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PROFIBUS-DP

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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。

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)

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。

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。

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

VendorName="Meglev" ;设备制造商

Model Name="DP Slave" ;产品名称

Revision="Version 01" ;产品版本

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

Hardware Realease="HW1.0" ;硬件版本

Soltware Realease="SWl.0" ;软件版本

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

Implementation Type="SPC3" ;采用的解决方案

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

Module="Module2"0x27,0x17;;模块2.输入输出各8字节

EndModule

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。