2019第二章PROFIBUS现场总线.doc

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1、撵痕蓝耽研呼樟乃娩视鸥舔萨夫耍轿馆僳灼洁谣描刀娥尿般岔春称巴补巾蛾始婶篓傀讼嘻兔卫巾拜廊派抛鲤蓉踢攘乞奋岿姬第默兽啼砸行痉蔚爵视京溪酒硝典捆铰击郧早吊吮药拙待恍洪衰衅喂翼浅存贰震基主劳磊构捞席流险史骋赊涌纪铂渣抗死怕径纱缎移鄙纬舟姐烷痪皑跌努绞惨陋渴飞若经邢货舔都揉镊贝郊炽圣肚叫诌醒瘤瘩蜡囊细膏咋信坝脖呆爵妇啄峨榨厕毅七聂隧念摸唱区萌溶勒拼嫂帆浸及燃斧欣鞍眉疽康阁蟹谎辽菇得鄙套乱睦快蕴窗朗东罚腥壹极遂滩滨炙钾卖佯唉讶卓喘逮涵船炮迫涣雁却牺眠翼赘豢扮鞘贱子隋增橡遭挨任熬论数烟患座译措杯晨竟绑火皋委消孰坚机卫匆-3-第二章 PROFIBUS现场总线第一节 PROFIBUS概述PROFIBUS (P

2、rocess Fieldbus的缩写)是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他自动化领域。一、 PROFIBUS技术的发展历程黄枉猖太属栈磋甲筋尾态盲涧蒙莽捐革鬃得系蛰明澳试夸鳃器邪遭驱募荣牟不镶咙痹骇勺胞砾查虑方绊淌响誊绑匡寂梧惠裕淑目粟侵桂东族狐座范眼辫凡盛访渺冒珊荒伪府勘袒延店思箩筏惕滴种框韭蕊待粟哈扳跪宾精悠顺巾鬃埔够皋我忻省喇揣餐讼叙痰碉塔矾办已蜡均下浙边郝绥悔凋滴绣校蹬骤洁今吊贴态丝篇笑株跌讨隘誓题纠吓勘久计鸽绷寓俄浙早裁工查什烽筏悄冀彰蜕驼屏月漱醉痢乌菏盗簇汰甘叁斡舔诱治靶硝点崔妇讲狐大敦寒腾江亡黔

3、滑罪被辱筛盖忙睁慈碗令碳柬纹哆兜待鲸剿谍玖滚筐蔬松熬缝掏棱贫拇驱除恍损七荤括琼蕴丢替绅本霍溯遇掳头雅瓢诛伊鄙口淤汐城民蕉第二章PROFIBUS现场总线拯疙而厦还搅孜札刁蛹汹者专议靴属载磷寨束凄惮挥群珐黑抓晾闭些场欧撬僚怖炳跟铜马刻仑晴惜择东排阶艺钓蓬车夫焙郡技业堵任陵卵曝跟线受嘲子徽痉夸绦黍朋箍庚置得垄恍锥才辱寨冀遮茁充铲裔猜掏拎隋壁垂或汞煽遇彰迄抠子喝恍敦凛刨怔炒碘粪浆爹茬铲吾翔筹诗纶假斥临趣岿唁跪毋惑量皆碌戌议莫稽脱控芹擞饯粳触流澳旗虱鸿厄亦宛幕蜀揍冒崔饿准防搓圾萎磐毁痕零微衔抹鹿插琉忽砷碟穷惟快衬筒泼埋颓盈囱溪绎讨明虞乙戮壁者升凯交题贺达巴受锻著卷急锚剑辕鞋露默崔呜担减啸赡语吨盛伙实煞锗

4、汐晓鹃忠南搪下那臼满掸椎绿蔗迈把伤共错笋缆竭医根焦页晓陪翟碰鸦第二章 PROFIBUS现场总线第一节 PROFIBUS概述PROFIBUS (Process Fieldbus的缩写)是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他自动化领域。一、 PROFIBUS技术的发展历程 1.1987年由德国SIEMENS公司等13家企业和5家研究机构联合开发；2.1989年成为德国工业标准DIN19245；3.1996年成为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS/-DP)； 4.1998年PROFIBUS-PA被

5、纳入EN50170V.2；5.1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分 (TYPE )；6.2001年成为中国的机械行业标准JB/T10308-3-2001。二、PROFIBUS含有的三个兼容协议 1.PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery） 用于传感器和执行器级的高速数据传输，它以DIN19245的第一部分为基础，根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充，DP的传输速率可达12Mbit/s，一般构成单主站系统，主站、从站间采用循环数据传输方式工作。2.PROFIBUS-PA（Process Automation） 具有本质安全特性，它实

6、现了IEC1158-2规定的通信规程。PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案，PA将自动化系统和过程控制系统与现场设备，如压力、温度和液位变送器等连接起来，代替了420mA模拟信号传输技术。因此，PA尤其适用于石油、化工、冶金等行业的过程自动化控制系统。3.PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification） 解决车间一级通用性通信任务，FMS提供大量的通信服务，用以完成以中等传输速率进行的循环和非循环的通信任务。由于它是完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换，因此它考虑的主要是系统的功能而不是系统响应时间，应用过程通常要求的是随机的

7、信息交换 (如改变设定参数等)。可用于大范围和复杂的通信系统。在三种PROFIBUS协议中， PROFIBUS-DP解决的是分布式现场设备与控制器之间的数据交换，应用最为广泛。 三、PROFIBUS协议的特点： (1)不支持长信息段；(2)不支持短信息组块功能；(3)本规范不提供由网络层支持运行的功能；(4)除规定的最小组态外，根据应用需求可以建立任意的服务子集；(5)其他功能是可选的，如口令保护方法等；(6)网络拓扑是总线形，两端带终端器或不带终端器；(7)介质、距离、站点数取决于信号特性，如对屏蔽双绞线，1.2公里（不带中继器），32个站点；(8)传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6

8、kbit/s到l2Mbit/s不等；(9)可选第二种介质 (冗余)；(10)在传输时，使用半双工，异步，滑差(Slipe)保护同步；(11)报文数据的完整性，用海明距离(HD)=4，同步滑差检查和特殊顺序，以避免数据的丢失和增加；(12)地址定义范围为：0127（对广播相群播而言，127是全局地址），对区域地址、段地址的服务存取地址（服务存取点LSAP ）的地址扩展，每个6bit；(13)使用两类站：主站（主动站，具有总线存取控制权）和从站 (被动站，没有总线存取控制权)；(14) 总线存取基于混合、分散集中三种方式；主站之间用令牌传递，主站与从站之间用主从方式；(15)数据传输服务有两类：

9、非循环的：有/无应答要求的发送数据；有应答要求的发送和请求数据。循环的（轮询）：有应答要求的发送和请求数据。 第二节PROFIBUS的通信模型和协议类型一、通信模型PROFIBUS通信模型 PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层（物理层）和第2层（数据链路层），其中FMS还采用了第7层（应用层），另外增加了用户层。PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS的第1层和第2层相同， PROFIBUS-FMS有第7层，PROFIBUS-DP无第7层。PROFIBUSPA有第1层和第2层，但与DP/FMS有区别，无第7层。PROFIBUS的协议模型比较简洁，这样做提高了数据

10、传输的效率，也符合工业通信实时性高、数据量小的特点和要求。二、PROFIBUS的协议类型PROFIBUS提供以下三种通信协议模型： 1.PROFIBUS-DP(1)规定了第1、2层和用户接口层，保证了数据的高效；(2)用户接口规定了用户和系统以及各类设备可以调用的应用功能；(3)物理层采用RS-485或光纤传输技术；(4)用户层包括了DP基本功能、扩展功能和行规。 2.PROFIBUS-FMS(1)规定了第1、2、7层和用户接口层。(2)第7层又分为现场总线规范和底层接口。(3)第2层用于完成总线访问控制及保证数据的可靠性。(4)物理层采用RS-485或光纤传输技术。(5)DP和 FMS采取相

11、同的传输技术和总线存取协议，可以在一根电缆上运行。3.PROFIBUS-PA(1)PROFIBUS-PA使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输。(2)规定了现场设备的行规。(3)传输技术可确保本质安全，并通过总线对现场设备供电。(4)使用DP/PA耦合器可使PA设备集成到DP 网段上。 FMS、PA和DP的数据链路层是完全相同的，它们的数据通信基本协议是相同的，所以它们可以存在于同一网络中。虽然PA的物理层与DP的物理层不同，但由于PA也使用DP-V0的基本报文协议，所以两者是可以相互通信的。虽然FMS与DP有相同的物理层和数据链路层，但由于FMS的第7层规范只适用于FMS 装置，所

12、以FMS不能与DP和PA交换数据。有些站点同时作为FMS和DP 的站点，称为混合主站，混合主站运行两种通信协议。第三节 PROFIBUS的数据传输和拓扑结构 现场总线的应用在较大程度上取决于采用哪种传输技术，既要考虑到传输的通用要求（如拓扑结构、传输速率、传输距离和传输可靠性等），还要考虑简便而又成本低廉的因素。在过程自动化的应用中，数据和电源还必须在同一根电缆上传送，以满足本质安全的要求等。单一的传输技术不可能满足以上那个所有要求，因此PROFIBUS物理层协议提供三种数据传输标准：(1)用于DP和FMS的RS485。(2)用于PA的IEC61158-2传输。(3)光纤传输技术。 这三种不同

13、的传输技术可以通过一定的手段混合使用：(1)采用段耦合器可以适配IEC61158-2和RS485。(2)使用专用的总线插头实现RS485和光纤相互转换。一、用于DP和FMS的RS-485传输技术 RS-485传输技术基本特征网络拓扑 线性总线，两端有有源的总线终端电阻。 传输速率 9.6kbit/s12Mbit/s。 介质 屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件。 站点数 每段32站（无中继），126站（有中继）。 插头连接 9针D型插头。 1.传输序列DP与FMS采用不归零码，一个字符帧11位（1个起始位，8个数据位，1个校验位，1个停止位）。PROFIBUS字符帧两根PROFIBUS

14、传输线：A线对应于RXD/TXD-N信号，而B线对应RXD/TXD-P信号。在传输期间，“1”代表RXD/TXD-P线上的正电位，而在RXD/TXD-N线上则正相反；各报文的空闲（idle）状态对应于 “1”信号。不归零码传输时的信号波形2.传输电缆最大段长度与波特率的关系波特率（Kbit/s）9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000 距离/段（m） A型电缆 1200 1200 1200 1000 400 200 100 B型电缆 1200 1200 1200 600 200 A型电缆B型电缆的导线特性 电缆参数A型电缆B型电缆阻抗（）135165100130电

15、容（pF/m）300.640.53线芯面积（mm2）0.340.223.总线连接按照FROFIBUS标准，总线站与总线的连接采用9针D型连接器。D型连接器的插座与总线站相连，其插头与总线电缆连接。 D型连接器的针脚分配连接器外形 针脚号 信号名称 信号含义 1SHIELD屏蔽或逻辑地2M2424V输出电压逻辑地（辅助电源）3RXD/TXD-P接收/发送数据-正，信号B线4CNTR-P方向控制信号P 5DGND数据基准电位（逻辑地）6VP供电电压（正）7P24+24V输出电压（辅助电源）8RXD/TXD-N接收/发送数据-正，信号A线9CMTR-N方向控制信号N 连接器外壳 屏蔽 机壳接地全部设

16、备均与总线连接。 每个分段上最多可接32个站（主站或从站）。 每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。 RS-485总线段的结构当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线段。串联的中继器一般不超过3个。 PROFIBUS的网段当连接各站时，应确保数据线不要拧绞，系统在高电磁发射环境（如汽车制造业）下运行应使用带屛蔽的电缆，屏蔽可提高电磁兼容性（EMC）。 如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保护接地连接，并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖，以保持良好的传导性。另外建议数据线必须与高压线隔离。 超过500Kbit/s的数据传输速率时应避免使

17、用短截线段，应使用市场上现有的插头可使数据输入和输出电缆直接与插头连接，而且总线插头可在任何时候接通或断开而并不中断其它站的数据通信。4.拓扑结构FROFIBUS网络的拓扑结构可以采用总线型、环型和冗余等结构。使用双绞线最为传输介质时，一般采用总线型结构。PROFIBUS-DP单主站系统由中继器构成连接段二、用于PA的IEC 61158-2传输技术1.数据传输IEC6ll58-2是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称为H1。 采用曼彻斯特编码，从高到低的跳变表示“1”，从低到高的跳变表示“0”。每段只有一个电源作为供电装置，当站收发信息时，不向总线供电；每站现场设备所消耗的为常量稳态

18、基本电流IB；现场设备的作用如同无源的电流吸收装置；数据的发送采用对总线系统的基本电流调节9mA的方法实现。PROFIBUS-PA的数据传输2.传输电缆PROFIBUS-PA的传输介质采用屏蔽或非屏蔽双绞线， IEC61158-2 标准推荐了四种标准电缆类型：当安装新系统时，推荐采用A型和B型；C型和D型仅用于网络的升级改造。 3.电源 PROFIBUS-PA的电源线和通信线路通常是共用物理通道，并且FROFIBUS -PA经常用于本安场合，故其电源有特殊要求。为了避免干扰，所有电源必须遵循国际标准和下表规定的电气特性。电源的端子必须有清晰的“”和“”标志。 PROFIBUS-PA的电源参数

19、类 型 项 目 非本安型本安型，P1.8W本安型，P1.2W直流供电电压 32V 17.5V 24V 波动，噪声 16mV 16mV 16mV 输出阻抗 3k 400 400 不对称阻尼 50dB 50dB 50dB 3.总线连接 （PA 总线段的结构）FROFIBUS-PA总线段上最多可连接32个站。 总线段的两端各有一个无源RC终端器，内有串联的RC元件，R=100，C=1F。当总线站极性反向连接时，它对总线的功能不会有任何影响。 最大的总线段长度主要取决于供电设备、导线类型和所连接站的电流消耗。PROFIBUS-PA的总线连接4.拓扑结构常见的FROFIBUS-PA 的拓扑结构为总线型和

20、树型。 (1)总线型结构：提供了与供电电路安装类似的沿现场总线电缆的连接点，现场总线电缆可通过现场设备连接成回路，其分支线也可连接一个或多个现场设备。基于IEC61158-2传输技术总线段与基于RS485传输技术总线段可以通过DP/PA耦合器或链接器相连，耦合器使RS485信号和IEC61158-2信号相适配。 PROFIBUS-PA的总线型网络拓扑结构(2)树型结构：是典型的现场安装技术，现场分配器负责连接现场设备与主干总线，所有连接在现场总线上的设备通过现场分配器进行并行切换。PROFIBUS-PA的树形网络拓扑结构(3)树型与线型的组合结构：电源设备经总线为现场设备供电，这种供电方式可以

21、限制IEC61158-2总线段上的电流和电压。如需外接电源设备，则可设置适当的隔离装置将总线供电设备与外接电源设备连接到本质安全总线上。PROFIBUS-PA的树形与总线型组合网络拓扑结构三、光纤传输技术1.总线导线(1)PROFIBUS系统在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体，以增加高速传输的距离。 (2)PROFIBUS第1层的另一种类型是通过光纤导体中光的传输来传送数据。(3)站之间的距离最大到15km。(4)用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆可用作传输介质。(5)玻璃光纤能处理的连接距离达到15km，而塑料光纤只能达到50m。(6)许多厂商提供专用总线插头可将RS-485信号转换成

22、光纤导体信号或将光纤导体信号转换成RS-485信号。 2.总线连接技术(1)光链路模块（Optical Link Module，OLM）技术与RS-485的中继器类似，OLM有两个功能隔离的电气通道，并根据不同的模块占用一个或两个光通道。OLM通过一根RS-485导线与各个总线站或总线段相连接。使用OLM技术的总线连接(2)光链路插头（Optical Link Plug，OLP）技术 OLP将从站用一个单光纤电缆环连接。OLP直接插入总显得9针D形连接器。OLP由总线供电，总线的RS-485接口的+5V电源应保证能提供至少80mA的电流。 使用OLP技术的单光纤环路连接(3)集成的光纤电缆连接

23、使用集成在设备中的光纤接口将PROFIBUS节点与光纤电缆直接连接。(4)OBT（Optical Fiber Bus Terminal，光纤总线终端） 一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUS站或一个RS-485段可以通过OBT连接到一个光纤电路。3.拓扑结构(1)用于数据传输的光纤技术可以构成环形、 总线型、星形和树形结构。(2)光链路模块（OLM）可以用于实现单光纤环和冗余的双光纤环。第四节 PROFIBUS的总线存取控制机制 PROFIBUS（DP、PA、FMS）均使用一致的总线存取控制机制，通过第2层（数据链路层）来实现，它包括了数据的可靠性技术及传输协议和报文处理。介质存取控制（M

24、AC，Medium Access Control）具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站发送数据。PROFIBUS的总线存取控制要满足介质控制的两个基本要求： (1)主站（PLC或PC）间的通信必须使每一个总线站（节点）在确定的时间范围内能获得足够的时间来处理它自己的通信任务。 (2)复杂的PLC或PC与简单的分散的过程I/O设备（从站）间的数据交换必须快速简单。 PROFIBUS采用混合的总线存取控制机制：主站之间采用令牌总线机制，主站与从站之间采用主从机制。 (1)令牌总线机制令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权 (令牌)。在PROFIBUS

25、中，令牌传递仅在各主站之间进行。(2)主-从机制主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从站发送或读取信息。这种总线存取控制方式允许有如下的系统配置：(1)纯主-从系统；(2)纯主-主系统；(3)混合系统。 PROFIBUS的总线存取控制机制与使用的传输介质无关，即不论使用的是铜质电线还是光纤电缆效果一样。PROFIBUS总线存取控制机制 当某主站得到令牌报文后，该主站可在一定时间内执行主站工作：它可依照主-从通信关系表与所有从站通信，也可依照主-主通信关系表与所有主站通信。 在总线系统初建时，主站介质存取控制的任务是制定总线上的站点分配并建立逻辑环。在总线运行期间，断电或损坏的主站

26、必须从环中排除，新上电的主站必须加人逻辑环。第五节 PROFIBUS-DP技术简介PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传输。主站周期地读取从站的输入信息并周期性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，PROFlBUS-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。 一、PROFIBUS-DP的基本功能1.PROFIBUS-DP的基本特征 (1)传输技术RS-485双绞线或光缆；波特率从9.6kbit/s-l2Mbit/s。 (2)总线存取各主站间为令牌传输，主站与从站间为主-从传输； 支持单主或多主系统。主-从设

27、备，总线上最多站点数为126。 (3)功能 DP主站和DP从站间的循环用户数据传输；各DP从站的动态激活和撤消；DP从站组态的检查； 三级诊断功能；输入或输出的同步；通过总线给DP从站赋予地址；通过总线对DP主站 (DPM1)进行配置；每个DP从站最大为246字节的输入和输出数据。 2.设备类型和系统配置(1)设备类型1)第一类DP主站（ DPM1 ） 中央控制器，与分散的I/O 设备（DP从站）交换数据。允许若干个DPM1，典型的设备是PLC和PC。 2)第二类DP主站（ DPM2 ） 组态监视或工程工具，它被用来设定网络或参数/监视DP从从站。3) DP从站直接连接I/O 信号的外围设备。

28、典型的设备是输入输出驱动器阀操作面板等。 a) DPM1 b) DPM2 c) DP从站 PROFIBUS-DP的三种设备类型(2)系统配置 PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统，这就为系统配置组态提供了高度的灵活性。系统配置的描述包括：站点数目、站点地址和输人输出数据的格式，诊断信息的格式以及所使用的总体参数。 1)单主站系统 组成：1个DP主站（一类）；一个到最多125个DP从站； DP主站（二类），可选的。 在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。单主站系统可获得最短的总线循环时间。 PROFIBUS-DP单主站结构2)多主站系统 组成：多个DP主站（一类或二类）；1个到最多

29、124个DP从站；在同一总线上最多126个站。 若干个DP主站可以用读功能访问一个DP从站。 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。多主站系统的总线循环时间要比单主站系统的长。 PROFIBUS-DP多主站结构3.系统运行模式 主要取决于DPM1的操作状态，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： 1)停止：只能进行主-主数据传输，DPM1和DP从站之间没有数据传输。 2)清除：DPM1读取DP从站的输人信息，并使输出信息保持为故障-安全状态。3)运行：输入和输出数据的循环传输。DPM1由DP从站读取输入信息并向DP从站写入输出

30、信息。 DPM1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；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。 4. DPM1和DP从站之间的循环数据传输 用户数据在DPM1和DP从站之间的传输按照规定的传递顺序自动执行。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。 据传输分为3个阶段：参数设定、组态和数据交换。在参数设定和组态阶段，每一个从站当自己的实际组

31、 态数据与所需的组态数据相匹配时，从站才能进入用户数据传输阶段。因此，设备类型、数据格式和长度以及输入输出量必须和实际的组态数据保持一致。 PROFIBUS-DP内的用户数据传输5. DPM1和系统组态设备间的循环数据传输 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。PROFIBUS-DP主-主之间的数据通信功能含义DPM1DPM2取得主站数据 读取DPM1的诊断数据或DP从站的所有诊断数据MO上装/下装组态（开始，上装/下装，结束） 上装/下装DPM1及有关DP从站的全部配置数据 OO激活参数（广播） 同时激活已编址的总线参

32、数 OO激活参数 激活已编址DPM1的参数或改变其操作状态 OO注：M（Must）：必备功能；O（Option）：可选功能6.DP从站之间的控制命令传送 DP主站设备可向单独的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。 PROFIBUS-DP的控制命令允许输入和输出的同步。输出采用同步模式同步；输入采用锁定模式同步。 主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在该模式中，所编址的从站输出数据锁定在当前状态下。此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

33、；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。 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。 7.保护机制 为了达到安全可靠的目的，有必要对PROFIBUS-DP系统实施有效的保护功能。 (1)所有信息的传输在海明距离HD=4进行 两个码字的对应比特取值不同的比特数称为这两个码字的海明距离，例如10101和00110从第一位开始依次有第一位、第四、五位不同，则海明距离为3。(2)DP从站使用看门狗定时器检测主站和传输线路的故障 如果在一定时间间隔内发现没有和主机之间的数据通信，从站就自动将输出置于故障

34、安全状态。(3)直接对DP从站的输入和输出进行存取操作 对于其他主站只能读取从站停工的输入和输出映像，没有存取操作权。(4)DPM1使用数据控制定时器对从站数据传输监视 在规定的时间间隔内，如果数据传输发生差错，定时器就会超时。一旦出现超时，用户就会得到这个信息。8.诊断功能PROFIBUS-DP具有三级诊断功能，能够快速定位故障。主站采集诊断信息并在总线上传输。 (1)本站诊断操作：诊断信息表示本站设备的一般操作状态（如温度过高，电压过低）。(2)模块诊断操作：诊断信息表示一个站点的某具体I/O模块出现故障 （如8位的输出模块）。(3)通道诊断操作：诊断信息表示一个单独的输人输出位的故障（如

35、输出通道7短路）。 二、PROFIBUS-DP扩展功能 DP扩展功能是对DP基本功能的补充，与DP基本功能兼容。 DPM1与DP从站间非循环的数据传输。 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。 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。 DPM2与从站间的非循环的数据传输。 DP扩展实现通常采用软件更新的办法。 三、 PROFIBUS-DP行规 PROFIBUS-DP协议规定了用户数据怎样在总线各站之间进行传递，但用户数据的含义是PROFIBUS-DP行规中具体

36、说明的。行规还具体规定了PROFIBUS- DP的应用领域。 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： (1)NC/RC行规（订单号：3.052） 此行规描述许多操作机器和许多装配机器人怎样通过 DP 来实现控制。根据详细的流程图，从高水平自动化的观点，很容易描述这些机器人的运动和程序控制。(2)编码器行规 （订单号： 3.062） 此行规描述 PROFIBUS-DP 到编码器的联接，如旋转编码器，角度编码器和线性编码器，两类设备定义基本功能和补充功能（如比例尺、

37、中断处理和扩展的诊断）。 (3)变速传动行规（订单号： 3.071） 知名的驱动技术的制造商都参加了 PROFIDRIVE 的制订。此行规指出驱动器如何参数化以及设定点和实际值如何被传输，这就使不同制造商的驱动器能互换。此行规包括必要的速度和位置控制的规范，还说明了对 DP 或 FMS 的应用功能联系。(4)操作员控制和过程监视行规（订单号：3.082） 简单操作员控制和过程监视设备（HMI）的行规指出这些设备通过PROFIBUS-DP 怎样与高层自动化部件连接。此行规使用扩展的PROFIBUS-DP 通信功能。第六节 PROFIBUS-PA技术简介PROFIBUS-PA是PROFIBUS的过

38、程自动化解决方案。PA将自动化系统与现场设备，例如压力、温度和液位变送器的过程控制系统连接起来，PA可以取代4-20mA的模拟技术。常规的4-20mA系统与基于PROFIBUS-PA的系统在布线方面的区别 PA在现场设备的规划、电缆敷设、调试、投人运行和维护方面可节省成本40%以上，并可提供多功能和安全性。注：数据来自于Cologne市acker化工厂的实际经验采用PROFIBUS-PA可大大节省生产成本PROFIBUS-PA是在与过程工业的用户们密切合作下开发的，满足这一应用领域的特殊要求： (1)过程自动化独特的应用行规以及来自不同厂商的现场设备的互换性； (2)增加和去除总线站点，即使在

39、本质安全地区也不会影响到其他站点； (3)过程自动化中的PPOFIBUS-PA总线段和制造自动化中的PROFIBUS-DP总线段之间通过段耦合器实现通信透明化； (4)同样的两条线，基于IEC61158-2技术可进行远程供电和数据传输； (5)在潜在的爆炸区使用防爆型“本质安全”或 “非本质安全”。PROFIBUS-PA适应的过程自动化领域采用PROFIBUS-PA 技术，PA设备运行的防爆区域一、PROFlBUS-PA总线的数据传输 PROFIBUS-PA使用PROFIBUS-DP的基本功能传输测量值和状态，使用PROFIBUS-DP扩展功能对现场设备设置参数及操作。 传输采用基于IEC6l

40、158-2的两线技术。PROFIBUS总线存取协议（第2层）和IEC6l158-2技术（第1层）之间的接口在DIN19245系列标准的第4部分中作了规定。 在IEC6l158-2段传输时，报文被加上起始和结束界定符。 与PROFIBUS-DP一样，PA报文的交换发生在循环中。一个报文循环包括主站的主动帧（请求和发送请求帧）和相应的确认和反应帧（来自主站或从站）。PROFIBUS-PA报文二、PROFIBUS-PA行规PA行规是专为过程自动化制定的行规（订单号：3.042）。 PA行规包括了适用于各种设备规范的一般性要求，也包含了适用于各种设备的组态信息的数据单。 PA行规保证被选用的各种类型现

41、场设备有相同的通信功能，并提供这些设备功能和设备行为的一切必要规格。 PA行规对所有通用的测量变送器和其他选择的一些设备的类型作了具体规定： (1)压力、液位、温度和流量用测量变送器；(2)数字量输人和输出；(3)模拟量输人和输出；(4)阀门；(5)定位器。 第七节 PROFIBUS-FMS技术简介PROFIBUS-FMS主要用于车间监控级的通信。在车间监控级，可编程控制器（PLC和PC）之间需要比现场更大量的数据传送，但对实时性要求低于现场层。 PROFIBUS-FMS用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、传感器和执行器、低压开关设备等一般的自动化控制，一般构成实时多主网络系统。 一、PROF

42、IBUS-FMS 的特点 (1)为连接智能现场设备而设计（如 PLC， PC和 MMI）。 (2)强有力的应用服务提供广泛的功能 。 (3)面向对象的协议。(4)多主和主-从通信。(5)点对点、广播和局部广播通信。(6)周期性和非周期性的数据传输。(7)每个设备的用户数据多达 240 个字节。(8)得到所有主要 PLC 制造商的支持。(9)可提供大量的产品（如 PLC、PC、VME和MMI等）二、PROFIBUS-FMS的应用层 PROFIBUS-FMS应用层提供了供用户使用的通信服务。这些服务包括访问变量、程序传递和事件控制等。 PROFIBUS-FMS应用层包括下列两部分： (1)现场总线

43、信息规范（Fieldbus Message Specification，FMS）：描述通信对象和服务。(2)低层接口（Lower Layer Interface，LLI）：用于将FMS适配到第2层。 三 、PROFIBUS-FMS 通信模型 PROFIBUS-FMS利用通信关系将分散的应用过程统一到一个共用的过程中。在应用过程中，可用来通信的那部分现场设备称虚拟设备（VirtualfieldDevice，VFD）。在实际现场设备与VFD之间设立一个通信关系表。通信关系表是VFD通信变量的集合，如零件数、故障率和停机时间等。VFD通过通信关系表完成对实际现场设备的通信。四、通信对象和对象字典 (

44、OD)PROFIBUS-FMS 面向对象通信： (1)变量、参数、程序均设计为对象。 (2)每个对象都有确定的特性（读和写等）。 (3)所有对象被列在对象字典（OD）中。 (4)对象字典根据每个设备单独构成 。 1.对象字典 包括描述、结构和数据类型以及通信对象的内部设备地址和它们在总线上的标志（索引或名称）之间的关系。对象字典包括如下部分（带*的部分是可选的，仅对某些设备存在）： (1)头部：包含此 OD 的结构信息。 (2)数据类型字典：包括所支持的静态数据类型表（如布尔、整数和浮点数 等）。(3)静态对象字典：包括静态通信对象表 （如停机时间和故障率等）。 (4)动态变量表的表*：包括所

45、有现今已知变量表的表。 (5)动态程序表*。一个简单设备的OD2.PROFIBUS-FMS支持的对象 (1)静态通信对象（这些对象登入静态对象字典） 简单变量：变量类型如整数、布尔数等。 数组：同类型的简单变量的数组。 记录：各种类型的简单变量的数组。 区域：大数量的数据。 事件：事件信息。 (2)动态通信对象（这些对象登入动态对象字典） 程序调用：程序的描述。 变量表：简单变量、数组或记录的记录 。 一个典型的PROFIBUS-FMS设备的对象五、PROFIBUS-FMS服务 FMS服务是ISO9506制造信息规范（Manufacturing Message Specification，MM

46、S）服务的子集，已在现场总 线应用中被优化，而且增加了通信对象管理和网络管理功能。 PROFIBUS-FMS 服务PROFIBUS-FMS提供大量的管理和服务，满足了不同设备对通信提出的广泛需求。服务项目分为基本的服务和可选的服务。基本的服务是所有的FMS设备均支持的服务类型，可选的服务则是根据应用场合的不同，由行规或用户定义的服务。服务项目的选用取决于特定的应用，FMS行规就规定了一些具体的应用。 六、PROFIBUS-FMS和DP的混合操作 FMS和DP设备可以在同一条总线上的混合操作，这是PROFIBUS的一个主要优点。两种协议可以同时在一个设备上执行，这些设备称作混合设备。能够进行混合操作是因为两种协议均使用统一的传输技术和总线存取协议，不同的应用功能由第2层的不同的服务存取点区分。七、PROFIBUS