PROFIBUS-DP

计算机硬件

PROFIBUS – DP的DP即Decentralized Periphery，是一种计算机电子元件。它具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。它与PROFIBUS－PA（Process Automation ）、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同组成了PROFIBUS标准。

基本信息

行规

PROFIBUS–DP协议明确规定了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的含义是在PROFIBUS行规中具体说明的。另外，行规还具体规定了PROFIBUS－DP如何用于应用领域。使用行规可使不同厂商所生产的不同设备互换使用，而工厂操作人员毋须关心两者之间的差异。因为与应用有关的含义在行规中均作了精确的规定说明。下面是PROFIBUS－DP行规，括弧中数字是文件编号：

（1）NC/RC行规（3.052）

（2）编码器行规（3.062）

（3）变速传动行规（3.071）

（4）操作员控制和过程监视行规（HMI）

传输距离

Profibus的传输速率为9.6K～12Mbps，最大传输距离在9.6K~187.5Kbps时为1000m，500Kbps时为400m，1500Kbps时为200m，3000K~12000Kbps时为100m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。

Profibus是作为德国国家标准 DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而PA则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集，DP型隐去了3～7层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口，FMS型只隐去第3～6层，采用了应用层，作为标准的第二部分。PA型的标准如今还处于制定过程之中，其传输技术遵从IEC1158-2 (1 )标准，可实现总线供电与本质安全防爆。

Profibus支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播 (不要求应答),或有选择地向一组站点广播。

扩展功能

DP扩展功能是对DP基本功能的补充，与DP基本功能兼容。

（1）DPM1与DP从站间非循环的数据传输。

（2）带DDLM读和DDLM写的非循环读/写功能，可读写从站任何希望数据。

（3）报警响应，DP基本功能允许DP从站用诊断信息向主站自发地传输事件，而新增的DDLM－ALAM－ACK功能被用来直接响应从DP从站上接收的报警数据。

（4）DPM2与从站间的非循环的数据传输。

数据文件

为了将不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件（电子设备数据库文件）方式将这些产品的功能参数（如I/O点数．诊断信息．波特率．时间监视等）储存起来。标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根据GSD所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。

GSD文件可分为三个部分：

（1）总规范：包括了生产厂商和设备名称．硬件和软件版本．波特率．监视时间间隔．总线插头指定信号。

（2）与DP有关的规范：包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数．上装/下装能力。

（3）与DP从站有关的规范：包括了与从站有关的一切规范，如输入/输出通道数．类型．诊断数据等。

3 GSD文件格式

GSD文件是ASCII文件．可以用任何一种ASCII编辑嚣编辑如计事本、UltraEdit等，也可使用PROFIBus用户组织提供的编辑程序GSDEdit。GSD文件是由若干行组成，每行都用一个关键字开头，包括关键字及参数(无符号数或字符串)两部分。GSD文件中的关键字可以是标准关键字(在PROFIBUS标准中定义)或自定义关键字。标准关键字可以被PROFIBUS的任何组态工具所识别，而自定义关键字只能被特定的组态工具识别。

一个GSD文件的例子如下。

#Profibus DP ；DP设备的GSD文件均以此关键存在

GSD Revision=1 ；GSD文件版本

设备制造商

产品名称

RevisionNumber=01 ；产品版本号(可选)

IdemNumber=0x01 ；产品识别号

ProtocoI Ident=0 ；协议类型（表示DP）

StationType=0 ；站类型(0表示从站)

FMS Supp=0 ；不支持FMS．纯DP从站

9.6 supp=1 ；支持9.6kbps波特率

19.2 supp=l ；支持19.2kbps波特率

MaxTsdr 9.6=60 ；9.6kbps时最大延迟时间

MaxTsdrl9.2=60 ；19.2kbps时最大延迟时间

RepeaterCtrl sig=0 ；不提供RTS信号

24VPins=0 ；不提供24V电压

FreezeMode Supp=0 ；不支持锁定模式

SyncMode Supp=0 ；不支持同步模式

AutoBaud Supp=l ；支持自动波特率检测

Set SlaveAdd Supp=0 ；不支持改变从站地址

Fail Safe=0 ；故障安全模式类型

MaxUser PrmDataLen=0 ；最大用户参数数据长度(0-237)

Usel prmDataLen=0 ；用户参数长度

Min Slave Imervall=22 ；最小从站响应循环间隔

Modular Station=l ；是否为模块站

MaxModule=l ；从站最大模块数

MaxInput Len=8 ；最大输入数据长度

MaxOutput Len=8 ；最大输出数据长度

MaxData Len=16 ；最大数据的长度(输入输出之和)

MaxDiagData Len=6 ；最大诊断数据长度(6～244)Slave

Family=3 ；从站类型

Module=“Modulel”0x23，0x13；；模块1，输入输出各4字节

EndModule

作用

用于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。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。

①传输技术：RS－485双绞线．双线电缆或光缆。波特率从9.6K bit/s到12M bit/s。

②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。Profibus的理论地址范围：0~127（127为广播地址）。最多可用32个主站，总的站数可达127个（多主）。

③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。

④运行模式：运行．清除．停止。

⑤同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步。

⑥功能：DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。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，三级诊断诊断信息。输入或输出的同步。通过总线给DP从站赋予地址。通过部线对DP主站（DPM1）进行配置，每DP从站的输入和输出数据最大为244字节。

⑦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。

⑧设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程．组态．诊断的设备。第一类DP主站（DPM1）是中央可编程控制器，如PLC．PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器．阀门等；同时也可以是智能从站，即从站支持可编程，一般智能从站即另外一个PLC主机。

速率诊断

①速率：在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传送512 bit/s 输入和512bit/s输出，在12Mbit/s时只需1毫秒。

②诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断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：

·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。

·模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。

·通过诊断操作：一个单独输入/输出位的故障。

构成系统

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．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。每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：

① 一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。

②二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器．组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。

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．驱动器．HMI．阀门等）。

④单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。

⑤ 多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个DPMI．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DP主站允许对DP从站写入数据。

系统行为

系统行为主要取决于DPM1的操作状态，这此状态由本地或总线的配置设备所控制。主要有以下三种状态：

·停止：在这种状态下，DPM1和DP从站之间没有数据传输。

·清除：在这种状态下，DPM1读取DP从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全状态。

·运行：在这种状态下，DPM1处于数据传输阶段，循环数据通信时，DPM1从DP站读取输入信息并向从站写入输出信息。

①DPM1设备在一个预先设定的时间间隔内，以有选择的广播方式将其本地状态周期性地发送到每一个有关的DP从站。

② 如果在DPM1的数据传输阶段中发生错误，DPM1将所有有关的DP从站的输出数据立即转入清除状态，而DP从站将不在发送用户数据。在次之后,DPM1转入清除状态。

循环数据

DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1按照确定的递归顺序自动进行。在对总线系统进行组态时，用户对DP从站与DPM1的关系作出规定，确定哪些DP从站被纳入信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。

DMP1和DP从站之间的数据传送分三个阶段：参数设定．组态．数据交换。在参数设定阶段，每个从站将自己的实际组态数据与从DPM1接受到的组态数据进行比较。只有当实际数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传输阶段。因此，设备类型．数据格式．长度以及输入输出数量必须与实际组态一致。

组态设备

除主－从功能外，PROFIBUS－DP允许主－主之间的数据通信，这些功能使组态和诊断设备通过总线对系统进行组态。

锁定模式

除DPM1设备自动执行的用户数据循环传输外，DP主站设备也可向单独的DP从站．一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令通过有选择的广播命令发送的。使用这一功能将打开DP从站的同步及锁定模式，用于DP从站的事件控制同步。

主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在这种模式中，所编址的从站输出数据锁定在当前状态下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接收到输出的数据，但它的输出状态保持不变；当接收到下一同步命令时，所存储的输出数据才发送到外围设备上。用户可通过非同步命令退出同步模式。

锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。锁定模式将从站的输入数据锁定在当前状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以更新。用户可以通过非锁定命令退出锁定模式。

保护机制

对DP主站DPM1使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视。每个从站都采用独立的控制定时器。在规定的监视间隔时间中，如数据传输发生差错，定时器就会超时。一旦发生超时，用户就会得到这个信息。如果错误自动反应功能“使能”，DPM1将脱离操作状态，并将所有关联从站的输出置于故障安全状态，并进入清除状态。

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