PROFIBUS技术培训PROFIBUS - DP.ppt

1、,P R O F I B U S,第五部分 PROFIBUS - DP,技术培训,PROFIBUS-DP in action at BMW,PROFIBUS-DP 定义三种设备类型,DP-1类主设备 (DPM1) 中央控制器, 它与分散的 I/O 设备 (DP-从) 交换数据 允许若干个DPM1，典型的设备是 PLC, PC, VME,DP-2 类主设备 (DPM2) 组态、监视或工程工具，它被用来设定网络或参数 监视 DP-从设备,DP-从设备 直接连接 I/O 信号的外围设备 典型的设备是输入、输出、驱动器、阀、操作 面板等等,PROFIBUS-DP 单主系统,DP-主 (1 类),单主系

2、统实现最短的总线循环时间 它们的组成: - 1 个DP-主 (1 类) - 1 到最多 125 个DP-从 - DP-主 (2 类)， 可选的,分散的I/O,DP - 从,PROFIBUS-DP,PLC,PROFIBUS-DP 多主系统,若干个 DP-主可以用读功能访问一个 DP-从,PROFIBUS-DP 多主系统的组成: - 多个主设备 (1 类 or 2 类) - 1 到最多124 个 DP-从 - 在同一个总线上最多126 个设备,DP- 主 ( 2 类),DP- 主 ( 1 类),DP- 主 ( 1 类),分散的 I/O,分散的 I/O,PROFIBUS-P,DP - 从,PLC,P

3、ROFIBUS - DP,PC,PROFIBUS-DP,Syn=同步时间SD2=开始分界符 2 LE=长度 LEr=重复长度,DU = 数据单元 FCS = 帧检查顺序 ED = 结束分界符,DA=目的地址 SA=源地址 FC=功能码,请求帧,尾,输出数据,头,响应帧,DP-从,立即响应,DP- 主,头,输入数据,尾,用户数据交换的原理,条件: 每个DP-从设备有 2 字节的输入和 2 字节的输出数据， 最小的从间隔时间是 200 微秒 TID1= 75 个 位时间, Tsdr = 11 个 位时间,PROFIBUS-DP 单主系统的典型循环时间,总线循环时间 ms,DP- 从设备数,12 M

4、Bit/s,1.5 MBit/s,500 kBit/s,DP- 信息循环时间的计算 (1),一个八位二进制数（一字节）按 11位传输 电文头和尾由11 个字节或 9 个字节组成 波特率为1.5 M 时，1个位时间0.6667 s (1 个八位二进制数 11位时间7.33 s) 波特率为12 M时，1个位时间 83 ns (1个八位二进制数11个位时间 0.913ns) 在实施中，还要加上约10 - 20% 的余量。 精确的计算规则可以从EN 50170 V.2 获得.,DP- 信息循环时间的计算 (2),Tsyn = 33 TBit,min TSDR = 11 TBit,max TSDR =

5、60 . 800 TBit,TSDR,响应帧 = 头 + 输出数据,Tid1 = 75 TBit,请求帧 = 头 + 输出数据,DP-信息循环时间的计算 (3),TMC = ( TSYN + TID1 + TSDR + Header + I x 11TBit + 0 x 11TBit ) x Slaves,TMC=信息循环时间按位时间计 TID1=在主站的空闲时间 = 典型的75 个位时间 TSDR=在从站的站延迟时间 = 典型的11个位时间 Header=在请求和响应帧中的电文头 = 198 个位时间 I=每个从站的输入数据字节数 O=每个从站的输出数据字节数 Slaves=从站个数,PRO

6、FIBUS-DP 系统的组成，包括1 个主站和 20 个从站，每个从站有 2 个字节 的输入和 2 个字节的输出。 TMC = ( 33 + 75 + 11 + 198 + 22 + 22 ) x 20 = 7220 TBit 7220 TBit (1.5 MBaud) = (TBit = 0.66 s) = 4.8 ms 7220 TBit (12 MBaud) = (TBit = 0.83 ns) = 0.6 ms,在实施时，还要加上约10 to 20% 的余量。,例:,PROFIBUS-DP 从传感器到驱动器的全部响应时间,Drive PLC,45%,2%,45%,2%,6%,20ms

7、转换器响应时间,1ms 总线运行时间,20ms PLC 程序运行时间,1ms 总线运行时间,3ms I/O 输入滤波器,现场总线份额: 4%,PROFIBUS-DP 从传感器到接触器的全部响应时间,Con- tactor PLC,67%,1.5%,26%,1.5%,4%,现场总线份额: 3%,50ms 拾波延时,1ms 总线运行时间,20ms PLC 程序运行时间,1ms 总线运行时间,3ms I/O 输入滤波器,DPM1 DP-Slaves,PROFIBUS-DP 功能概述,DPM2 DP-Slaves,DPM1 DPM2,参数化组态,-,传输从设备诊断数据,-,传输主设备诊断数据,-,-,

8、周期的数据交换,-,同步 + 锁定控制命令,-,设定从设备地址,-,-,非周期的读输入 / 输出映象,-,-,非周期的读 / 写任一数据,(X),-,报警处理功能,(X),-,装载/卸载主设备参数表,-,-,(x) PROFIBUS-DP 扩展功能, 它们在 PROFIBUS 技术导则中被描述，订单号：2.082,(X),(X),PROFIBUS-DP 基本功能,主站 (1 类),主站 (2 类),数据交换（Data_Exchange） 读从站诊断 （Slave_Diag） 设定参数 （Set_Prm） 检查组态 （Chk_Cfg） 全局控制 （Global_Control）,Get_Mast

9、er_Diag,初始化卸载参数 （Start_Seq） 卸载 （Download） 装载 （Upload） 结束卸载装载参数（End_Seq） 二类主站激活所有主站数据记录 （Act_Para_Brct） 激活一个参数记录 （Act_Param）,数据交换 读输入 （RD_Ind） 读输出 （RD_Outp） Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg 读组态 （Get_Cfg） Global_Control 设定从站地址 （Set_Slave_Add (opt)）,Data_Exchange RD_Inp RD_Outp Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg Get

10、_Cfg Global_Control Set_Slave_Add,PLC,从站,DP- 主站和 DP- 从站间的数据传输,参数化阶段 从站由 DP- 主站用现行总线参数、监控时间和从站的特定参数进行参数化。 组态阶段DP- 主站对DP- 从站所需要的配置和现行的配置进行比较。 用户数据传输阶段 在参数化和组态成功后， DP- 从站改变其状态进入用户数据交换阶段。 在此阶段，从站的参数化能被更改，而不必中断数据传输。, 在这三个阶段中，都可以附加诊断数据和控制命令的传输。,DP- 从站的状态机构,Set_Slave_Add Slave_Diag,Power_on,WAIT_PRM,WAIT_C

11、FG,DATA_EXCH,Chk_Cfg, not ok Set_Prm, not ok,Slave_Diag Get_Cfg,Slave_Diag Set_Prm Get_Cfg,说明： Power-on. 只有在此状态下，从站能从2类主站接收 Set_Slave_ Add电文来改变它的地址。 WAIT_PRM. 等待参数化完成 WAIT_CFG. 等待组态完成 DATA_EXCH. 数据交换 若组态或数据交换不成功，再回到参数化阶段。,DP- 从站的参数化,在参数化电文中，DP- 主站传送下列信息给 DP-从站: 从站用不用看门狗（watch dog）控制 定义站延迟时间 (TSDR) 支

12、持的锁定同步方式 DP-从站对其他主站的锁闭或不锁闭 组（group）的定义 确定相关主站的地址 为了确定用户指定的参数，可以使用 8-244 个字节。,DP-从站的组态,在组态阶段，确定从站的输入 / 输出的数据量，还要规定周期性 用户数据交换时的用户数据长度。 组态数据可以分成若干部分，每部分16 个字节。 定义数据域，数据域将被一致性地传输。 制造商指定数据的定义,控制命令 除与用户数据传输有关的站以外，DP-主站可以发送控制命令给一个、一组 或全部DP-从站。这些控制命令设计为全局控制（Global-Controls）。 它们是：,输入同步 (锁定模式) 输出同步 (同步模式) 输出清

13、除进入失效安全状态 (清除模式),PROFIBUS-DP 提供广泛的诊断可能性 诊断信息能快速确定故障的位置。,与站有关的诊断 站一般运行状态的信息，如温度过高，电压过低. 与模块有关的诊断 设备中相关模块的信息，如输出模块 8A 有故障 . 与通道有关的诊断 输入或输出某一信号位的信息，如输出线 3 断了.,诊断信息分为三级:,安全性功能 在分散控制的现场，提供有效的安全性功能是十分必要的。 PROFIBUS-DP 的安全性功能确保如下检查: 参数化错误 站脱落 传输介质脱落 EMC (电磁兼容性) 硬件和软件失效,OK,OK,系统行为 在 EN 50170 Vol. 2 中定义了DP-主和

14、DP-从的系统行为。 系统行为主要由 DP-主站 (1 类)的系统行为来确定。 DP-主站 (1 类) 区别下列状态: 停止（STOP）在DP-主和DP-从之间无数据传输。 清除（CLEAR）DP-主读 DP-从的输入数据并保持输出在失效安全状态。 运行（OPERATE）DP-主处在数据传输阶段。 在后继的周期中，DP-从的输入被读，且输出数据被写给 DP-从。,识别号 每一类 DP-从设备和每一类 DP-主设备 (1 类) 都必须分别有一个识别号。,用一个识别号，DP-主能识别已联接的DP-从的类型，而无须在前面特 别议定。 如果设备类型和设备地址都正确，这就为在总线上运行做好了准备， 此时

15、DP-主将开始用户数据传输。 识别号用 0 到 FFFF 间的16进数。 识别号由 PROFIBUS 用户组织发放，如在德国的PNO，在美国的 PTO。,DP 使用的服务存取点 (SAP),Default-SAP:用户数据交换 SAP 54: 主 - 主功能 SAP 55: 设定 / 更改从地址 SAP 56: 读输入 SAP 57: 读输出 SAP 58: 控制命令 SAP 59: 读组态数据 SAP 60: 读诊断数据 SAP 61: 设定参数化数据 SAP 62: 检查组态数据,服务存取点被用来选择不同的DP-功能:,DP - MASTER,请求电文,响应电文,读服务的顺序,DP - S

16、LAVE,轮询直到数据是有效的,扩展的DP 功能,用非周期性的读和写服务访问 I/O,Base Module,Module 1 8 DO,Module 2 16 DO,Module 3 8 DI,Module 4 1 AI,Index,Slot Number,1 Byte Output2 Byte Output Module 1 Module 2,1 Byte Input4 Byte Input Module 3Module 4,请求: 响应:,PROFIBUS-DP 设备的GSD-文件 (1),在GSD文件中，描述每一个 PROFIBUS-DP 设备的特性。 每个设备的GSD 文件用设备的电子数据单来表示。 GSD 文件包含所有设备的特定参数，如: 支持的波特率