Profibus DP模拟主站通信机制分析.pdf

Profibus DP 模拟主站通信机制分析 2013 年 1 月 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 Ver1 1 2013 年 1 月 Showman Profibus DP 模拟主站通信机制分析 2013 年 1 月 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 1 概述概述 Profibus DP 是一种主从模式的现场总线技术 Profibus DP 网络上的所有通信 行为都是由主站发起的 从站只能被动响应主站的服务请求 DP 网络上的主站 有两种 分别是一类主站和二类主站 其中二类主站负责网络配置 组态和监视 功能 如西门子的 CP5611 加上 Step7 软件 一类主站负责系统控制功能的实现 如西门子的 S7 300 PLC 用户在调试 DP 从站的时候 首先需要考虑如何构建 DP 网络调试系统 西 门子公司推荐的 DP 网络调试解决是采用由 CP5611 通信卡 ComProfibus 软件和 待调试 DP 从站组成的调试系统 其中 CP5611 通信卡与 ComProfibus 软件合起 来实现一类和二类主站的功能 即将一类主站和二类主站的功能合二为一 或者 采用由 Step7 组态 编程软件 CP5611 通信卡 二类主站 PLC 一类主站 和待 调试从站构成的网络调试系统 这两种 Profibus DP 网络调试方案对普通用户 尤 其是学生 来说成本有些高 尤其是后者 因此 如何创建一个集一类主站和二 类主站功能于一体的 低成本的 DP 网络调试软件或者设备会有利于普通用户的 学习和调试工作 在开发 DP 主站的过程中 必然涉及到通信协议的问题 对于普通的软件开 发者来说 研究并编写 DP 主站通信协议是很有难度的 接触过 DP 通信协议的 用户可能会感觉到 DP 主站协议虽然复杂 但在工作过程中能用到的只是很少 一部分 且极有规律 这里我们主要介绍一类主站与从站之间的通信过程 具体包括通信过程 报 文内容分析等 希望根据上述分析内容 软件开发者可以自行开发出简单的 DP 主站调试软件 2 DP 主主 从站从站通信过程通信过程分析分析 在 DP 网络的组态 配置 控制过程中 用户的组态 和配置信息 如 DP 从站的地址 每个从设备的模块配置信息等 和控制程序由二类主站通过 MPI 接口或 DP 接口下载到一类主站 如 S7300 PLC 中 一类主站根据配置信息对 指定从站进行参数化 模块配置等操作 最后实现主 从站之间的数据交换操作 进入到 DATA EXCHANGE 状态 从站的工作状态包括以下三个阶段 即 WAIT PRM WAIT CFG 状态 和 DATA EXCHANGE 状态 主站通过 Get Diagnostics 服务来获取从站的工 作状态 从站上电后 经过设备初始化过程后 会直接进入到 WAIT PRM 状态 在此状态下 主站通过 Set Prm 服务对从站进行参数化设置操作 在没有问题的 情况下 从站会进入到 WAIT CFG 状态 当从站接收到主站的 Check Cfg 服务请求后 且检查 CFG 数据无误后 则进入到 DATA EXCHANGE 状态 如果用户用 SPC3 VPC3 等协议芯片开发 DP 从站的话 则此时芯片的 XDATAEXCH 引脚会由高转低 用户会在此引脚处接一个 LED 灯 灯亮时则表 示芯片已经进入 DATA EXCHANGE 状态 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 2013 年 1 月 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 3 模拟模拟主站通信主站通信机制机制 用户在开发模拟主站需要注意这样一个问题 即模拟主站必须以最小时间间 隔不停地向网络上发送报文 包括 FDL status Set Prm Get Diagnostics Check Cfg Data Exchange 等 发送最小时间间隔建议设为 200ms 或者更小 超 过 这 个 时 间 间 隔 从 站 会 因 为 波 特 率 检 测 看 门 狗 超 时 而 经 常 处 于 BAUD Research 状态 从而不会响应用户请求 主站会维护两个列表 一个是活动设备列表 ActiveDevList 另一个是配置设 备列表 CfgDevList 活动设备列表记录了所有在线从站 是动态变化的 配置设 备列表是由用户配置生成 包括所有参与系统控制任务的从站 正常情况下 配 置设备列表是活动设备列表的子集 需要注意的是 配置设备列表中的从站有可 能没有在线 需要说明的是 在 DP 帧结构定义中 SD1 SD2 SD4 SD4 表示帧前定界符 DA 表示目的地址 SA 表示源地址 SSAP 表示源服务访问点 DSAP 表示目的 服务访问点 FC 表示帧控制符 ED 表示帧尾定界符 FCS 表示帧校验和 有效 通信数据的简单累加和 当 DA 或 SA 的 bit7 为 1 时 表示在 DATA UNIT 中有 DSAP 和 SSAP 存在 Step1 建立活动设备列表 向指定从站顺序 定期地发送 FDL status req 报文 从站地址范围在 TS 本 主站地址 到 NS 下一个主站地址 之间 且不含 TS 和 NS 从站地址到达 NS 1 后 再从 TS 1 重新开始 反复进行 TS 和 NS 的值可由用户自行确定 如 TS 0 x02 NS 32 则从站地址会在 0 x03 和 31 之间变化 主站发送出 FDL status req 报文后 则启动单次定时器 时间可设为 5ms 如果在定时器超时前收到响应报文 则表示此从站在线 然后停止定时器 如果 定时器超时 则表示此从站没有在线 设从站地址为 AddrS 则 FDL status req 报文格式如表 3 1 所示 表 3 1 FDL status req 报文 SD1 DA SA FC FCS ED 10 AddrS TS 49 16 注 1 FCS 为 DA SA FC 的简单累加和 如果从设备在线 则返回 FDL status rsp 报文格式如表 3 2 所示 用户收到 响应后 需要进行 FCS 检查 即自行计算出 FCS 与报文中的 FCS 比较 表 3 2 FDL status rsp 报文 SD1 DA SA FC FCS ED 10 TS AddrS 00 16 注 1 FCS 为 DA SA FC 的简单累加和 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 2013 年 1 月 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 Step2 诊断从站 1 主站向配置设备列表中的从站 必须在线 发送 Get Diagnostics req 报文 设从站地址为 AddrS 则报文格式如表 3 3 所示 表 3 3 Get Diagnostics req 报文 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 05 05 68 0 x80 AddrS 0 x80 TS 5D 3C 3E 16 注 1 FCS 为 DA SA FC 和 DATA UNIT 的简单累加和 只有当从站返回如表 3 4 所示的响应报文时 才能进行后续步骤 表 3 4 Get Diagnostics rsp 报文 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 0B 0B 68 0 x80 TS 0 x80 AddrS 08 3E 3C 02 05 00 FF 08 02 16 注 1 FCS 为 DA SA FC 和 DATA UNIT 的简单累加和 此响应内容表示从站还未被其它主站控制 且处于 WAIT PRM 状态 Step3 参数化从站 主站通过 Set Prm 服务对从站进行参数化服务 这里设置 Lock Req 1 Sync Req 1 Freeze Req 1 Watchdog On 1 WD Fact1 11 WD Fact2 13 即 WD Factor 1430 msec MinTsdr 11 bit times Ident Number 0 x0802 具 体 Set Prm req 报文如表 3 5 所示 表 3 5 Set Prm req 报文 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 0C 0C 68 0 x80 AddrS 0 x80 TS 7D 3D 3E B8 0B 0D 0B 08 02 00 16 注 1 FCS 为 DA SA FC 和 DATA UNIT 的简单累加和 从站接收到 Set Prm req 后 会立即发送一个字节的短确认报文 即 E5 Step4 检查配置 主站通过 Check Cfg req 向从站发送模块配置信息 如表 3 6 所示 其中 XX 序列表示配置数据 表 3 6 Check Cfg req 报文示例 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 5 Len 5 Len 68 0 x80 AddrS 0 x80 TS 5D 3E 3E XX XX XX 16 注 1 FCS 为 DA SA FC 和 DATA UNIT 的简单累加和 2 模块配置数据 XX XX XX 3 Len 为模块配置数据长度 从站接收到 Check Cfg req 后 首先发送一个字节短确认报文 即 E5 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 2013 年 1 月 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 Step5 诊断从站 2 主站再次向发送 Get Diagnostics req 报文 以期获取参数化和检查配置操作 的结果 则报文格式如表 3 7 所示 表 3 6 Get Diagnostics req 报文 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 05 05 68 0 x80 AddrS 0 x80 TS 5D 3C 3E 16 注 1 FCS 为 DA SA FC 和 DATA UNIT 的简单累加和 只有当从站返回如表 3 7 所示的响应报文时 才表示前面的操作是成功的 后面才可以进行数据交换操作 表 3 7 Get Diagnostics rsp 报文示例一 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 0B 0B 68 0 x80 TS 0 x80 AddrS 08 3E 3C 00 0C 00 02 08 02 16 注 1 FCS 为 DA SA FC 和 DATA UNIT 的简单累加和 Step6 数据交换 主站会根据模块配置数据计算出输入 输出数据的长度 如 0 x13 0 x23 则对 应 4 个字节输入和 4 个字节输出 当从站输入 输出数据都存在时 主站和从站 间通过 SD2 帧传输数据 当只有输入数据时 主站通过 SD1 帧发送请求 而从 站通过 SD2 帧发送数据 当只有输出数据时 主站通过 SD2 帧发送数据 从站 通过短确认报文给予响应 下面给出几种情况下相应的示例 1 输入 输出数据 表 3 8 Data Exchange req 报文 输出数据 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 5 Len 5 Len 68 AddrS TS 7D XX XX XX XX 16 注 1 OUTPUT 数据 XX XX XX XX 2 Len 输出数据长度 表 3 9 Data Exchange rsp 报文 输入数据 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 5 Len 5 Len 68 02 10 08 XX XX XX XX 8F 16 注 1 INPUT 数据 XX XX XX XX 2 Len 输入数据长度 2 有输入 无输出数据 表 3 10 Data Exchange req 报文 无输出数据 SD1 DA SA FC FCS ED 10 AddrS TS 7D 16 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 2013 年 1 月 Profibus DP 模拟主站通信机制分析 表 3 11 Data Exchange rsp 报文 输入数据 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 5 Len 5 Len 68 02 10 08 XX XX XX XX 8F 16 注 1 INPUT 数据 XX XX XX XX 2 Len 输入数据长度 3 无输入 有输出数据 表 3 12 Data Exchange req 报文 输出数据 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED 68 5 Len 5 Len 68 AddrS TS 7D XX XX XX XX 16