Profibus-DP协议规范(草案)

国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 1 页 共 30 页 Profibus DP 规范 草案 规范 草案 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 2 页 共 30 页 1 范围和目的 4 1 1 目的 4 1 2 范围 4 1 3 术语 4 1 4 概述 6 2 规范性引用文件 7 3 物理层定义 7 3 1 RS 485 物理传输方式 7 3 2 电气特性 7 3 3 总线连接器 7 3 4 总线电缆 8 3 5 接地 屏蔽 8 3 6 总线终端器 9 3 7 物理层和介质冗余 9 4 链路层定义 10 4 1 数据传输功能 10 4 2 帧结构 11 4 2 1 帧字符 UART 字符 11 4 2 2 传输规则 11 4 2 3 位同步 12 4 3 帧格式 12 4 3 1 无数据字段的固定长度的帧 SD1 12 4 3 2 有数据字段的固定长度的帧 SD3 13 4 3 3 有可变数据字段长度的帧 SD2 13 4 3 4 令牌帧 SD4 14 4 4 循环和系统响应时间 15 4 4 1 令牌循环时间 Token Cycle Time 15 4 4 2 报文循环时间 Message Cycle Time 15 4 4 3 系统反应时间 System Reaction Times 16 5 PROFIBUS DP 通信模型 17 5 1 协议结构 17 5 2 通信关系 19 5 3 功能概述 21 6 PROFIBUS DP 应用层实现 23 6 1 Prifibus DP 从站状态机 23 6 2 Prifibus DP 从站初始化报文过程 23 6 2 1 检查从站是否存在 23 6 2 2 初始化前的诊断信息 23 6 2 3 设置从站参数 24 6 2 4 校验组态数据 24 6 2 5 初始化后的诊断信息 25 6 2 6 数据交换 25 6 2 7 从站参数化中 Watchdog 时间因子 26 6 3 保护测控装置数据在 Profibus DP 中的映射 26 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 3 页 共 30 页 6 3 1 遥信及遥测 27 6 3 2 遥控功能 27 6 3 3 远方信号复归 28 6 3 4 装置对时 28 6 3 5 电度量读取 28 6 3 6 定值读写 28 6 3 7 压板读写 29 6 3 8 保护模拟量读取 29 6 4 保护管理机 DP 主站功能要求 30 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 4 页 共 30 页 1 1 范围和目的范围和目的 1 1 1 1 目的目的 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及相互联系 1 2 1 2 范围范围 本规范适用于电厂及变电站需要通过 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 1 3 术语术语 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 FC GAP 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 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 5 页 共 30 页 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 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 6 页 共 30 页 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 以及通用的总线参数 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 1 4 概述概述 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 PLC 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 6 kbits 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 FMS 层 7 应用层DPPA LLI FMA7 3 6 层空 FLC 层 2 数据链路层 MAC FMA 1 2 层 1 物理层PHY PROFIBUS 的层次结构的层次结构 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 7 页 共 30 页 2 2 规范性引用文件规范性引用文件 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 3 物理层定义物理层定义 3 1 3 1 RS 485 物理传输方式物理传输方式 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 3 2 电气特性电气特性 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 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 8 页 共 30 页 3 3 3 3 总线连接器总线连接器 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 在线断开 连接器示意图 3 4 3 4 总线电缆总线电缆 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 135 165100 130 单位长度电容 pF m 30 60 回路电阻 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 55001500 A 型电缆长度 m 1200120012001000400200 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 9 页 共 30 页 B 型电缆长度 m 12001200120060020070 3 5 3 5 接地 屏蔽接地 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 3 6 总线终端器总线终端器 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 假定电源供电电压为 5V 5 则推荐如下的电阻值 RtA 220 2 最小 1 4W RtB 150 2 最小 1 4W Ru Rd 390 2 最小 1 4W 供给针脚 6 VP 的电源在规定的压容差内应能输送至少 10mA 的电流 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 390 RtA 220 或 RtB 150 Rd 390 DGND 5 VP 6 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 10 页 共 30 页 如上所述的两种类型电缆和电缆端接电阻的混合 对 PROFIBUS 系统是允许的 但是如果线端接和线阻抗不匹配 则最大线长必会减少到上述固定值的一半 3 7 3 7 物理层和介质冗余物理层和介质冗余 为了改善现场总线的可靠性 支持使用冗余的物理层 PHY 在实现时 冗 余的 PHY 层包含分别安装两路介质 总线 a 和总线 b 和每个站有两个完整的 收发器及 PROFIBUS 控制器 且两路 PROFIBUS 能独立运行 任意一路故障不影 响另一路的正常运行 下图指出冗余结构 4 4 链路层定义链路层定义 数据链路层 Data Link Layer 在现场总线系统中常被称为 FDL Fieldbus Data Link 包括了介质访问控制 MAC 子层和现场总线链路控 制子层 Fieldbus Link Control FLC 两者在现场总线管理 Fieldbus Management FMA 下共同完成 呈接上层应用层的任务 下达给物理层 呈接 下层物理层的数据 上传给应用层 PROFIBUS 控制器 收发器 B B 网总线 A 网总线 收发器 A 物理层和介质冗余物理层和介质冗余 PROFIBUS 控制器 RxDTxDRxDTxD 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 11 页 共 30 页 4 1 4 1 数据传输功能数据传输功能 在主站 控制器 和从站 前端站点 之间 PROFIBUS 能够周期性或非周 期性地传递参数和检测 控制数据 以实现数据交换 这是 PROFIBUS 的基本功 能 它们通过下表所示的基本功能集而实现的 PROFIBUS FDL 层的基本功能集 基本功能服务内容 DP V0DP V1DP V2FMSPA SDN 发送数据无需应答 SDA 发送数据需应答 SRD 发送和请求数据需回答 CSRD 循环地发送和请求数据需回答 定义如下几种数据传输服务 发送数据需应答 发送数据需应答 SDASDA 此服务允许用户给单个远程站发送数据 如果有错 将重复数据传输 发送数据无需应答 发送数据无需应答 SDNSDN 此服务允许用户同时给单个远程站 多个远程站 群播 或同时给全 部远程站 广播 发送数据 不需要任何确认 发送和请求数据需回答 发送和请求数据需回答 SRDSRD 此服务允许用户给单个远程站发送数据 同时请求此远程站回答数据 如果有错误 将重复数据传输 循环地发送和请求数据需回答 循环地发送和请求数据需回答 CSRDCSRD 此服务允许用户循环地给远程站发送数据 同时请求此远程站回答数 据 4 2 4 2 帧结构帧结构 4 2 1 4 2 1 帧字符 帧字符 UART 字符 字符 每个帧由若干个帧字符 即 UART 字符 组成 UART 字符 UC 是为了 实现异步传输的起停字符 其结构如下 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 12 页 共 30 页 传输的位顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 20 27 LSB MSB 位含义信息 UART 字符字符 4 2 2 4 2 2 传输规则传输规则 每个 UART 字符由 11 个位组成 一个开始位 ST 它总是为二进制 0 8 个信息位 I 它们可以是二进制 0 或 1 一个奇偶校验位 P 它是 二进制 0 或 1 和一个停止位 Sp 它总是为二进制 1 传输规则传输规则 线空闲状态相当于信号电平为二进制 1 每个主动帧之前应该至少有 33 个线空闲位 同步时间 在帧的 UART 字符之间不允许空闲状态 接收器检查 每个 UART 字符 开始位 停止位和奇偶校验位 even 每个帧 起始定 界符 DA SA FCS 和结束定界符及在主动帧情况下的 SYN 时间 如果这些检 查失败 则整个帧应废弃 4 2 3 4 2 3 位同步位同步 接收器的位同步总是从开始位下降沿开始 即从二进制 1 转换为二进制 0 时 开始位和后继的各位在一个位时间内被扫描 在此位时间内 开始位 应为二进制 0 否则同步失败并被停止 UART 字符的同步终止于处于二进 制 1 的停止位 如果停止位被二进制 0 代替了 则发出同步错或 UART 字符错并报告 且等待下一个开始位的前沿 上升沿 对传输和接收而言 标称传输速率的最大误差允许 0 3 4 3 4 3 帧格式帧格式 以下条目中的图不展示顺序 请求 应答或回答 但相同类型的帧格式 Hd 4 带 不带数据字段的固定长度和可变长度 如主动帧 允许跟随不 同的应答或回答帧 0b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 p 1 开始位 ST 位位组 停止位 SP 奇偶校验位 even 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 13 页 共 30 页 4 3 1 4 3 1 无数据字段的固定长度的帧无数据字段的固定长度的帧 SD1 A 请求帧的格式 B 应答帧的格式 L C 短应答帧的格式 其中 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 帧控制 FCS 帧检查顺序 ED 结束定界符 值 16H L 信息字段长度 固定的八位位组个数 L 3 SC 单一字符 值 E5H 4 3 2 4 3 2 有数据字段的固定长度的帧有数据字段的固定长度的帧 SD3 A 发送 请求帧的格式 B 回答帧的格式 L SD1 DA SA FC FCS ED SC SYN SD1 DA SA FC FCS ED L SYN SD3 DA SA FC DATA UNIT FCS ED SD3 DA SA FC DATA UNIT FCS ED L L 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 14 页 共 30 页 其中 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 帧控制 DATA UNIT 数据字段 固定长度 L 3 8 个八位位组 FCS 帧检查顺序 ED 结束定界符 值 16H L 信息字段长度 固定的八位位组的个数 L 11 4 3 3 4 3 3 有可变数据字段长度的帧有可变数据字段长度的帧 SD2 对可变的数据八位位组数 此长度也应在帧中传输 长度信息两次包含在 帧开始的固定的帧首部中 如此 它用 Hd 4 保护并防止丢失 A 发送 请求帧的格式 B 回答帧的格式 C 短应答帧的格式 其中 SYN 同步时间 最小 33 个线空闲位 SD2 开始定界符 值 68H LE 八位位组长度 允许值 4 到 249 LEr 重复的八位位组长度 DA 目的地址 SA 源地址 FC 帧控制 DATA UNIT 数据字段 可变长度 L 3 最大 246 个八位位组 L SYN SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED L SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED L SC 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 15 页 共 30 页 FCS 帧检查顺序 ED 结束定界符 值 16H L 信息字段长度 可变的八位位组数 L 4 到 249 SC 单一字符 值 E5H 4 3 4 4 3 4 令牌帧令牌帧 SD4 其中 SYN 同步时间 最小 33 个线空闲位 SD4 开始分界符 值 DCH DA 目的地址 SA 源地址 4 4 4 4 循环和系统响应时间循环和系统响应时间 4 4 1 4 4 1 令牌循环时间令牌循环时间 Token Cycle Time 在多主站的系统中 总线基本负载是由介质存取控制 令牌帧 而产生的 总线负载而不是由正常报文循环而产生的总线负载 它由令牌循环 TC 决定 每个令牌轮转的全部基本负载等于 na 主站个数 个令牌循环 令牌循环时间 TTC 由令牌帧时间 TTF 传输延时时间 TTD 和空闲时间 TID 组成 TID 等于 站延迟时间 TSD 或同步时间 TSYN TTC 用位来计算 令牌循环令牌循环 令牌帧时间 TTF 由帧字符 UC UART 字符 的个数决定 一个帧字符由 SD4 DA SA 令牌 K 令牌 K 1 主站 K 1 令牌循环时间 TTC 或 Send Req TTC TTF TTD TID TTF TTD T ID 主站 K 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 16 页 共 30 页 11 个位组成 因此令牌帧总共由 33 位组成 传输延迟时间取决于总线长度 不带中继器时 约 5 毫微秒 米 事实上它总是小于其他时间 空闲时间 TID 是在两个令牌帧之间花费的时间 它包括令牌接收器的站延迟间 TSDI 如 果同步时间 TSYN 与 TSM 之和大于 TSDI 时 则 TID 是 TSYN TSM 这主要 发生在低传输速率时 TSDI 则 TID 应使用 TSYN TSM 主站 主站 从站 TMC TS R TSDR TA R TID 2 TTD 报文循环报文循环 在传输速率 100 kbit s 时 帧的编码和评估可以部分地与它们的接收并行 这样 站延迟时间显著地缩短 帧传输时间 TS R TA R 取决于帧字符 UC 个数 它们按下列公式计 算 TS R a 11 bit a 是发送 请求帧中的 UC 字符个数 TA R b 11 bit b 是应答 回答帧中的 UC 字符个数 例 对请求帧 a 6 时 TS R 6 11 66 Bit 对回答帧 50 个 8 位位组 DATA UNIT b 59 时 TA R 59 11 649 bit Send Req Ack Response Send Req 或令牌 TS R TTDTSDR T ID TA R TTD 报文循环时间 TMC 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 17 页 共 30 页 4 4 3 4 4 3 系统反应时间系统反应时间 System Reaction Times 在系统中 报文速率 RSYS 等于每秒可能的报文循环数 RSYS 1 tMC tMC TMC tBIT 在具有一个主站 n 个从站 主从系统 的系统中 在纯轮询方式下的最大 系统响应时间 TSR 用报文循环时间和从站数来计算 如果考虑报文重试的话 则 TSR 按下列公式计算 TSR np TMC mp RET TMC 其中 np 从站个数 mp 每个轮询循环中报文重试循环次数 RET TMC 报文重试循环时间 在具有若干个主站和从站的系统中 最大系统反应时间等于目标轮转时间 TSR TTR 5 5 PROFIBUS DP 通信模型通信模型 PROFIBUS DP 不仅描述通信功能 而且还描述固定的 DP 应用 按照 ISO 通信模型 这种功能位于用户接口中 这种 DP 应用取决于设备类型 DP 主站 1 类 DP 主站 2 类 与 DP 从站 出于效率的理由 DP 协议没有用应用 层 第 7 层 应用层 PROFIBUS DP 仅使用在 PROFIBUS 中定义的 FDL 与 FMA1 2 的数据传输 服务 为提供一个更舒适的第 2 层存取 用户需要一个有预先定义 DP 通信功能的 直接数据链路映象程序 Direct Data Link Mapper DDLM 5 1 5 1 协议结构协议结构 本节描述在 ISO OSI 基本参考模型环境中的 PROFIBUS DP 用户接口 用户 直接数据链路映象程序 DDLM 空 FDL PHY FMA 1 2 层 3 4 5 6 7 层 2 层 1 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 18 页 共 30 页 PROFIBUS DP 层模型层模型 DP 主站主站 DP 主站主站 DP 从站从站 2 类 类 1 类 类 用户用户 DDLM DDLM DDLM FDL 与 FMA 1 2 FDL 与 FMA 1 2 FDL 与 FMA 1 2 PHY PHY PHY 通信模型通信模型 DP 主站 1 类 与 DP 从站 例如 PLC 为主站 远程 I O 为从站 两者的 应用 用户 经由用户接口 利用预先定义的 DP 应用进行通信 DP 主站 1 类 的用户接口实现下列主 从应用功能 读 DP 从站的诊断信息 循环的用户数据交换模式 参数化与组态检查 提交控制命令 用户接口用户接口 用 户 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 19 页 共 30 页 这些功能由用户独立处理 用户与用户接口之间的接口由若干服务调用与 一个共享数据库组成 在 DP 从站与 DP 主站 2 类 之间可附加实现下列功能 读 DP 从站的组态 读输入 输出值 对 DP 从站分配地址 DP 主站 2 类 调用 DP 主站 1 类 的下列功能 读 DP 主站 1 类 的相关 DP 从站的诊断信息 参数上载与下载 激活总线参数 激活与解除激活 DP 从站 选择 DP 主站 1 类 的操作模式 这些功能由 DP 主站 1 类的 用户处理 DDLM 为在所有三类设备中的用户或用户接口提供舒适的对 PROFIBUS 第 二层的存取 5 2 5 2 通信关系通信关系 在 PROFIBUS DP 中有两种类型的通信 一对一 一对多 群播通信 通信取决于不同站的介质存取的类型 主 从通信 在 DP 主站 1 类 与 DP 从站之间 在 DP 主站 2 类 与 DP 从站之间 主 主通信 在 DP 主站 1 类 与 DP 主站 2 类 之间 所有通信类型的操作是无连接的 在 PROFIBUS DP 系统中 通信请求 功能 的发起方通常称为请求方 而目的站则称为响应方或接收方 主 从通信的发起方总是 DP 主站 主 主通信的发起方总是 DP 主站 2 类 没有定义在同一类 DP 主站间的通信 图 5 1 到图 5 4 给出所允许的通信类型的概况 除 DDLM Global Control 外 所有主 主通信类型都是一对一通信 请求方 响应方 DP 主站 功能请求 req DP 从站 1 类 或 2 类 功能指示 con 图图 5 1 主 主 从通信 一对一从通信 一对一 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 20 页 共 30 页 主 从通信功能 DDLM Global Control 是群播通信 它从 DP 主站 1 类或 2 类 发送到相关的 DP 从站 这种关系在 DP 从站的参数化期间完成 在用户 数据交换模式的开始时激活第 2 层存取保护 从属于 DP 主站的 DP 从站可分成组 使用组选择器来形成各个组 请求方 接收方 图图 5 2 主主 从通信 一对多 功能从通信 一对多 功能 DDLM Global Control 所有主 主通信功能被映象为一对一通信 DP 主站 2 类 或 1 类 1 DP 从站 1 2 DP 从站 2 3 DP 从站 3 4 DP 从站 4 Global Control r eq 接收方 接收方 此 DP 从站 不附属于本 DP 主 站 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 21 页 共 30 页 请求方 响应方 图图 5 3 主主 主通信 一对一主通信 一对一 主 主通信功能 DDLM Act Para Brct 可附加地映象为一对多通信 图图 5 4 主主 主通信 一对多 功能主通信 一对多 功能 DDLM Act Para Brct 5 3 5 3 功能概述功能概述 PROFIBUS DP 提供下列基本功能 主站诊断读取主站诊断读取 通过此功能可以读 DP 主站 1 类 的关于它所属从站的诊断信息 诊断信 息由全局诊断概要和站诊断组成 参数开关选择所需的功能 DP 主站 1 类 DP 主站 1 类 功能请求 req 功能请求 con DP 主站 2 类 DP 主站 1 类 DP 主站 1 类 DP 主站 2 类 DP 主站 1 类 Act Para Brct r eq 请求方 接收方 接收方 接收方 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 22 页 共 30 页 参数上载参数上载 下载下载 此功能允许在两个 DP 主站之间传递参数集 例如 特定的参数集是总线参 数与 DP 从站参数 其次为了设置参数与检查一个从属 DP 从站的组态需用此 功能 激活总线参数激活总线参数 此功能激活先前装载的总线参数集 激活激活 解除激活解除激活 DP 从站从站 用此功能能迫使 DP 主站停止轮询 DP 从站 或重新开始轮询 DP 从站 DP 从站诊断信息读取从站诊断信息读取 一个应用可以用此功能从 DP 从站读取诊断信息 输入输入 输出的数据交换输出的数据交换 此功能用于 DP 主站 1 类 与所属从站之间的循环 I O 数据交换 输入 输 出的个数在 DP 系统起动时的组态数据中定义 设定设定 DP 从站的参数从站的参数 此功能在系统起动时 在重新起动之后以及在 DP 系统的用户数据交换模式 中设置 DP 从站的参数 有一些参数在所有 DP 从站中是唯一的 其他的是为 每个站专用的 检查检查 DP 从站的组态从站的组态 DP 从站使用此功能能检查组态 其主要目的是定义输入与输出的个数与结 构 发送控制命令给发送控制命令给 DP 从站从站 主站能发送特定的控制命令到一个 单一 或多个 群播 DP 从站 不同 的命令用参数来区别 读读 DP 从站的组态数据从站的组态数据 如果一个主站没有 DP 从站的组态数据 它能通过此功能来读取这些信息 读读 DP 从站的输入与输出从站的输入与输出 此功能使所有 DP 主站能够读取在特定的主站控制之下的 DP 从站的输入与 输出 更改更改 DP 从站的站地址从站的站地址 在初始化期间 DP 主站能设定 DP 从站的站地址 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 23 页 共 30 页 6 6 PROFIBUS DP 应用层实现应用层实现 6 1 6 1 Prifibus DP 从站状态机从站状态机 在主从的通信中 从站一般只能是被动地等待主站的请求 然后才能执行 数据交换 而在进入此状态前 必须由主站对其赋参数 配置初始化并经过诊 断 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 24 页 共 30 页 6 2 6 2 Prifibus DP 从站初始化报文从站初始化报文过程过程 DP 从站在上电后 等等主站进行参数配置 只有进行相关配置后 主从站 之间才可数据交换 6 2 1 6 2 1 检查从站是否存在检查从站是否存在 主站报文 10 01 02 49 4C 16 从站报文 10 02 01 00 03 16 说明 从站功能码 00 表示标识号为 01H 的从站存在 6 2 2 6 2 2 初始化前的诊断信息初始化前的诊断信息 主站报文 68 05 05 68 81 82 6D 3C 3E EA 16 从站报文 68 0B 0B 68 82 81 08 3E 3C 02 05 00 FF 04 00 8F 16 说明 主从站地址 81 82 中的高位为 1 表示含地址扩展 DAE SAE 即含 LSAP 目的服务存取点 DSAP 为 3CH 表示 DSAP60 即主站询问从站诊断信息 Slave Diag 源服务存取点 SSAP 为 3EH 表示 SSAP62 即从站要组态校验 Chk Cfg 从站诊断信息详解 初始化前的诊断信息 station status 1 station status 2 station status 3 master address ident numb er1 ident number2 02 05 00 FF 04 00 station status 1 02 bit7 0 DP 从站未被主站初始化 bit1 1 数据交换未准备好 station status 2 05 bit3 0 DP 从站监视器未激活 bit2 1 未用 bit0 1 DP 从站 应被重新参数化和重新组态 station status 3 00 bit7 0 不存在扩展诊断信息 station status 4 FF 无 DP 主站已参数化此 DP 从站 从站的标识号为 0400 6 2 3 6 2 3 设置从站参数设置从站参数 主站报文 68 0F 0F 68 81 82 5D 3D 3E B8 14 15 0B 04 00 00 80 00 00 4B 16 从站报文 E5 说明 主站功能码 5D 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 25 页 共 30 页 目的服务存取点 DSAP 为 3DH 表示 DSAP61 即主站对从站参数化 Set Prm 源服务存取点 SSAP 为 3EH 表示 SSAP62 即从站要组态校验 Chk Cfg 基本参数化数据 B8 14 15 0B 04 00 00 其中 B8H 表示同步 锁存 WD ON 支持 14 15 表示时间因子 Twd WD BASE WD Fact 1 WD Fact 2 即时间 因子的二者乘积为 420ms Twd 为 4 2s 0BH 表示从站延迟响应时间 04 00 表 示从站标识号 00H 表示分组标识号为 0 DPV1 status 80 00 00 表示支持 DPV1 功能 6 2 4 6 2 4 校验组态数据校验组态数据 主站报文 68 08 08 68 81 82 7D 3E 3E 31 17 DC 20 16 从站报文 E5 说明 主站功能码 7D 目的服务存取点 DSAP 为 3EH 表示 DSAP62 即主站对从站组态校验 Set Prm 源服务存取点 SSAP 为 3EH 表示 SSAP62 即从站要组态校验 Chk Cfg 上述三组组态 31 17 DC 所表示数据交换量分别为 2 个 DIO16 8 个 DI8 13 个 AIO16 31 含义 其中 31H 的 bit4 bit5 为 0 x30H 表示为 input 和 output bit0 bit3 中的 0 x01H 表示长度 数据占 2 个字节 17 含义 其中 17H 的 bit4 bit5 为 0 x10H 表示为 input bit0 bit3 中的 7 表示长度 数据占 8 个字节 DC 含义 其中 DCH 的 bit4 bit5 为 0 x10H 表示为 input bit0 bit3 中的 0 x0C 表示长度 数据占 13 个字 共 26 个字节 6 2 5 6 2 5 初始化后的诊断信息初始化后的诊断信息 主站报文 68 05 05 68 81 82 5D 3C 3E DA 16 从站报文 68 0B 0B 68 82 81 08 3E 3C 00 0C 00 02 04 00 97 16 说明 主从站地址 81 82 中的高位为 1 表示含地址扩展 DAE SAE 目的服务存取点 DSAP 为 3CH 表示 DSAP60 即主站询问从站诊断信息 Slave Diag 源服务存取点 SSAP 为 3EH 表示 SSAP62 即从站要组态校验 Chk Cfg 从站诊断信息详解 组态后的诊断信息 station status 1 station status 2 station status 3 master address ident numb er1 ident number2 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 26 页 共 30 页 00 0C 00 02 04 00 station status 1 00 bit7 0 DP 从站未被主站锁定 bit1 0 数据交换已准备好 station status 2 0C bit3 1 DP 从站监视器已激活 bit2 1 未用 bit0 1 DP 从站 应无需重新参数化和重新组态 station status 3 00 bit7 0 不存在扩展诊断信息 station status 4 02 DP 主站 地址 2 已经参数化了此 DP 从站 从站的标识号为 0400 6 2 6 6 2 6 数据交换数据交换 主站报文 68 05 05 68 01 02 7D 00 00 80 16 从站报文 68 27 27 68 02 01 08 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 04 00 04 00 04 00 00 00 00 00 00 00 05 00 05 00 04 61 A8 00 00 00 00 00 00 2E 16 说明 进入数据交换阶段 缺省 DSAP SSAP 主站发送数据为 2 个字节 从站发送数据为 36 个字节 即 2 8 2 13 36 6 2 7 6 2 7 从站参数化中从站参数化中 Watchdog 时间因子时间因子 看门狗功能使从站在通信过程中不断地监视主站的活动 一旦发现主站异 常 超过 Watchdog 的计算时间 Twd 后还未恢复正常 则自己进入保护状态 保持输出端的不变 Twd WD Fact 1 WD Fact 2 10ms 10ms 是计算的时间基本单位 Twd 范围一般为 10ms 至 650s 时间因子关系表 参考 速率WD Fact 1WD Fact 2计算后 Tick 9 6Kbps2829812 19 2Kbps1921399 45 45Kbps1515225 93 75Kbps91090 187 5Kbps6742 500Kbps4416 1 5Mbps236 3Mbps224 6Mbps122 12Mbps122 从站中 Tick 以 10ms 为基本单位 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 27 页 共 30 页 6 3 6 3 保护测控装置数据在保护测控装置数据在 Profibus DP 中的映射中的映射 保护测控装置中实时性数据有 开出 开入及告警遥信 保护元件遥信 遥测 在 Profibus 中归类为周期性的数据 即 DP V0 保护测控装置中非实时性数据有 装置时间 电度量 定值 压板 保护 模拟量信息 Slot 号依次为 1 5 Index 为 1 在 Profibus 中归类为非周期性的 数据 即 DP V1 下述表列出装置数据分类 Profibus DP 信息总汇 序 号 名称类型 槽号 Slot 索引 Index 功能描述 1 输出数据 OUTPUT DPV0 周期性交 换数据 远方信号复归及遥控 2 输入数据 INPUT DPV0 周期性交 换数据 2 个输出返较 动作元件 遥信 遥测 3 装置时间 DPV1 非周期性 交换数据 11 读写装置时间 4 电度量 DPV1 非周期性 交换数据 21 读电度量 5 定值 DPV1 非周期性 交换数据 31 读写定值 6 压板 DPV1 非周期性 交换数据 41 读写压板 7 保护模拟 量 DPV1 非周期性 交换数据 51 读保护模拟量 6 3 1 6 3 1 遥信及遥测遥信及遥测 为保证数据的快速实时传输 输入数据 Input 应尽可能的短 以使数据占用 总线的时间缩短 在设备中可通过数据的有效组织达到缩短数据的传输 在装 置中 输入数据 Input 含开出返较 遥信量及遥测量 开出返较固定占用 2 个字节 遥信以二进制位表示 一个字节可存储八个 遥信点 遥测以压缩的短整型数据表示 一个遥测占用二个字节 通过一定的 反算公式可还原成浮点数 遥测还原公式 实际值 生数据值 工程量程 物理量程 其中 工程量程为数据的满量程值 物理量程为 30000 30000 6 3 2 6 3 2 遥控功能遥控功能 为实现开关的分合操作 在使用中应采用双点命令 一个虚拟通信点对应 国电南京自动化股份有限公司 Profibus DP 规范 草案 第 28 页 共 30 页 分操作 另一个虚拟通信点对应合操作 在输出数据 Output 中 前 12 个位用于双点命令 定义如下 双点命令表 序号偏移量点名注释 10 0 遥控 A 开关 分操作 20 1 遥控 A 开关 合操作 第 1 路双点控制对象 30 2 遥控 B 开关 分操作 40 3 遥控 B 开关 合操作 第 2 路双点控制对象 50 4 备用 2 OFF 60 5 备用 2 ON 备用 2 70 6 备用 3 OFF 80 7 备用 3 ON 备用 3 91 0 备用 4 OFF 101 1 备用 4 ON 备用 4 111 2 备用 5 OFF 121 3 备用 5 ON 备用 5 例如 分操作步骤 第一步 将分操作对应的数据位置 1 第二步 延时一定时间 将分操作对应的数据位置 0 6 3 3 6 3 3 远方信号复归远方信号复归 远方信号复归可远方实现复归信号 指示灯 液晶 复归信号继电器 在输出数据 Output 中 后 4 个位用于单点命令 定义如下 单点命令表 序号偏移量点名注释 11 4 远方信号复归第 1 个字节的第 4 位 21 5 备用 1 31 6 备用 2 41 7 备用 3 例如 远方信号复归步骤 第一步 将远方信号复归对应的数据位置 1 第二步 延时一定时间 将远方信号复归对应的数据位置 0 6 3 4 6 3 4 装置对时装置对时 由于主站对从站对时只在每隔一定时间后才会发生 不是在每个信息循环 中都出现 因此可将对时归类为 MS1 非周期类型数据 1 类主站非周期 装置对时报文 TX 68 10 10 68 81 82 5D 33 33 5F 01 01 07 00 AE 0A 0D 0E 04 09 0E 16 RX 68 09 09 68 82 81 08 33 33 5F 01 01 07 D9 16 国