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1、PROFIBUS-DP协议简介PROFIBUS-DP协议简介 王丽君王丽君 ?PROFIBUS简介PROFIBUS简介 ?PROFIBUS-DP概述PROFIBUS-DP概述 ?主-从通讯过程主-从通讯过程 ?PROFIBUS-DP从站测试大纲PROFIBUS-DP从站测试大纲 现场总线技术现场总线技术 ?现场总线是工业通讯系统，它使用一类传 输介质(如双绞线、光纤等)，用比特串传 输，将分散的现场设备(如传感器、执行机 构、驱动器、变送器等)连线到中央控制或 管理系统。现在主要的总线技术包含在国 际标准IEC61158(主要为协议部分)和 IEC61784(主要为行规)中。PROFIBUS是
2、其 中的重要组成部分。 ?国际标准IEC61158共有10种类型： 类型1：FOUNDATIONH1；类型2：ControlNet；类型3： PROFIBUS；类型4：P-Net；类型5：FOUNDATIONHSE；类 型6：SwiftNet；类型7：WorldFIP；类型8：INTERBUS；类 型9：IECTS61158（仅为纯粹的理论标准）；类型10： PROFInet。 ?PROFIBUS标准IEC61158提供了3种传输方式： 1 RS-485：针对工厂制造环境普遍的要求，适用于 DP，FMS； 2 MBP(曼彻斯特)：针对过程自动化的要求，具有本质 防爆特性，适用于PA； 3光纤(
3、FO)：可以提高抗干扰和传输距离。 PROFIBUS简介PROFIBUS简介 ?PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监 控和现场设备层数据通信与控制的现场总 线技术。可实现现场设备层到车间级监控 的分散式数字控制和现场通信网络，从而 为实现工厂综合自动化和现场设备智能化 提供了可行的解决方案。 PROFIBUS简介PROFIBUS简介 ?PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备 生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动 化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他 领域自动化。 ?1996年成为欧洲工业标准（EN50170V.2） ?1999年成为国际标准（IEC61158-3
4、 TYPEIII） ?2001年被批准成为中华人民共和国工业自动化领 域行业标准中唯一的现场总线标准 （JB/T10308.3-2001） PROFIBUS简介PROFIBUS简介 ?PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP、 PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。 ?FMS(Fieldbus Message Specification)是设计用于 车间级的通讯，在车间级主要是可编程控制器(如 PLC和PC)间的通信。FMS可以看作是DP的先驱。 ?DP(Decentralized Peripherals)用于主站与从站设 备间进行简单、快速循环的过程数据交换，
5、主要 侧重于工厂自动化。 ?PA(Process Automation)侧重于过程自动化，典 型的使用MBP-IS传输技术，要求总线供电、本质 安全。（MBP-曼彻斯特） PROFIBUS簇PROFIBUS簇 PROFIBUS的基本特性PROFIBUS的基本特性 PROFIBUS-DP简介PROFIBUS-DP简介 ?PROFIBUS-DP用于现场层现场层的高速数据传送。 主站周期地读取从站的输入信息并周期地 向从站发送输出信息。除周期性用户数据 传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设 备所需的非周期性通信以进行组态、诊断 和报警处理。 PORFIBUS-DP的基本功能PORFIBU
6、S-DP的基本功能 ?传输技术：RS-485双绞线、光缆。波特率从 9.6Kbit/s到12Mbit/s。 ?总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为 主-从传送。支持单主或多主系统。总线上最多站 点（主-从设备）数为126（包括中继器）。最多 可分4段(用3个中继器)，每段不超过32个（不包 括中继器）。 ?通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指 令）。循环主-从用户数据传送和非循环主-主数 据传送。 PROFIBUS-DP的基本功能PROFIBUS-DP的基本功能 ?运行模式：运行、清除、停止。 ?同步：控制指令允许输入和输出同步。输出同步： 同步模式；输入同步：冻结模式（锁定模式）
7、。 ?功能：DP主站和DP从站间的循环用户数据传送； 各DP从站的动态激活和可激活；DP从站组态的检 查；强大的诊断功能，三级诊断信息；输入或输 出的同步；通过总线给DP从站赋予地址；每个DP 从站的输入和输出数据最大为246字节。 PROFIBUS-DP的基本功能PROFIBUS-DP的基本功能 ?可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离 HD=4进行。DP从站带看门狗定时器（Watchdog Timer）。对DP从站的输入/输出进行存取保护。 DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。 海明距离：帧完整性的一种度量。可以检查以下 错误：字符格式错误、协议错误、错误的起始/终 止定界符；错
8、误的帧校验字节；错误的报文长度。 PROFIBUS-DP的基本功能PROFIBUS-DP的基本功能 ?诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断功能能 对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并 由主站采集。诊断信息分三级：1） 本站诊断操 作：本站设备的一般操作状态，如温度过高、压 力过低 ；2） 模块诊断操作：一个站点的某具体 I/O模块故障。 3）通道诊断操作：一个单独输入 /输出位的故障。 PROFIBUS-DP的基本功能PROFIBUS-DP的基本功能 ?系统配置：PROFIBUS-DP允许构成单主站或 多主站系统。在同一总线上最多可连接126 个站点。系统配置的描述包括：站数、
9、站 地址、输入/输出地址、输入/输出数据格 式、诊断信息格式及所使用的总线参数。 PROFIBUS-DP的基本功能PROFIBUS-DP的基本功能 ?设备类型：每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种 不同类型设备： (1) 一类DP主站（DPM1）：一类DP主站是指 PLC、PC或可做一类主站的控制器。一类主站完成 总线通信控制和管理。 (2) 二类DP主站（DPM2）(可选)：二类DP主站 指操作员工作站(如PC机加图形监控软件)、编程器、 操作员接口等。完成各站点的数据读写、系统配置、 故障诊断等。 (3) DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集 和发送的外围设备（I/O设备、驱
10、动器、HMI、阀门 等）。 PROFIBUS-DP的扩展功能PROFIBUS-DP的扩展功能 ?DPM1和DP从站间的扩展数据通信：非循环 通信功能 ?DPM2 (二类主站)与从站间的扩展数据传送 PROFIBUS-DP行规PROFIBUS-DP行规 ?NC/RC行规 ?编码器行规 ?变速传动行规 ?操作员控制和过程监视行规（HMI） PROFIBUS-DP传输技术（物理层）PROFIBUS-DP传输技术（物理层） 传输特点 ?RS485传输技术,又称H2，高速 ?依据RS485，异步不归零(NRZ)传输 ?波特率从9.6kBit/s到12MBit/s，可选 ?双绞屏蔽电缆 ?每段32个站，最
11、多允许126个站 ?有中继器距离可延长到10公里 ?9针, D型插头 电缆规格有A、B两种，推荐使用A型电缆 不同传输速度时的电缆长度 波特率 kbit/s 波特率 kbit/s 9.619.293.75187.55001500 A型电缆 长度（m） 1200120012001000400200 B型电缆 长度（m） 12001200120060020070 PROFIBUS-DP系统构成PROFIBUS-DP系统构成 *单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活 动主站。 PROFIBUS-DP系统构成PROFIBUS-DP系统构成 ?多主站系统：总线上连有多个主站。这些 主站与各自从站构
12、成相互独立的子系统。 每个子系统包括一个DPM1、指定的若干从 站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可 读取DP从站的输入/输出映象，但只有一个 主站(在系统配置时指定的DPM1)允许对DP 从站写入数据。多主站系统的总线循环时 间要比单主站系统长一些。 DP协议的版本DP协议的版本 ?DP通讯协议目前有3个版本 ?DPV0提供DP基本功能，包括循环的数据交换循环的数据交换，以及设 备诊断、模块诊断和通道诊断功能。 ?DPV1包含用于参数赋值、操作、智能现场设备的报警 处理、故障安全通信(PROFIsafe)等非循环的数据通讯非循环的数据通讯。 此外，DPV1有三种附加的报警类型：状态报警、
13、刷新 报警和制造商专用报警。 ?DPV2主要包括根据驱动技术的需求而增加的其他功 能，如时钟同步或时标功能、DP上的HART协议、冗余 功能、从站对从站通信从站对从站通信等。 PROFIBUS系统冗余PROFIBUS系统冗余 ?冗余：指系统资源备份，俗称双机工作模式。 ?核电厂控制等要求可靠性高的场合，要求PROFIBUS系统应 具有冗余功能。 ?PROFIBUS包括3种不同方面上的冗余技术：主站冗余、总 线（电缆的）冗余和从站冗余。 主站冗余：指在系统中设置两个同样配置的主站 总线（电缆的）冗余：指传输导线级别的双总线结构 从站冗余：指每个从站有主从站和备份从站两个模块部分 NM系列中PRO
14、FIBUS-DP的应用NM系列中PROFIBUS-DP的应用 ?NM系列核电控制系统采用现场总线PROFIBUS-DP作为通信 协议。主站模块通过PROFIBUS-DP连接设备级分散的I/O 模块。 ?NM系列的网络结构： 每个硬件系统由2个冗余的主控制 器模块和最多126个从站I/O模块组成，其中主控制器由主、 从双机冗余配置，支持系统网冗余配置、控制网冗余配 置，支持热插拔和掉电保护功能。I/O模块支持控制网DP 通信冗余。网络冗余包括通讯接口、总线接头、总线电缆 等的冗余。NM系列核电控制系统通信协议结构如下图所示。 总线存取控制总线存取控制 用户数据交换原理用户数据交换原理 帧格式帧格
15、式 ?帧字符 帧格式帧格式 1) 无数据字段的固定长度的帧 2) 有数据字段的固定长度帧 3) 有可变数据字段长度的帧 4) 令牌帧令牌帧 SD1DASAFCFCSEDSYN SD1DASAFCFCSED ?A）请求帧的格式： ?B）应答帧的格式： ?SYN同步时间，最小33个线空闲位 ?SD1开始定界符，值：10H ?DA 目的地址 ?SA源地址 ?FC功能码 ?FCS帧检查顺序，等于帧中的除了起始符SD和结束符ED域外的所有各域的二进制代数和。 ?ED结束定界符，值：16H 1)无数据字段的固定长度的帧1)无数据字段的固定长度的帧 FCS ?B）应答帧的格式： SD2LELErSD2 DA
16、TA_UNIT EDDASAFC ?传输规则 ?1)线空闲状态相当于信号电平为二进制“1” ?2)每个主动帧之前应该至少有33个线空闲位（同步时 间）。 ?3)在帧的UART字符之间不允许空闲状态。 ?4)接收器检查：开始位，停止位和奇偶校验位正确与 否。 SD1（以及SD2和SD3)具有海明距离HD4并保证传输 安全。 1)无数据字段的固定长度的帧1)无数据字段的固定长度的帧 2)有数据字段的固定长度帧2)有数据字段的固定长度帧 SD3DASAFC DATA_UNIT SYN ?B）回答帧的格式： ?SYN同步时间，最小33个线空闲位 ?SD3开始定界符，值：A2H ?DA 目的地址 ?SA源地址 ?FC功能码 ?DATA_UNIT 数据字段，固定长度8个八位位组 ?FCS帧检查顺序，等于帧中的除了起始符SD和结束符ED域外的所有各 域的二进制代数和。 ?ED结束定界符，值：16H ?A）发送/请求帧的格式： FCSED SD3DASAFC DATA_UNIT FCSED ?传输规则：与不带数据字段的固定长度帧的传输规则相同。 3)有可变数据
