第5章PROFIBUS-DP.ppt

2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，1，现场总线技术，第5章PROFIBUS-DP和DP-V0，交付者。高枫电话： 86 (451) 82518714电子邮件：高枫19 ，2007.2v2.0，现场总线技术和应用教程，2，本章内容，5.1 PROFIBUS-DP的基本概念5.2 DP站之间的通信5.3DP消息格式5.4DP主站和从站工作过程5.5DP-V0消息细节5.6总线和信息周期时间和估计PROFIBUS-DP和DP-V0，2007 传输速率从9.6kbit/s到12 mbit/s。NRZ编码和异步传输技术PROFIBUS功能代码由11位组成：1个起始位(起始位始终为0)、8个数据位、1个校验位和1个停止位(停止位始终为1)，PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，4，5.1 PROFIBUS-DP的基本概念，设备类型在DP网络中有三种类型的设备：第一类主站它可以是带有动力定位通讯接口的可编程控制器，插入动力定位主站板的工控机等。二级主机的功能和组成：负责动力定位系统的配置、网络诊断等。它通常是一台装有通信卡和工程软件的上位机。从站的功能和组成：从站是靠近底层的现场设备，负责执行主站的输出命令，并向主站提供从现场传感器收集的输入信号或其他输入信号。它们可以是远程输入/输出、小型可编程逻辑控制器、驱动器、阀门和其他设备。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，5 . 5 . 1 PROFIBUS-DP的基本概念，PROFIBUS-DP的基本特征网络中的所有从设备具有相同的优先级；网络可以是单主站或多主站结构；可以进行循环和非循环通信：主站和从站之间的一级通信是循环和不间断的；与二级主站相关的通信是非循环的，非循环数据通信可以通过DP-V1实现；出于安全原因，主站只能控制其相应的从站(写数据)；一级主站和二级主站都可以读取从站的数据。每个从站最多可以有244字节的输入和输出数据；传输速率可达12兆位/秒。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，6，5.1 PROFIBUS-DP的基本概念，总线访问过程PROFIBUS-DP遵循以下原则：在主站之间采用令牌交换规则，令牌按顺序交换。在令牌被占用期间，主站必须完成它应该完成的任务。从站只能接受主站的请求并产生响应，不能向主站提出请求。每个主站都有自己的受控从站。它不能控制其他主站的从站，但可以读取其他从站的数据。第二种类型的主站可以从任何从站读取，但是这种操作是非循环的。P90(图5-3)，PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，7，5.1 PROFIBUS-DP的基本概念，系统配置PROFIBUS-DP可以形成单主站或多主站系统，系统配置包括网络结构配置和参数配置，主要内容包括站点号、地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式等。一个PROFIBUS网络最多可以有126个设备(包括主站和从站)；如果距离太长或有太多的从设备，DP网络应该分成几个网段：在同一个网段中，最多只能有32个设备。如果网络中的设备数量超过32个或受到距离和设备性质的限制，将划分多个网段。网段之间的连接可以通过中继器(或网段耦合器)连接，以增加网络长度，在网段之间提供信号和缓冲区，网段耦合器还用于数据段和功率段之间的信号转换。一般来说，任何两个站之间不允许有超过4个中继器。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，8，5.1 PROFIBUS-DP的基本概念，PROFIBUS-DP和DP-V0，PROFIBUS-DP单主系统结构图，PROFIBUS-DP多主系统结构图，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，9，5.1 PROFIBUS-DP的基本概念，设备地址PROFIBUS支持的设备地址范围是0127。有几个专门为它保留的地址。此外，在正常情况下可以随意使用地址，但在实际应用中最好遵守某些规则。127:用于全球控制或广播信息；126:对于尚未分配地址但需要使用2类主站来设置地址的从站；网络上只允许一个从站拥有该地址，并且不能将DP主站设置为该地址或与从站交换数据。0:一般保留二级主站地址；一级主站地址：一般从地址1开始编号，然后连续寻址。如果主站的数量很少，应该适当地保留几个地址号(最好为地址9保留一个位号)。从机地址：一般来说，根据不同的段，寻址以一个整数开始。例如，段1的从地址是10，11，12，段2的从地址是20，21，22。这主要是为了方便。对于单主站系统(1级主站)，除了3个保留地址外，系统中最多只有124个从站地址，128-3-1=124。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，10，5.2DP功能和每个站的通信，1。功能1级主站：与从站交换数据；代币的交付是可以控制的。其基本功能主要包括在DP-V0版本中：与相关的DP从站循环交换输入输出数据；动力定位从站诊断动力定位从站配置2型动力定位主站配置和诊断请求处理的扩展功能主要包括在动力定位V1和动力定位V2版本中：动力定位从站过程数据的非循环访问；动力定位从站的报警处理；支持DXB机制与分布式处理从站进行循环数据交换；支持从站内装载区装载和下载动力定位系统；在动力定位从站中调用预定义的功能；支持动力定位从站与其他动力定位主站时钟的时间同步。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用指南，11，5.2DP功能和站的通信，功能等级2主站：管理配置数据；收集1型动力定位系统主站的诊断数据；此外，二级主站可以执行一级主站和二级从站之间通信的所有基本功能和一些扩展功能。从站：其基本功能主要包括在DP-V0版本中：与指定的DP主站进行输入输出数据的循环交换；响应指定动力定位主站的诊断请求；处理动力定位主站的配置请求。其扩展功能包括在V1动力定位系统和V2动力定位系统版本中：为动力定位系统主站提供对过程数据的非循环访问；向指定的动力定位主站提供报警；支持同步模式，用于与一级动力定位主站同步；使用发布者/订阅者通信在分布式处理从站之间进行循环数据交换；支持加载和下载加载区域数据；支持一级主站或二级主站调用的预定义功能；在本地时钟和动力定位主站时钟之间提供时钟同步；支持DP从机冗余。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，12，5.2DP功能和站间通信，DP站间通信。DP系统运行过程的本质是站间通信和执行主控制程序结果的过程。PROFIBUS-DP系统的通信形式主要包括：一级主站和从站之间：主站发送请求消息，从站根据主站的请求生成相应的响应保护文件。这些消息包括诊断、参数化、配置和数据交换，其中全局控制消息包含在数据交换的类别中。二级主站和从站之间：二级主站和从站之间的通信是可选的。除了上述1类主站的相同消息外，2类主站之间的请求和响应消息PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，站13的功能和通信，5.2DP，在主/从通信中实现的功能，PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，站14的功能和通信，5.2DP，PROFIBUS-DP通信形式在主/主通信期间实现的功能，PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V为了确保动态消息不同于其他消息，这两个特殊字符被添加到动态消息中。DSAP和SSAP指出了具体的服务类型，这可以告诉这个消息的具体含义。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，16，5.3DP消息格式，服务点和服务类型主站和主站之间通信的服务点非常特殊：DSAP和SSAP都是36(54)。从机37h(55)仅在从机支持该功能时有效。在数据报文的数据访问和服务协议中，低7位表示设备地址，而位：当该位为0时，表示DSAP/SSAP；消息中未使用；当该位为1时，意味着DSAP/SSAP在消息中指定了相应的服务。主站和从站之间：PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，17 . 5 . 3 DP消息格式，主站和从站之间的示例1类通信消息：假设：主站地址为1；从站地址为10，PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，18，5.3DP报文格式，例如，假设二级主站和从站之间的通信报文的主站地址为0；从机地址是10。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，19，5.4动力定位主站和从站的动力定位工作过程。当1级主站从配置软件接收其参数配置时，它开始与其从站通信。主站的参数配置包括参数化/配置数据及其控制和联系的从站地址。主站通过参数化和配置识别其下属站，主站只联系其自己的下属站。上电时：1级主站检查其从站的波特率，并通过配置消息将波特率发送给从站。参数化和配置信息正确提交后，1级主站通过读取参数诊断信息检查动力定位从站的状态。如果配置检查成功并且初始化正确，1级主站进入用户数据交换模式。动力定位从站从其主站接收数据交换请求。主站让从站监视它收到的每一条消息。一旦发现任何不正确的通信结果或现象，从站将通过高优先级响应消息向主站发送信号。主站将通过诊断信息立即获得信息。从站将自动将其输出设置为安全状态。随后，主站将再次参数化和配置从站。上电或复位后：主站与其从站之间的通信顺序根据地址号由小到大，主站之间的令牌传输也根据地址号由小到大。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，20，5.4DP主站和从站的工作过程，从站的工作过程从站的状态机制被集成到专用集成电路的硬件中，用户不能干扰它。PROFIBUS-DP和DP-V0，通电：通电期间，如果需要，从站可以从2级主站接收“设置从站地址”消息，以改变从站地址。从属站的地址只能在通电时更改。等待参数化：内部启动后，从站进入等待参数化阶段，此时从站可以接收诊断请求消息或参数化消息，但不能接收任何其他消息。参数化消息包含许多标准化信息，例如是否支持同步/锁定模式，它是否被主站和其他设备锁定数据交换：如果参数化消息和配置消息都被从站接受，则从站的配置成功完成，然后主站和从站可以自动进入数据交换阶段。诊断：诊断消息具有高优先级。从站状态机制的状态、参数化/配置的正确性以及用户设置的诊断内容都包含在诊断消息中。从站可以在任何状态下响应主站诊断消息的请求。当从站初始化时，从站也可以发回错误消息或状态消息。看门狗：看门狗是每个计算机控制系统中的重要功能。它可以监控系统的正常工作过程，防止崩溃或死循环的发生。在PROFIBUS中，从站使用看门狗功能监控总线通信，以确保主站处于激活状态，并且通信和过程数据始终处于更新状态。看门狗的时间由参数配置消息决定，可以在每一轮正常通信后复位。如果发生事故，看门狗时间溢出，从站状态机制自动返回到Wait_Pata状态，并将输出设置为安全状态。PROFIBUS-DP和DP-V0，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，22，5.5DP-V0消息详细信息，PROFIBUSDP-V0指1级主站和从站之间的循环数据通信，包括MS0和MM1。在正常通信过程中，诊断消息、重新参数设置消息、重新配置消息和全局控制消息可以根据需要自动发送。如果消息发送正确，从站将保持数据交换状态。动力定位信息的基本类型：PROFIBUS-DP和DP-V0，改变从站地址信息诊断请求和响应信息；从站参数设置请求和响应消息从站配置请求和响应消息数据交换请求和响应消息全局控制消息，2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，23，5.5DP-V0消息详细信息，1。改变从站地址信息，PROFIBUS-DP和DP-V0，功能，改变从站地址：当系统上电时，如果需要，从站可以从2级主站接收“设置从站地址”信息，并改变从站地址。从属站的地址只能在通电时更改。2007.2V2.0，现场总线技术和应用教程，24，5.5DP-V0消息详细信息，PROFIBUS-DP和DP-V0，1。改变从站地址的