1、概述

PROFIBUS – DP的DP即Decentralized Periphery，是一種計算機(jī)電子元件。它具有高速低成本，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。它與PROFIBUS－PA（Process Automation ）、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同組成了PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)。

2、基本信息

行規(guī)

PROFIBUS–DP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞，但用戶數(shù)據(jù)的含義是在PROFIBUS行規(guī)中具體說明的。另外，行規(guī)還具體規(guī)定了PROFIBUS－DP如何用于應(yīng)用領(lǐng)域。使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設(shè)備互換使用，而工廠操作人員毋須關(guān)心兩者之間的差異。因為與應(yīng)用有關(guān)的含義在行規(guī)中均作了精確的規(guī)定說明。下面是PROFIBUS－DP行規(guī)，括弧中數(shù)字是文件編號： （1）NC/RC行規(guī)（3.052） （2） 編碼器行規(guī)（3.062） （3）變速傳動行規(guī)（3.071） （4） 操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)（HMI）

傳輸距離

Profibus的傳輸速率為9.6K～12Mbps，最大傳輸距離在9.6K~187.5Kbps時為1000m，500Kbps時為400m，1500Kbps時為200m，3000K~12000Kbps時為100m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點(diǎn)。

Profibus是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN 50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動化，而PA則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。

該項技術(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成了其標(biāo)準(zhǔn)第一部分的子集，DP型隱去了3～7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口，F(xiàn)MS型只隱去第3～6層，采用了應(yīng)用層，作為標(biāo)準(zhǔn)的第二部分。

PA型的標(biāo)準(zhǔn)如今還處于制定過程之中，其傳輸技術(shù)遵從IEC1158-2 (1 )標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。 Profibus支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權(quán)，可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個事先規(guī)定的時間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時間。

按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。主站可采取對所有站點(diǎn)廣播 (不要求應(yīng)答),或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。

擴(kuò)展功能

DP擴(kuò)展功能是對DP基本功能的補(bǔ)充，與DP基本功能兼容。

（1）DPM1與DP從站間非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。

（2） 帶DDLM讀和DDLM寫的非循環(huán)讀/寫功能，可讀寫從站任何希望數(shù)據(jù)。

（3） 報警響應(yīng)，DP基本功能允許DP從站用診斷信息向主站自發(fā)地傳輸事件，而新增的DDLM－ALAM－ACK功能被用來直接響應(yīng)從DP從站上接收的報警數(shù)據(jù)。

（4）DPM2與從站間的非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)文件

為了將不同廠家生產(chǎn)的PROFIBUS產(chǎn)品集成在一起，生產(chǎn)廠家必須以GSD文件（電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件）方式將這些產(chǎn)品的功能參數(shù)（如I/O點(diǎn)數(shù)．診斷信息．波特率．時間監(jiān)視等）儲存起來。標(biāo)準(zhǔn)的GSD數(shù)據(jù)將通信擴(kuò)大到操作員控制級。使用根據(jù)GSD所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中。

GSD文件可分為三個部分：

（1）總規(guī)范：包括了生產(chǎn)廠商和設(shè)備名稱．硬件和軟件版本．波特率．監(jiān)視時間間隔．總線插頭指定信號。

（2）與DP有關(guān)的規(guī)范：包括適用于主站的各項參數(shù)，如允許從站個數(shù)．上裝/下裝能力。

（3）與DP從站有關(guān)的規(guī)范：包括了與從站有關(guān)的一切規(guī)范，如輸入/輸出通道數(shù)．類型．診斷數(shù)據(jù)等。

3 GSD文件格式

GSD文件是ASCII文件．可以用任何一種ASCII編輯囂編輯 如計事本、UltraEdit等，也可使用PROFIBus用戶組織提供的編輯程序GSDEdit。GSD文件是由若干行組成，每行都用一個關(guān)鍵字開頭，包括關(guān)鍵字及參數(shù)(無符號數(shù)或字符串)兩部分。GSD文件中的關(guān)鍵字可以是標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵字(在PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)中定義)或自定義關(guān)鍵字。標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵字可以被PROFIBUS的任何組態(tài)工具所識別，而自定義關(guān)鍵字只能被特定的組態(tài)工具識別。

一個GSD文件的例子如下。

#Profibus DP ；DP設(shè)備的GSD文件均以此關(guān)鍵存在

GSD Revision=1 ；GSD文件版本

VendorName="Meglev" ；設(shè)備制造商

Model Name="DP Slave" ；產(chǎn)品名稱

Revision="Version 01" ；產(chǎn)品版本

RevisionNumber=01 ；產(chǎn)品版本號(可選)

IdemNumber=0x01 ；產(chǎn)品識別號

ProtocoI Ident=0 ；協(xié)議類型（表示DP）

StationType=0 ；站類型(0表示從站)

FMS Supp=0 ；不支持FMS．純DP從站

Hardware Realease="HW1.0" ；硬件版本

Soltware Realease="SWl.0" ；軟件版本

9.6 supp=1 ；支持9.6kbps波特率

19.2 supp=l ；支持19.2kbps波特率

MaxTsdr 9.6=60 ；9.6kbps時最大延遲時間

MaxTsdrl9.2=60 ；19.2kbps時最大延遲時間

RepeaterCtrl sig=0 ；不提供RTS信號

24VPins=0 ；不提供24V電壓

Implementation Type="SPC3" ；采用的解決方案

FreezeMode Supp=0 ；不支持鎖定模式

SyncMode Supp=0 ；不支持同步模式

AutoBaud Supp=l ；支持自動波特率檢測

Set SlaveAdd Supp=0 ；不支持改變從站地址

Fail Safe=0 ；故障安全模式類型

MaxUser PrmDataLen=0 ；最大用戶參數(shù)數(shù)據(jù)長度(0-237)

Usel prmDataLen=0 ；用戶參數(shù)長度

Min Slave Imervall=22 ；最小從站響應(yīng)循環(huán)間隔

Modular Station=l ；是否為模塊站

MaxModule=l ；從站最大模塊數(shù)

MaxInput Len=8 ；最大輸入數(shù)據(jù)長度

MaxOutput Len=8 ；最大輸出數(shù)據(jù)長度

MaxData Len=16 ；最大數(shù)據(jù)的長度(輸入輸出之和)

MaxDiagData Len=6 ；最大診斷數(shù)據(jù)長度(6～244)Slave

Family=3 ；從站類型

Module=“Modulel”0x23，0x13；；模塊1，輸入輸出各4字節(jié)

EndModule

Module="Module2"0x27，0x17；；模塊2．輸入輸出各8字節(jié)

EndModule

3、作用

用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)．診斷和報警處理。

①傳輸技術(shù)：RS－485雙絞線．雙線電纜或光纜。波特率從9.6K bit/s到12M bit/s。

②總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主－從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)?？偩€上最多站點(diǎn)（主－從設(shè)備）數(shù)為126。Profibus的理論地址范圍：0~127（127為廣播地址）。最多可用32個主站，總的站數(shù)可達(dá)127個（多主）。

③通信：點(diǎn)對點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主－從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主－主數(shù)據(jù)傳送。

④運(yùn)行模式：運(yùn)行．清除．停止。

⑤同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。

⑥功能：DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強(qiáng)大的診斷功能，三級診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給DP從站賦予地址。通過部線對DP主站（DPM1）進(jìn)行配置，每DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為244字節(jié)。

⑦可靠性和保護(hù)機(jī)制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行。DP從站帶看門狗定時器（Watchdog Timer）。對DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護(hù)。DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。

⑧設(shè)備類型：第二類DP主站（DPM2）是可進(jìn)行編程．組態(tài)．診斷的設(shè)備。第一類DP主站（DPM1）是中央可編程控制器，如PLC．PC等。DP從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動器．閥門等；同時也可以是智能從站，即從站支持可編程，一般智能從站即另外一個PLC主機(jī)。

速率診斷

①速率：在一個有著32個站點(diǎn)的分布系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP對所有站點(diǎn)傳送512 bit/s 輸入和512bit/s輸出，在12Mbit/s時只需1毫秒。

②診斷功能：經(jīng)過擴(kuò)展的PROFIBUS-DP診斷能對故障進(jìn)行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級：

·本站診斷操作：本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過高．壓力過低。

·模塊診斷操作：一個站點(diǎn)的某具體I/O模塊故障。

·通過診斷操作：一個單獨(dú)輸入/輸出位的故障。

構(gòu)成系統(tǒng)

PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接126個站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)．站地址．輸入/輸出地址．輸入/輸出數(shù)據(jù)格式．診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備：

① 一級DP主站（DPM1）：一級DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。

②二級DP主站（DPM2）：二級DP主站是編程器．組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。

③ DP從站：DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備．驅(qū)動器．HMI．閥門等）。

④單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個活動主站。

⑤ 多主站系統(tǒng)：總線上連有多個主站。這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)包括一個DPMI．指定的若干從站及可能的DPM2設(shè)備。任何一個主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象，但只有一個DP主站允許對DP從站寫入數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)行為

系統(tǒng)行為主要取決于DPM1的操作狀態(tài)，這此狀態(tài)由本地或總線的配置設(shè)備所控制。主要有以下三種狀態(tài)：

·停止：在這種狀態(tài)下，DPM1和DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳輸。

·清除：在這種狀態(tài)下，DPM1讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態(tài)。

·運(yùn)行：在這種狀態(tài)下，DPM1處于數(shù)據(jù)傳輸階段，循環(huán)數(shù)據(jù)通信時，DPM1從DP站讀取輸入信息并向從站寫入輸出信息。

①DPM1設(shè)備在一個預(yù)先設(shè)定的時間間隔內(nèi)，以有選擇的廣播方式將其本地狀態(tài)周期性地發(fā)送到每一個有關(guān)的DP從站。

② 如果在DPM1的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯誤，DPM1將所有有關(guān)的DP從站的輸出數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)入清除狀態(tài)，而DP從站將不在發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。在次之后,DPM1轉(zhuǎn)入清除狀態(tài)。

循環(huán)數(shù)據(jù)

DPM1和相關(guān)DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動進(jìn)行。在對總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時，用戶對DP從站與DPM1的關(guān)系作出規(guī)定，確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期，哪些被排斥在外。

DMP1和DP從站之間的數(shù)據(jù)傳送分三個階段：參數(shù)設(shè)定．組態(tài)．?dāng)?shù)據(jù)交換。在參數(shù)設(shè)定階段，每個從站將自己的實際組態(tài)數(shù)據(jù)與從DPM1接受到的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。只有當(dāng)實際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時，DP從站才進(jìn)入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設(shè)備類型．?dāng)?shù)據(jù)格式．長度以及輸入輸出數(shù)量必須與實際組態(tài)一致。

組態(tài)設(shè)備

除主－從功能外，PROFIBUS－DP允許主－主之間的數(shù)據(jù)通信，這些功能使組態(tài)和診斷設(shè)備通過總線對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。

鎖定模式

除DPM1設(shè)備自動執(zhí)行的用戶數(shù)據(jù)循環(huán)傳輸外，DP主站設(shè)備也可向單獨(dú)的DP從站．一組從站或全體從站同時發(fā)送控制命令。這些命令通過有選擇的廣播命令發(fā)送的。使用這一功能將打開DP從站的同步及鎖定模式，用于DP從站的事件控制同步。

主站發(fā)送同步命令后，所選的從站進(jìn)入同步模式。在這種模式中，所編址的從站輸出數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下。在這之后的用戶數(shù)據(jù)傳輸周期中，從站存儲接收到輸出的數(shù)據(jù)，但它的輸出狀態(tài)保持不變；當(dāng)接收到下一同步命令時，所存儲的輸出數(shù)據(jù)才發(fā)送到外圍設(shè)備上。用戶可通過非同步命令退出同步模式。

鎖定控制命令使得編址的從站進(jìn)入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下，直到主站發(fā)送下一個鎖定命令時才可以更新。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。

保護(hù)機(jī)制

對DP主站DPM1使用數(shù)據(jù)控制定時器對從站的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行監(jiān)視。每個從站都采用獨(dú)立的控制定時器。在規(guī)定的監(jiān)視間隔時間中，如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯，定時器就會超時。一旦發(fā)生超時，用戶就會得到這個信息。如果錯誤自動反應(yīng)功能“使能”，DPM1將脫離操作狀態(tài)，并將所有關(guān)聯(lián)從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，并進(jìn)入清除狀態(tài)。






審核編輯：劉清