Profibus-DP规范〔草案〕1 范围和目的41.1 目的41.2 范围41.3 术语41.4 概述62 规范性引用文件73 物理层定义73.1 RS-485物理传输方式73.2 电气特性73.3 总线连接器73.4 总线电缆83.5 接地,屏蔽83.6 总线终端器93.7 物理层和介质冗余94 链路层定义104.1 数据传输功能104.2 帧结构11 帧字符〔UART字符〕11 传输规则11 位同步124.3 帧格式12 无数据字段的固定长度的帧SD112 有数据字段的固定长度的帧SD313 有可变数据字段长度的帧SD213令牌帧SD4144.4 循环和系统响应时间15 令牌循环时间15 报文循环时间15 系统反应时间165 PROFIBUS-DP通信模型175.1 协议结构175.2 通信关系195.3 功能概述216 PROFIBUS-DP应用层实现236.1 Prifibus DP从站状态机236.2 Prifibus DP从站初始化报文过程23 检查从站是否存在23 初始化前的诊断信息23 设置从站参数24 校验组态数据24 初始化后的诊断信息25 数据交换25 从站参数化中Watchdog时间因子266.3 保护测控装置数据在Profibus-DP中的映射26 遥信与遥测27 遥控功能27 远方信号复归28 装置对时28 电度量读取28 定值读写28 压板读写29 保护模拟量读取296.4 保护管理机DP主站功能要求301 范围和目的1.1 目的本规范定义了自动化系统统一的基于串行口的传输规范和应用层规范,使得自动化系统内的设备能够在一致的传输规范上通讯以与相互联系.1.2 范围本规范适用于电厂与变电站需要通过Profibus-DP协议相互通讯的设备,也可以在其他一些相似的系统中使用.本规范定义了自动化系统内部基于串行口通讯传输的规定,包括了串行口物理层定义、数据链路层定义、通信模型、应用层实现、其它说明.1.3 术语表：术语应答帧从远程〔响应的〕FDL实体向本地〔发起的〕FDL实体传送一个"事务处理"的状态主动帧一个数据帧或请求帧,在所有"事务处理"中它是第一个传输的帧非循环服务一个FDL服务,它包括单个数据传输或数据交换,例如,单个"事务处理"地址扩展一个LSAP地址或总线ID,它在帧的DATA_UNIT的开始处被传输.当前主站现在持有令牌的主站〔令牌持有者〕,它是所有传输的发起者.FDL状态FDL实体的"令牌环"状态,该实体在回答帧的FC字段中传送.现场总线管理协议/实体,它初始化、监视、报告和管理FDL和PHY实体的实现帧在总线上传输的数据包〔"packet"〕帧首帧最前端的部分,它标识帧的SA, DA和FCGAP 维护一个FDL实体为了测定在它的GAP中所有FDL实体的FDL状态所采取的动作〔请求FDL状态〕.Gap FactorProfibus的主站获得多少次令牌后,应允许有新站插入, 次数即是 Gap Factor最大令牌循环时间从令牌离开本站开始计时 的时间值,令牌再次到达本站时,该计时值清零.该值与最大令牌循环 时间的差值即是本站可以控制令牌的时间实际令牌运行时间从令牌离开本站开始计时 的时间值,令牌再次到达本站时,该计时值清零.该值与最大令牌循环 时间的差值即是本站可以控制令牌的时间Slot Time主站发出数据帧之后,等待响应的时间值令牌传递此事务处理由令牌帧、成功传递的确认和对不存在站的空闲地址〔此地址在GAPL中,但对请求FDL状态帧不响应〕所必须的重试组成.存取保护由于其他DP主站而禁止此主站对一个DP从站的存取地址分配表以其中的一个表作为例子,PLC地址分配给分散的输入与输出组态在起动阶段,为与实际的组态相比较,DP主站〔1类〕发送期望的组态到DP从站.组态出错假如DP从站检查到期望的组态与实际的组态有差别,在诊断信息中设置一个出错标志.控制定时器- DP从站的可调控定时器用于检查指定的DP主站故障.- DP主站〔一类〕的可调控定时器用于监视与相应DP从站 的用户数据交换模式.分散外围设备输入或输出装置,它们通过快速的串行链路连接到中央控制器.缺省地址在DP从站初始清除的情况,它将其地址改变为地址126.诊断信息呈现在DP主站〔1类〕或DP从站上的状态或出错信息.DP主站〔1类〕轮询指定的DP从站并处理用户数据交换的DP主站.DP主站〔2类〕作为组态或诊断工具的DP主站；通常是一种编程设备.期望的组态与实际的组态结构相同.在起动阶段期间,DP主站〔1类〕将传递此信息到DP从站,以作比较.冻结输入或输出将对输入或输出进行更新.这种状态一直保留到接收了下一个控制命令为止.标识符在组态阶段对于一个DP从站的每一个输入和/或输出范围,定义一个标识符字节.主站参数集主站参数集包括分配到对应DP主站的所有DP从站的组态与参数化数据,以与通用的总线参数.混合模式PROFIBUS-FMS与PROFIBUS-DP设备在同一传输介质上同时运行.实际组态DP从站的输入与输出数据范围的数量与宽度.此外,在实际组态中包含对数据连续性的描述.1.4 概述PROFIBUS规范定义串行现场总线的技术和功能特性.串行现场总线的宗旨是解决数字现场设备或中、低功能系统的互连问题.这些设备或系统,诸如传感器、执行机构、变送器、可编程控制器、数控装置〔NC〕、编程设备和本地人机接口等.现场控制系统通常以一个中央控制和管理装置为基础,它与若干个分散在现场的设备和小系统相连接.在这种情况下,主要数据是集中地定向并循环的从现场设备传输到中央数据处理单元或上一级控制系统.系统包括主站和从站.当主站获得存取权〔称为令牌〕时,它能控制这个总线,即它无须远程请求就可以传输报文,而从站仅能应答所接收的报文或在一个远程请求后传输数据.令牌按照由主站形成的逻辑令牌环而循环.如果系统仅包括一个主站,如一个中央控制和管理站,则不需要令牌传递.这是一个纯单主/多从系统.最小配置包括一个主站和一个从站或两个主站.物理层定义传输介质以适应不同的应用.它包括长度、拓扑、总线接口、站点数和从9.6kbits/s到12000 kbits/s可变的数据传输速率等.在用户接口中,有共同的存取方式、传输协议和共同的服务.为使系统开销最小和提高效率,基于ISO/OSI开放系统互连模型,PROFIBUS采用三层模型.模型图如下：层7：应用层DPPAFMSFMA7LLI3~6层空层2：数据链路层FLCFMA 1/2MAC层1：物理层PHYPROFIBUS的层次结构2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而构成为本规范的条款.IEC61158-3：PROFIBUS规范 第一部分：标准部分总论IEC61158-3：PROFIBUS规范 第二部分：物理层规范和服务定义IEC61158-3：PROFIBUS规范 第三部分：数据链路层服务定义IEC61158-3：PROFIBUS规范 第四部分：数据链路层协议规范IEC61158-3：PROFIBUS规范 第六部分：应用层协议规范IEC61158-3：PROFIBUS规范 第八部分：用户规范3 物理层定义3.1 RS-485物理传输方式基于EIA定义的RS-485方式的物理层被PROFIBUS系统所采用,是PROFIBUS应用中常采用的方式,其应用即适用于高速传输的系统,也适合于简单、廉价、需快速铺设的场合.RS-485采用平衡差分传输方式,在一个两芯卷绕且有屏蔽层的双绞电缆上传输大小相同而方向相反的电流,以削弱工业现场噪声,且避免多个节点间接地电平差异的影响.3.2 电气特性拓扑：线性总线,在两端有终端器,短截线≤0.3米,无分支介质：屏蔽双绞线,推荐使用PROFIBUS专用线,俗称紫线,其最外层为铜丝网再里面是锡箔纸.总线长度：≤1200米,取决于数据传输速率和电缆类型.站数：每段不超过32〔主站,从站或中继器〕个站,最多可接127个站.数据传输速率：9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500 kbits/s,可支持更高的数据传输速率,实际使用时宜采用1.5Mbps通信.收发器芯片：例如MAX485或其他.3.3 总线连接器每个设备通过9针D-Sub型连接器与介质连接.连接器的插座装在设备内,而插头安装在总线电缆上.电缆段与设备之间的连接用T型连接器来实现,它包含3个9针D-Sub型连接器〔两个插头和一个插座〕.这样的T型连接器允许在不切断电缆和不中断运行的情况下断开或更换设备〔断开〕.连接器示意图：3.4 总线电缆PROFIBUS-DP常用的有两种不同的电缆,其技术特征如下表所示,其中B类是早期使用的产品,现在已基本不用.在工程使用中建议使用A类电缆,其外表层的颜色为紫色,俗称紫线.两类电缆表. 电缆规格电缆参数A型B型特征阻抗/Ω135 ~ 165100 ~ 130单位长度电容/<30<60回路电阻/ <Ω/m>110-缆芯直径/ mm0.640.32缆芯截面积/ mm2≥0.34≥0.22传输的有效作用距离〔每个段中〕是与传输速度相关的.下面的表指出两类电缆〔A和B〕对不同传输速度时的最大长度.表. 不同传输速度时的电缆长度波特率[kbit/s]9.619.293.75187.55001500A型电缆长度〔m〕1200120012001000400200B型电缆长度〔m〕120012001200600200703.5 接地,屏蔽如果使用屏蔽双绞电缆,则建议通过低阻抗〔即低电感〕连接方式连接电缆两端的屏蔽和保护地.为了达到一个合理的电磁兼容性,这样做是必须的.屏蔽电缆和保护地间的连接最好通过D-Sub型连接器的金属外壳和金属固定螺钉做成.3.6 总线终端器A型和B型总线电缆的两端应该分别使用RtA和RtB来端接.在EIA RS-485中规定的端接电阻Rt是以下拉电阻Rd〔与数据地DGND连接〕和上拉电阻Ru〔与正电压VP连接〕做补充.当没有站进行传输〔即空闲时间〕时,这个补充迫使不同的状态电压〔即导体间的电压〕趋于一个确定值.被指定为终止总线的站〔与总线终端器共态〕,在总线连接器的针脚6,应该为电压正〔例＋5V±5%〕.导线B,红色数据线〔＋〕RxD/TxD-P<3>导线A,绿色数据线〔－〕RxD/TxD-N<8>Ru = 390ΩRtA = 220Ω或RtB = 150ΩRd = 390ΩDGND<5> VP <6>假定电源供电电压为＋5V±5%,则推荐如下的电阻值：RtA=220Ω±2%,最小1/4W；RtB=150Ω±2%,最小1/4W；Ru＝Rd=390Ω±2%,最小1/4W；供。