数据链路层的数据帧格式令牌帧：SYNSD4DASA短应答帧第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）帧控制字节帧控制字节的的结构结构 帧控制字节帧控制字节 FC 的位置在帧中的源地址的位置在帧中的源地址 SA 之后，用来定义报文类之后，用来定义报文类型，表明该帧是主动请求帧还是应答型，表明该帧是主动请求帧还是应答/回答帧。回答帧。FC 还包括了防止信息丢还包括了防止信息丢失或重复的控制信息，如表所示。失或重复的控制信息，如表所示。帧控制字节的定义帧控制字节的定义位序位序B7B6B5B4B3 B2 B1 B0含义含义保留保留帧类帧类10FCBStn TypeFCV功能码功能码其中：帧计数位其中：帧计数位 FCB 用来防止响应方数据的重复和发起方数据的丢失。用来防止响应方数据的重复和发起方数据的丢失。FCV 为帧计数位有效标志。为帧计数位有效标志。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日28现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222帧控制字节的结构 帧控制字节 FC 的位置在第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）令令 牌牌 调调 度度 原原 理理 在多主网络中，令牌在多主网络中，令牌 调度必须确保每个主调度必须确保每个主 站有足够的时间完成站有足够的时间完成 它的通信任务它的通信任务 主站在取得令牌时开主站在取得令牌时开 始进行通讯，完成任始进行通讯，完成任 务后将令牌交给下一务后将令牌交给下一 个主站。个主站。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日29现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222令 牌 调 度 原 理 在多主网络中，令牌2009 年8月2第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）PROFIBUS_DP 的的工作过程工作过程上电上电设置从站参数设置从站参数检查从站通信接口配置检查从站通信接口配置主从站数据交换主从站数据交换从站准从站准备好备好?从站准从站准备好备好?YYNN上电上电等待主站等待主站设置正设置正确确?等待主站检查等待主站检查配置正配置正确确?主从站数据交换主从站数据交换YYNN主站主站DP 从站从站请求从站诊断请求从站诊断从站诊断响应从站诊断响应设置从站参数设置从站参数确认确认检查从站通信接口配置检查从站通信接口配置确认确认请求从站诊断请求从站诊断从站诊断响应从站诊断响应主站发送数据给从站主站发送数据给从站从站应答从站应答按照主站规定的算法，按照主站规定的算法，主从站进行数据交换主从站进行数据交换2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日30现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222PROFIBUS_DP 的工作过程上电设置从站参数检查从站通第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）FDL 的四种服务的四种服务（1）带确认的数据发送带确认的数据发送 SDA：此服务允许主站向目的站发送用户数据。发送站需接收已收到信息此服务允许主站向目的站发送用户数据。发送站需接收已收到信息（确认信息）的确认。（确认信息）的确认。服务执行服务执行过程：本地用户首先使用服务原语（请求命令）向本地设备过程：本地用户首先使用服务原语（请求命令）向本地设备提出提出 SDA 服务申请。本地服务申请。本地 FDL 设备收到该原语后，按照链路层协议组帧，设备收到该原语后，按照链路层协议组帧，并发送到远程并发送到远程 FDL 设备，远程设备，远程 FDL 设备正确收到后利用原语（指示命令）设备正确收到后利用原语（指示命令）通知远程用户并把数据上传。与此同时又将一个应答帧发回本地通知远程用户并把数据上传。与此同时又将一个应答帧发回本地 FDL 设备。设备。本地本地 FDL 设备则通过原语（确认命令）通知发起这项设备则通过原语（确认命令）通知发起这项 SDA 服务的本地用服务的本地用户。户。本地本地 FDL 设备发送出数据后，它会在一个时间内等待应答。如果在该设备发送出数据后，它会在一个时间内等待应答。如果在该时间内没有收到应答，则本地时间内没有收到应答，则本地 FDL 设备将重新发送，最多重复次数设备将重新发送，最多重复次数 k 可可预先设定。在重试预先设定。在重试 k 次后仍无应答，则将无应答结果通知本地用户。次后仍无应答，则将无应答结果通知本地用户。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日31现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222FDL 的四种服务（1）带确认的数据发送 SDA：第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）FDL 的四种服务的四种服务（2）不带确认的数据发送不带确认的数据发送 SDN：此服务允许同时向一个或几个站（多点广播）或此服务允许同时向一个或几个站（多点广播）或所有站（广播）传送信息。数据的正确接收与否不需所有站（广播）传送信息。数据的正确接收与否不需要确认。要确认。当本地用户使用当本地用户使用原语（请求命令）申请原语（请求命令）申请 SDN 服服务后，本地务后，本地 FDL 设备在向所要求的远程站发送数据设备在向所要求的远程站发送数据的同时立刻传递原语（确认命令）给本地用户，表示的同时立刻传递原语（确认命令）给本地用户，表示发送成功，或者本地发送成功，或者本地 FDL 设备错误，不能显示远程设备错误，不能显示远程站是否正确接收。站是否正确接收。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日32现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222FDL 的四种服务（2）不带确认的数据发送 SDN：第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）FDL 的四种服务的四种服务（3）带应答的数据发送和请求带应答的数据发送和请求 SRD：此服务用于单独向一个站发送数据并接收目的站的数据，而且不向目此服务用于单独向一个站发送数据并接收目的站的数据，而且不向目的站发送数据时目的站可以请求数据，此时，请求的数据或标志符都指出的站发送数据时目的站可以请求数据，此时，请求的数据或标志符都指出没有接收到有效数据。二者都表示对询问报文的无差错接收的确认。没有接收到有效数据。二者都表示对询问报文的无差错接收的确认。服务执行服务执行过程：远程用户将要被请求的数据准备好，通过原语（请求过程：远程用户将要被请求的数据准备好，通过原语（请求命令）把要被请求的数据交给远程命令）把要被请求的数据交给远程 FDL 设备，并收到远程设备，并收到远程 FDL 设备回传设备回传的原语（确认命令）。本地用户使用服务原语（请求命令）发起这项服务，的原语（确认命令）。本地用户使用服务原语（请求命令）发起这项服务，远程远程 FDL 设备收到发送数据后，立刻把准备好的被请求数据回传，同时向设备收到发送数据后，立刻把准备好的被请求数据回传，同时向远程用户发送原语（指示命令），告之被请求数据是否被成功发送出去。远程用户发送原语（指示命令），告之被请求数据是否被成功发送出去。最后本地用户就会通过原语（确认命令）接收到被请求数据以及传输状态最后本地用户就会通过原语（确认命令）接收到被请求数据以及传输状态结果。结果。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日33现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222FDL 的四种服务（3）带应答的数据发送和请求 SRD：第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）对一个轮询表中的对一个轮询表中的远程站做一次完整的数据传输过程是：本地用户使远程站做一次完整的数据传输过程是：本地用户使用原语（请求命令），并设定原语中的参数用原语（请求命令），并设定原语中的参数 marker 的值为的值为 unlock 解解锁，本地锁，本地 FDL 设备接到该原语后，通过原语（确认命令）告诉本地用户操设备接到该原语后，通过原语（确认命令）告诉本地用户操作是否成功。远程站的工作过程与作是否成功。远程站的工作过程与 SRD 远程站的工作过程完全一样，接远程站的工作过程完全一样，接收数据并发送已准备好的被请求数据。本地收数据并发送已准备好的被请求数据。本地 FDL 设备接收及处理也与设备接收及处理也与 SRD 类似。此时同样使用原语（确认命令），但其中状态参数表示本次数类似。此时同样使用原语（确认命令），但其中状态参数表示本次数据传输的状态结果，而不是轮询表的接收情况，即表示本地用户刚才准备据传输的状态结果，而不是轮询表的接收情况，即表示本地用户刚才准备好的发送数据是否被成功的发送出去。好的发送数据是否被成功的发送出去。FDL 的四种服务的四种服务（4）带应答的数据循环发送和请求带应答的数据循环发送和请求 CSRD：此服务允许主站循环向目的站传送数据。同样，目的站可以循环请求此服务允许主站循环向目的站传送数据。同样，目的站可以循环请求数据。主站收到的数据或代表无数据的标志符都代表主站传送的询问报文数据。主站收到的数据或代表无数据的标志符都代表主站传送的询问报文已被目的站接收。已被目的站接收。在在整个整个 CSRD 服务执行之前，本地用户首先使用原语（请求命令）向服务执行之前，本地用户首先使用原语（请求命令）向本地本地 FDL 设备传送一个轮询表，告诉本地设备传送一个轮询表，告诉本地 FDL 设备本次设备本次 CSRD 服务需服务需要轮询的站地址，然后本地用户收到原语（确认命令）以告之轮询表是否要轮询的站地址，然后本地用户收到原语（确认命令）以告之轮询表是否接收成功。在轮询表中，第接收成功。在轮询表中，第 1 个字节为整个轮询表的长度。第个字节为整个轮询表的长度。第2、3字节构字节构成轮询表的第一项，为轮询的第一个站，第成轮询表的第一项，为轮询的第一个站，第2字节为站地址，第字节为站地址，第3字节为字节为 DSAP 目的服务存取点。其后每两个字节表示一个项。目的服务存取点。其后每两个字节表示一个项。然后然后，本地用户通过原语把要发送的数据交给本地，本地用户通过原语把要发送的数据交给本地 FDL 设备，并收到设备，并收到原语（确认命令）获知数据是否成功装入。如果装入成功，在按照轮询表原语（确认命令）获知数据是否成功装入。如果装入成功，在按照轮询表的设置，主站开始执行轮询功能。所有登记项的标志初始设定均为的设置，主站开始执行轮询功能。所有登记项的标志初始设定均为lock。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日34现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222 对一个轮询表中的远程站做一次完整的数据传输过第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.DP 从站通信接口软件设计 3SPC3 能够完成 DP 从站的通信功能，从站的 CPU 只需完成SPC3 的初始化及处理和应答传来的报文。现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日Max_Diag_Data_len=10主站 FDL 状态及工作过程 22009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日FMS_supp=0MaxTsdr_187.RS 485/FOwd_baud_ctrl_val=0 x1e;I/O 模块出现故障。依次类推，直到最大地址范围内仍然找不到后继，则认为自己是系统内惟一的主站，将保留令牌，直到 GAP 维护时找到新的主站。DP 缓冲区是 DP 数据的缓冲区，包括 3 个 DP 输出数据缓冲块、3 个DP 输入数据缓冲块、2 个诊断缓冲块、2 个辅助缓冲块、设置参数缓冲块、通信接口配置缓冲块、可读通信接口配置缓冲块等。Redundancy=0从站只是响应一个主站的请求，波特率从 9.GAP 表及其维护表及其维护 PROFIBUS_DP 将本令牌环中从本站地址到后继站地址之间的地址范将本令牌环中从本站地址到后继站地址之间的地址范围存在围存在 GAP 表中，而将表中，而将 GAP 范围内的所有站的状态均存入范围内的所有站的状态均存入 GAPL 表。表。在每个主站中都有一个在每个主站中都有一个活动主站表活动主站表 GAP 维护定时器，定时器溢出即向维护定时器，定时器溢出即向主站提出主站提出 GAP 维护申请。主站收到申请后，使用询问维护申请。主站收到申请后，使用询问 FDL 状态的状态的 Request FDL Status 主动帧询问自己主动帧询问自己 GAP 范围内的所有地址。通过是范围内的所有地址。通过是否有返回和返回的状态，主站就可以知道自己的否有返回和返回的状态，主站就可以知道自己的 GAP 范围内是否有从站从范围内是否有从站从总线离开，是否有新站加入。并且及时修改自己的总线离开，是否有新站加入。并且及时修改自己的 GAPL。如果在如果在 GAP 维护中发现在自己的维护中发现在自己的 GAP 范围中有一个处于已在逻辑令范围中有一个处于已在逻辑令牌环内状态的主站，则认为该站为非法，接下来询问牌环内状态的主站，则认为该站为非法，接下来询问 GAP 表中的其它站点。表中的其它站点。传递令牌时仍传给自己的传递令牌时仍传给自己的 NS（Next Station），从而跳过该主站。该主），从而跳过该主站。该主站发现自己被跳过后，会从总线上自动撤下，即从站发现自己被跳过后，会从总线上自动撤下，即从 Active_Idle 状态进入状态进入 Listen_Token 状态，重新等待进入逻辑令牌环。状态，重新等待进入逻辑令牌环。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日35现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.22222222009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）令令 牌牌 传传 递递 某主站要交出令牌时，按照某主站要交出令牌时，按照活动主站表活动主站表传递传递令牌令牌帧给后继站。帧给后继站。传出后，该站开始监听总线上的信号，如果在一定时间（时隙时传出后，该站开始监听总线上的信号，如果在一定时间（时隙时间）内听到总线上有帧开始传输，不管该帧是否有效合法，都认间）内听到总线上有帧开始传输，不管该帧是否有效合法，都认为为令牌令牌传递成功，该主站就进入传递成功，该主站就进入 Active_Idle 状态。状态。如果在时隙时间内总线上没有活动，就再次发出如果在时隙时间内总线上没有活动，就再次发出令牌令牌帧。如帧。如此重复至最大重试次数，如果仍然不成功，则传递此重复至最大重试次数，如果仍然不成功，则传递令牌令牌给给活动主活动主站表站表中后继主站的后继主站。依次类推，直到最大地址范围内仍中后继主站的后继主站。依次类推，直到最大地址范围内仍然找不到后继，则认为自己是系统内惟一的主站，将保留然找不到后继，则认为自己是系统内惟一的主站，将保留令牌令牌，直到直到 GAP 维护时找到新的主站。维护时找到新的主站。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日36现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222令 牌 传 递 某主站要交出令牌时，按照活动第四章第四章 常见的现场总线常见的现场总线 第三部分（第三部分（PROFIBUS）令令 牌牌 接接 收收 如果一个如果一个主站主站从从活动主站表活动主站表中自己的前中自己的前驱站收到驱站收到令牌令牌，则保留，则保留令牌令牌并使用总线。如并使用总线。如果果主站主站收到的收到的令牌令牌帧不是前驱站发出的，将帧不是前驱站发出的，将认为是一个错误而不接收认为是一个错误而不接收令牌令牌。如果此。如果此令牌令牌帧被再次收到，则该帧被再次收到，则该主站主站将认为将认为令牌令牌环已经环已经修改，将接收修改，将接收令牌令牌并修改自己的并修改自己的活动主站表活动主站表。2009 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日9 年8月28日37现场总线技术 制作者：张志杰 版本 3.2222222令 牌 接 收 如果一个主站从活动主站表中自第四章第四章