《PROFIBUS-DP数据交换原理简析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PROFIBUS-DP数据交换原理简析（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、PROFIBUS-DP数据交换原理简析李工 时间:2008 年 03月 31日 字 体: 大 中 小关键词:数据交换 I/OPROFIBUS-DP硬件配置接口模块 Tel : 010-51271179 E-mail： 摘 要：针对初学者概念不清的特点，本文在分析典型 DP通讯配置的基础上，总结出 DP通讯数据交换的共性原理和方法。同时给出了组态配置主要步骤的示图，并作了注解。关键词：PROFIBUS-DP、数据交换、DP 通讯、 DP 通讯缓冲区一、前言随着国内工业化进程的不断深入和发展，工业自动化对网络需求日益广泛。西门子自动化产品在竞争中也逐步显示出她卓越的网络性能及优势。这也不足为奇，因
2、为灵活的组网和高效可靠的通讯正是西门子自动化产品的个性所在。而从国家 JB等效采用 PROFIBUS欧洲标准以后，我们更是明显感到市场对 PROFIBUS及 SIEMENS产品认同度的提高。本人日常工作就是技术支持、培训和产品开发与工程服务，在工作中我深切感觉到许多新用户在PROFIBUS入门时的茫然。其原因就在对 PROFIBUS通讯的概念及原理不清。本文试图在分析几种常见通讯的配置和数据交换的基础上，概括说明 PROFIBUS的一些原理性的共同特点，希望对您的工作有所帮助。二、几种典型通讯的实现过程21 概述粗略数一下 PROFIBUS-DP的产品，仅西门子的就有近 30种系列，如果算上能
3、够上 PROFIBUS=DP网的各种仪表、传感器等就更多了。虽然 PROFIBUS-DP产品众多，但概括其工作原理、配置组态内容等特点，主从站主要类别可用如下几种来代表。PROFIBUS-DP主从站种类概括序号 站点特性描述 工作模式 典型产品1 CPU上集成有通讯口 或主或从 315-2DP、412-1、414-32 独立的通讯处理器 或主或从 CP342-5、CP443-53 带 CPU的接口模块 或主或从 IM151/CPU、BM147/CPU4 普通 ET200系列接口模块 从 IM153、IM1515 设备的 PROFIBUS网卡 从 EM277、变频器的 Profibus网卡6 网
4、关 从 DP/RS 232C上述主从站可以组合实现三种典型通讯。这三种通讯是、带 DP口的 CPU主站与从站的通讯；如 315-2DP与 IM153、通讯处理器主站与从站的通讯；如 CP342-5与 EM277、带 DP口的 CPU主站与集成 DP口配置的从站之间的通讯，如 315-2Dp与 315-2DP。在充分理解上面三种典型通讯的原理和配置组态的基础上，其他众多类型主从站实现要领大都差不多。这几种典型方式的具体实现，请见下文分解。22 CPU315-2DP 与 IM153的通讯实现这是最常见的一种 DP式的通讯。配置时在将 CPU插入槽位后，右键点击 DP口首先增加主站，建立网段，最后设
5、置主站的网络参数。随后，将从站 IM153挂到网上并赋值网络参数。注意主从站网络参数的一致性。最后，将从站上的模板插入相应槽位即可。硬件配置一旦下载到 CPU，主从站之间的数据交换即自动进行。在这种配置下，分布 I/O通过 IM153直接映射到 CPU内存。硬件配置表中的地址内存存放的就是分布 I/O的状态，见图三。配置要点见图一所示步骤。23 CPU314+CP342-5 与 EM277的通讯实现CP342-5作为主站也是最常见的 DP通讯之一。配置过程较复杂，主要步骤参见图 46。首先，我们将CP342-5放入槽位后需要开通主站，建立网段，相应网络参数的设定是必须的，大多数情况下可以沿用系
6、统默认值。然后就是从站的组态。在硬件目录中找到所用从站 EM277，挂接到主站所控制的网段上。从站的参数设置与主站看齐。最后是 EM277的数据交换区的定义，见图 6。很多用户问，此时硬件配置能组态的都完成了，为什么下载配置后总线故障灯还亮？仔细分析前面的配置，实际上我们只定义了 CP342-5与 EM277之间通讯必须的网络状态和参数。而分布 I/O数据传递到了 CP342-5之后，如何与 CPU内存的对应没有声明。所以通讯是不通的。这也是 FC1（DP_SEND）、FC2（DP_RECV）在通讯中所发挥的作用。以图 6示例，如果要实现 CPU中 DB1与 EM277之间 I/O双向 8By
7、te数据的交换，我们还需要运行下面这段程序。CALL DP_SENDCPLADDR:=W#16#100 ；CP342-5 的地址，16 进制SEND :=P#DB1.DBX0.0 BYTE 8 ；DB1 的 07共 8个字节发往 CP342-5DONE :=M10.0ERROR :=M10.1STATUS :=MW12CALL DP_RECVCPLADDR :=W#16#100 ；CP342-5 的地址，16 进制 RECV :=P#DB1.DBX8.0 BYTE 8 ；将 CP342-5发来的 8个字节存入 DB1的 815字节，NDR :=M20.0ERROR :=M20.1STATUS
8、:=MW22DPSTATUS:=MB24编程到这里，有了 FC1、FC2 的参与，通讯中数据传递的链路就完整了。CPU 与-CP342-5 的数据交换，需要调用功能函数，而 CP342-5与从站 EM277的信息交换是由 CP342-5的运行选择开关触发自动进行。因此，概括 CPU314+CP342-5与 EM277通讯的数据交换过程可以用如下模型来描述。CPU314 CP342-5 EM277DB1.DBB0 FC1 QB0 VB0. . . . . . FC1 . . . . . . . . . . . .DB1.DBB7 FC1 QB7 VB7DB1.DBB8 FC2 IB0 VB8.
9、. . . . . FC2 . . . . . . DB1.DBB15 FC2 IB7 VB1524 CPU315-2DP 与 CPU315-2DP的通讯实现两个 315-2DP主站之间的数据交换是 DP主站间通讯的典型示例。从硬件配置的过程来看，主站间通讯的组态与前两种有明显不同，图 7图 9是组态的主要过程。由于定义主站需要用到从站的组态，所以这里我们必须首先对从站进行配置。首先完成从站的硬件配置，然后按图 7所示，定义 CPU的 DP端口工作模式为 “DP SLAVE”，存盘。在配置好主站的其他硬件后，遵循图 8所示，激活 CPU端口的主站，建立网段。再在硬件目录中找到/PROFIBUS
10、-DP/Configured Stations/CPU31 X，接入网络。系统马上弹出“DP Slave Properties”窗口,在这里我们就可以看到前面已经初步配置的从站 CPU，参见图 8。点击“Connect”进入数据交换区的设置。具体交换区的建立和参数定义是根据实际应用的数据特点、数据量来定的。图 9给出了相关参数设置内容，其中参数概念清晰，不再赘言。需要注意的一是在 MS（主从）mode 下，主站的 I内存对应从站的O，主站的 O内存对应从站的 I。而在 DX（直接）mode 下，是 I对 I，O 对 O，没有交叉。另外需注意数据的一致性。从上面的组态过程可以看出，DP 主站间的
11、数据通讯也是通过缓冲区来实现的。由于缓冲区建立在各自 CPU的内存，硬件组态后即完成了通讯所有相关内容的定义。下图描述了主站间通讯的原理过程。Master Mode=MS Slave Master Mode=DX SlaveO2 I12 O0 O20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .O9 I19 O7 O27I16 O16 I16 I26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .I31 O31 I31 I41三、PROFIBUS-DP 数据交换原理分析虽然上文我们只介绍了两种主站和两
12、种从站，但已经描述出 DP通讯的共同特点。带 CPU的接口模块与带集成端口的 CPU的组态基本一样，各种 CP之间也没有太大差别，而所有 DP从站的不同仅仅在于数据交换区大小和组成上的一点差异，组态中所涉及的概念、方法、原理没有两样。从配置组态的过程能明显看出 DP设备工作遵循共同的原理。如果从机架扩展的角度来看，分布 I/O只是本地机架扩展的补充。因此，网络配置中应用的也是类似的概念。如从站的接口模板都是以机架的形式挂接到网络上的，不同从站的差别一是机架上扩展的槽位数不同，二来是不同从站所带的“摸板”种类不同，三是相应槽位上能插接的“摸板”不同。广义上讲，不同类型不同密度的摸板本质上就是不同
13、结构的通讯数据交换区。尽管主站间通讯配置没有体现机架的概念，但随后数据交换区的定义则形象地体现了槽位和模板的概念。从数据交换的角度看，主站间通讯本质上与普通主从通讯是一样的。差别仅在两者上网的名份不同，主站间通讯的从站是以“站点”的形式，而后者如前所述，是以机架的形式。因此我们可以用下面的图来表述 DP通讯中数据交换的基本原理。Master Slave发送单元 1 接收单元 1. . . . . . . . . . . . 发送单元 n 接收单元 n接收单元 1 发送单元 1. . . . . . . . . . . . 接收单元 n 发送单元 n虽然，IM153 与主站通讯没有体现对应的两个
14、缓冲区，如果我们将其看成两个缓冲区完全重叠的特例，数据交换的基本原理没有变。四、小结通过灵活多变可配置的数据交换区实现 DP主从站的数据通讯是 DP通讯的的基本原理。明白这个道理后，就可将 DP网络的组态配置分为两部分，一是网络参数的设置，主要参数有网段、站号、波特率、协议规程、最高站号。另一方面就是数据交换区的定义。主要内容有输入/输出类型（“模板类型”）、交换区大小（模板 I/O密度）、起止地址、数据一致性等几方面。多数情况下，网络正常工作的配置组态内容就已经齐备。当然，如果主站由 CP担当，则还需要调用 FC1、FC2 实现 CP与 CPU的数据交换。这些概念和原理、特征和方法不是只针对西门子的产品，因为 PROFIBUS是开放的国际标准。只要是遵循 PROFIBUS规程的产品，组态配置所面对的问题和办法都是一样的，你所知道、所认识、所掌握的知识和技能也都是适用的。配置时只要沿着原理所指明的方向，概念明确，组网非难事。
