Profibus技术介绍

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,车载系统部,2011.8.23,Profibus,技术介绍,EN50170 Vol.2,和,DIN 19245,第,4,部分,自动化一般,PROFIBUS-FMS,生产自动化,PROFIBUS-DP,过程自动化,PROFIBUS-PA,通用,快速,面向应用,图,1,：各种,PROFIBUS,类型,应用范围广泛,经济、高效,本征安全总线,设备配置,分路配置,主设备之间的逻辑令牌环,主动站点，主设备,被轮询的被动站点（从设备）,图,1,：,PROFIBUS,的等级结构,接收令牌,TRR=,实际循环时间,TTR,目标循环时间,是否有高优先级的消息,是否有高优先级的消息,处理具有高优先级的消息,是否有低优先级的消息,处理低优先级的消息,传递令牌,处理一条,高优先级的消息,PROFIBUS,使用两种服务在主从设备之间传递数据。使用,SDN,服务（发送无确认请求的数据），主机可向从机发送数据，而不需要等待响应（见图,3a,）。使用,SRD,服务（发送带确认请求的数据）用于请求从机发送确认消息（见图,3b,）。请求帧可包含有要发送的数据，或是如要仅要轮询数据，还可使用无数据字段的数据帧。,主,从,数据帧,图,3a,：,SDN,服务,请求帧,从,响应帧,立即响应,图,3b,：,SRD,服务,主,数据帧及数据服务的结构：,为了提高传输的安全性，,PROFIBUS,使用了,UART,标准的数据结构，即通过,11,位传输一个信息字节：,ST,：起始位（始终为逻辑,0,）,信息字节,P,：校验证,SP,：结束位（始终为逻辑,1,）,PROFIBUS,根据标准数据帧结构进行数据传输。具体结构如下：,无数据字段的数据帧,数据字段长度固定的数据帧,数据字段（,8,字节）,数据字段长度可变的数据帧,数据字段（最长,246,字节）,令牌帧,SD1SD4,：起始分界符,LE:,长度,Ler,：长度（重复）,DA,：目标地址,SA,源地址,FC,帧控制,FCS,帧检查序列,ED,结束分界符,总线长度及波特率,PROFIBUS,总线的最大许可长度取决于选定的波特率：,波特率,Kb/s,最大总线长度,m,参考文献：,自,/,至应用程序,FMS,服务,FMA7,服务,应用层（层,7,）,空白层（层,3,至,6,）,数据链接层（层,2,）,物理层（层,1,）,管理,图,1.OSI,环境,PROFIBUS,第,2,层接口,以下章节将概括地介绍,PROFIBUS,的数据传递（,FDL=,现场总线数据链接）及管理（,FMA,现场总线管理）服务。用户通过第二层使用,FDL,服务。,FMA1/2,服务通过与第一层和第二层相关的管理（,FAM 1/2,）使用。我们在这里不介绍或规定控制器或各种软硬件及固件接口的实施方式。,层,2,层,1,层,0,物理介质,图,7 PHY,和,FDL,之间的接口（相对层模型）,表,1,连接器名称,引脚名称,RS-485,参考编号,信号名称,含意,屏蔽,2,）,屏蔽、保护地,-24V,输出电压,数据接收,/,发送,+,数据接收,/,发送,+,数据地,电压,+,+24V,输出电压,数据接收及发送端口,控制,-,1).,仅位于总线端头的站点上需要该信号,2).,选用信号,图,6,总线端接器,每个帧都是由几个帧字符及,UART,字符组成。,UART,字符（,UC,）是异步传输的启停字符，其结构如下：,发送的字节序列,信息信号位,开始位,结束位,校验位偶数,图,9 UART,字符,帧字符（,UART,字符）,不带数据字段且长度固定的帧,请求帧的格式,确认帧的格式,短确认帧的格式,其中,SYN,同步周期，至少为,33,个线路空闲位,SD1,起始分界符，值：,10H,DA,目标地址,SA,源地址,FC,帧控制,FCS,帧检查序列,ED,结束分界符,L,信息字段的长度，,8,位组的固定数目：,L,3,SC,单个字符，值：,E5H,图,10,不带数据字段且长度固定的帧,带数据字段且长度固定的帧,发送,/,请求帧的格式,响应帧的格式,其中,SYN,同步周期，至少为,33,个线路空闲位,SD3,起始分界符，值：,A2H,FCS,帧检查序列,ED,结束分界符,L,信息字段的长度，,8,位组的固定数目：,L,11,图,11,带数据字段且长度固定的帧,DA,目标地址,SA,源地址,FC,帧控制,DATA_UNIT,数据字段，固定长度（,L-3,）,8,个,8,位组,带数据字段且长度不固定的帧,发送,/,请求帧的格式,响应帧的格式,其中,SYN,同步周期，至少为,33,个线路空闲位,SD2,起始分界符，值：,68H,FCS,帧检查序列,ED,结束分界符，值：,16H,L,信息字段的长度，,8,位组的固定数目：,L,4,至,249,图,12,数据字段长度可变的帧,DA,目标地址,SA,源地址,FC,帧控制,帧中还应发送数据长度的可变数目。该长度信息包含于帧开头的固定帧头内（两次）。由,Hd=4,提供保护，防止丢失。,LB,长度,8,位组，许可值：,4,至,249,LBr 8,位组重复长度,DATA_UNIT,数据字段，可变长度（,L-3,），最长,246,位,8,位组,令牌帧,其中,SYN,同步周期，至少为,33,个线路空闲位,SD4,起始分界符，值：,DCH,DA,目标地址,SA,源地址,图,13,令牌帧,长度,8,位组（,LE,，,LEr,）,在长度可变的帧中，其帧头内有两个值相同的长度,8,位组，其包含了帧主体中信息,8,位组的数目。这其组成包括,DA,、,SA,、,FC,及,DATA_UNIT,。该值的范围为,4,至,249,，因此，在一个帧的,DATA_UNIT,中最多可传递,246,个,8,位组（见,4.7.5,）。由于帧中至少要包含,DA,、,SA,、,FA,及一个八位组的数据，因此，不允许其值小于,4,。帧最长可包含,255,个八位组。,图,14.,长度八位组的编码,地址八位组（,DA/SA,）,帧头中的两个地址八位组（操作、确认及响应帧）包含了目标站点及源站点的地址（,DA,和,SA,）。令牌帧中仅包含这样两个地址八位组（位于开始分界符的后面）。,图,15,地址八位组编码,DA,0,至,127 SA,0,至,126,地址,127,（,b1-b7=1,）被预留用作广播及多播消息的全局地址（发送给所有站点或通过服务访问点选中的一组站点的帧；仅允许存在于无确认请求的数据发送消息中，,SDN,）。,因此，对于主从站点共有,127,个站点地址（,0-126,）可用，其中，主站点占用的地址最好不要超过,32,个。对于非时间关键的应用，作为选择，可允许有,127,个主站点。在系统中，至少要存在一个主站点，因此，从站点最多可占用,126,个地址。,地址扩展（,EXT,）：,在包含有,DATA_UNIT,的帧中，,EXT,位（扩展）指示了目标及（或）源地址的扩展（,DAE,、,SAE,），在,DATA_UNIT,中，扩展部分紧跟在,FC,的后面。访问地址（链接服务访问点，,LSAP,，见,4.7.2.2,）和区域,/,区段地址可区分开。由于每个地址扩展中均包含有一个,EXT,位，因此，这两种类型的地址可同时出现（见图,17,中的位,b8,）。,操作帧中的地址扩展可在响应帧中镜像发回。,EXT,0,：,DATA_UNIT,中无地址扩展,EXT=1,：,DATA_UNIT,中包含有地址扩展,图,16,：帧中的,DAE/SAE 8,位组,地址,b7,用于指示类型,0 6,位的链接服务访问点（,LSAP,）：,DAE=0,至,63,；,SAE,0,至,62,1 6,位区域,/,区段地址，用于实现带桥接部分的分等级的总线系统，值的范围待定。,b8,（,EXT,）用于指示其他地址扩展：,0,无附加的地址扩展,第一个八位组：区域,/,区段地址，其中,b7=1,，,b8=1,在同一结构后面有一个附加的地址扩展八位组。以下顺序有效,图,17,地址扩展八位组,第二个八位组：,LSAP,，,b7=0,，,b8=0,控制八位组（,FC,）,帧头中的控制八位组用于指示帧的类型，如操作帧（请求或发送,/,请求帧）及确认或响应帧。此外，控制八位组中还包含有功能及控制信息，可防止消息发生丢失或多次重复，或包含,FDL,状态的站点类型。,帧,功能,RES,：保留 （发送方应被置于二进制“,0,”,接收方不需要编译）,帧类型,1,请求、发送,/,请求帧,0,确认、响应帧,FCB,帧计数位：,0/1,交替,FCV,帧计数位有效,0 FCB,交替功能处于无效状态,FCB,交替功能处于有效状态,STN-TYPE,：站点类型及,FDL,状态,b6 b5,位 位置,从站点,主站点，尚未准备好进入逻辑令牌环,主站点，准备好进入逻辑令牌环,主站占，位于逻辑令牌环中,功能：见表,3a,图,18 FC,八位组编码,表,3a,传输功能编码,代码,功能,各章节中规定的格式,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,帧类型,b7=1,预留,发送带确认请求的数据，低,发送不带确认请求的数据 低,发送带确认请求的数据，高,发送不带确认请求的数据 高,预留（请求诊断数据）,预留,预留,FLD,状态，带回应,预留,发送及请求数据 低,发送及请求数据 高,请求标识符，带回应,请求,LSAP,状态，带回应,（编码号,14,和,15,：,FMA 1/2,）,4.6.2/3A,-“,-“,-“,4.6.1A,4.6.1/2/3A,-“,4.6.1A,4.6.1/3A,0,1,2,3,4 to 7,8,9,10,11,12,13,14,15,帧类型,b7=0,肯定的确认消息,否定的确认消息,FDL/FMA 1/2,用户错误,否定的确认消息,无用于数据发送的资源（或无响应,FDL,数据）,否定的确认消息,未激活服务,预留,响应,FDL/FMA 1/2,数据低（及发送数据,OK,）,否定的确认消息,无响应,FDL/FMA1,、,2,数据（及数据送据,OK,）,响应,FDL,数据 高（及发送数据,OK,）,(,及发送数据,OK),预留,响应,FDL,数据高（及发送数据,OK,）,预留,响应,FDL,数据低,无用于数据发送的资源（,RDL,）,响应,FDL,数据高,无用于数据发送的资源（,RDH,）,预留,响应,FDL,数据 高（及发送数据,OK,）,(,及发送数据,OK),预留,4.6.1B*),4.6.1B,-“,-“,4.6.2B,4.6.3B,4.6.1B*,4.6.2B,4.6.3B,4.6.2B,4.6.3B,-“,编码号,编码号,服务原语,L/M,状态参数的值（见第,3,部分，,4.1.3,和,4.2.3,）,与短确认,SC=ESH,等同的帧,例外：如果为,FDL,状态请求消息，且无,SC,检查八位组（,FCS,）,检查八位组,FCS,始终位于结束分界符的前面。其结构如下：,图,19 FCS,八位组编码,在无数据字段的长度固定的帧中（见,4.6.1,），检查八位组应通过,DA,、,SA,和,FC,的算术和计算得出，其中不包括起始及结束分界符且不考虑进位数。,数据字段（,DATA_UNIT,）,数据字段由地址字段及,FDL/FMA1/2,用户的用户数据组成。地址字段最短,0,，最长可包含四个地址扩展八位组（见,4.7.2,）。无地址扩展的用户数据最多可包含,246,个八位组。数据传输服务中对用户数据的定义及编译（见第,3,部分，,4.1,节）见本规范的