PROFIBUS-DP

PROFIBUS–DP協議明確規定了用戶數據怎樣在匯流排各站之間傳遞，但用戶數據的含義是在PROFIBUS行規中具體說明的。另外，行規還具體規定了PROFIBUS－DP如何用於應用領域。使用行規可使不同廠商所生產的不同設備互換使用，而工廠操作人員毋須關心兩者之間的差異。因為與應用有關的含義在行規中均作了精確的規定說明。下面是PROFIBUS－DP行規，括弧中數字是文件編號：

（1）NC/RC行規（3.052）

（2）編碼器行規（3.062）

（3）變速傳動行規（3.071）

（4）操作員控制和過程監視行規（HMI）

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。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。

Profibus是作為德國國家標準DIN 19245和歐洲標準prEN 50170的現場匯流排。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型用於分散外設間的高速傳輸，適合於加工自動化領域的應用。FMS意為現場信息規範，適用於紡織、樓宇自動化、可編程式控制制器、低壓開關等一般自動化，而PA則是用於過程自動化的匯流排類型，它遵從IEC1158-2標準。該項技術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。它採用了OSI模型的物理層、數據鏈路層，由這兩部分形成了其標準第一部分的子集，DP型隱去了3～7層，而增加了直接數據連接擬合作為用戶介面，FMS型只隱去第3～6層，採用了應用層，作為標準的第二部分。PA型的標準如今還處於制定過程之中，其傳輸技術遵從IEC1158-2 (1 )標準，可實現匯流排供電與本質安全防爆。

Profibus支持主-從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對匯流排的控制權，可主動發送信息。對多主站系統來說，主站之間採用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規定的時間內擁有匯流排控制權，共事先規定好令牌在各主站中循環一周的最長時間。按Profibus的通信規範，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發送或索取信息，實現點對點通信。主站可採取對所有站點廣播 (不要求應答),或有選擇地向一組站點廣播。

DP擴展功能是對DP基本功能的補充，與DP基本功能兼容。

（1）DPM1與DP從站間非循環的數據傳輸。

（2）帶DDLM讀和DDLM寫的非循環讀/寫功能，可讀寫從站任何希望數據。

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

（4）DPM2與從站間的非循環的數據傳輸。

為了將不同廠家生產的PROFIBUS產品集成在一起，生產廠家必須以GSD文件（電子設備資料庫文件）方式將這些產品的功能參數（如I/O點數．診斷信息．波特率．時間監視等）儲存起來。標準的GSD數據將通信擴大到操作員控制級。使用根據GSD所作的組態工具可將不同廠商生產的設備集成在同一匯流排系統中。

GSD文件可分為三個部分：

（1）總規範：包括了生產廠商和設備名稱．硬體和軟體版本．波特率．監視時間間隔．匯流排插頭指定信號。

（2）與DP有關的規範：包括適用於主站的各項參數，如允許從站個數．上裝/下裝能力。

（3）與DP從站有關的規範：包括了與從站有關的一切規範，如輸入/輸出通道數．類型．診斷數據等。

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，每行都用一個關鍵字開頭，包括關鍵字及參數(無符號數或字元串)兩部分。GSD文件中的關鍵字可以是標準關鍵字(在PROFIBUS標準中定義)或自定義關鍵字。標準關鍵字可以被PROFIBUS的任何組態工具所識別，而自定義關鍵字只能被特定的組態工具識別。

一個GSD文件的例子如下。

#Profibus DP ；DP設備的GSD文件均以此關鍵存在

GSD Revision=1 ；GSD文件版本

VendorName="Meglev" ；設備製造商

Model Name="DP Slave" ；產品名稱

Revision="Version 01" ；產品版本

RevisionNumber=01 ；產品版本號(可選)

IdemNumber=0x01 ；產品識別號

ProtocoI Ident=0 ；協議類型（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" ；硬體版本

Soltware Realease="SWl.0" ；軟體版本

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" ；採用的解決方案

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 ；最大用戶參數數據長度(0-237)

Usel prmDataLen=0 ；用戶參數長度

Min Slave Imervall=22 ；最小從站響應循環間隔

Modular Station=l ；是否為模塊站

MaxModule=l ；從站最大模塊數

MaxInput Len=8 ；最大輸入數據長度

MaxOutput Len=8 ；最大輸出數據長度

MaxData Len=16 ；最大數據的長度(輸入輸出之和)

MaxDiagData Len=6 ；最大診斷數據長度(6～244)Slave

Family=3 ；從站類型

Module=“Modulel”0x23，0x13；；模塊1，輸入輸出各4位元組

EndModule

Module="Module2"0x27，0x17；；模塊2．輸入輸出各8位元組

EndModule

用於現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息並周期地向從站發送輸出信息。匯流排循環時間必須要比主站（PLC）程序循環時間短。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態．診斷和報警處理。

①傳輸技術：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匯流排存取：各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主－從傳送。支持單主或多主系統。匯流排上最多站點（主－從設備）數為126。Profibus的理論地址範圍：0~127（127為廣播地址）。最多可用32個主站，總的站數可達127個（多主）。

③通信：點對點（用戶數據傳送）或廣播（控制指令）。循環主－從用戶數據傳送和非循環主－主數據傳送。

④運行模式：運行．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從站間的循環用戶有數據傳送。各DP從站的動態激活和可激活。DP從站組態的檢查。強大的診斷功能，三級診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過匯流排給DP從站賦予地址。通過部線對DP主站（DPM1）進行配置，每DP從站的輸入和輸出數據最大為244位元組。

⑦可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進行。DP從站帶看門狗定時器（Watchdog Timer）。對DP從站的輸入/輸出進行存取保護。DP主站上帶可變定時器的用戶數據傳送監視。

⑧設備類型：第二類DP主站（DPM2）是可進行編程．組態．診斷的設備。第一類DP主站（DPM1）是中央可編程式控制制器，如PLC．PC等。DP從站是帶二進位值或模擬量輸入輸出的驅動器．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。

①速率：在一個有著32個站點的分佈系統中，PROFIBUS-DP對所有站點傳送512 bit/s 輸入和512bit/s輸出，在12Mbit/s時只需1毫秒。

②診斷功能：經過擴展的PROFIBUS-DP診斷能對故障進行快速定位。診斷信息在匯流排上傳輸並由主站採集。診斷信息分三級：

·本站診斷操作：本站設備的一般操作狀態，如溫度過高．壓力過低。

·模塊診斷操作：一個站點的某具體I/O模塊故障。

·通過診斷操作：一個單獨輸入/輸出位的故障。

PROFIBUS-DP允許構成單主站或多主站系統。在同一匯流排上最多可連接126個站點。系統配置的描述包括：站數．站地址．輸入/輸出地址．輸入/輸出數據格式．診斷信息格式及所使用的匯流排參數。每個PROFIBUS-DP系統可包括以下三種不同類型設備：

① 一級DP主站（DPM1）：一級DP主站是中央控制器，它在預定的周期內與分散的站（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．組態設備或操作面板，在DP系統組態操作時使用，完成系統操作和監視目的。

③ DP從站：DP從站是進行輸入和輸出信息採集和發送的外圍設備（I/O設備．驅動器．HMI．閥門等）。

④單主站系統：在匯流排系統的運行階段，只有一個活動主站。

⑤ 多主站系統：匯流排上連有多個主站。這些主站與各自從站構成相互獨立的子系統。每個子系統包括一個DPMI．指定的若干從站及可能的DPM2設備。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從站寫入數據。

系統行為主要取決於DPM1的操作狀態，這此狀態由本地或匯流排的配置設備所控制。主要有以下三種狀態：

·停止：在這種狀態下，DPM1和DP從站之間沒有數據傳輸。

·清除：在這種狀態下，DPM1讀取DP從站的輸入信息並使輸出信息保持在故障安全狀態。

·運行：在這種狀態下，DPM1處於數據傳輸階段，循環數據通信時，DPM1從DP站讀取輸入信息並向從站寫入輸出信息。

①DPM1設備在一個預先設定的時間間隔內，以有選擇的廣播方式將其本地狀態周期性地發送到每一個有關的DP從站。

② 如果在DPM1的數據傳輸階段中發生錯誤，DPM1將所有有關的DP從站的輸出數據立即轉入清除狀態，而DP從站將不在發送用戶數據。在次之後,DPM1轉入清除狀態。

DPM1和相關DP從站之間的用戶數據傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動進行。在對匯流排系統進行組態時，用戶對DP從站與DPM1的關係作出規定，確定哪些DP從站被納入信息交換的循環周期，哪些被排斥在外。

DMP1和DP從站之間的數據傳送分三個階段：參數設定．組態．數據交換。在參數設定階段，每個從站將自己的實際組態數據與從DPM1接受到的組態數據進行比較。只有當實際數據與所需的組態數據相匹配時，DP從站才進入用戶數據傳輸階段。因此，設備類型．數據格式．長度以及輸入輸出數量必須與實際組態一致。

除主－從功能外，PROFIBUS－DP允許主－主之間的數據通信，這些功能使組態和診斷設備通過匯流排對系統進行組態。

除DPM1設備自動執行的用戶數據循環傳輸外，DP主站設備也可向單獨的DP從站．一組從站或全體從站同時發送控制命令。這些命令通過有選擇的廣播命令發送的。使用這一功能將打開DP從站的同步及鎖定模式，用於DP從站的事件控制同步。

主站發送同步命令后，所選的從站進入同步模式。在這種模式中，所編址的從站輸出數據鎖定在當前狀態下。在這之後的用戶數據傳輸周期中，從站存儲接收到輸出的數據，但它的輸出狀態保持不變；當接收到下一同步命令時，所存儲的輸出數據才發送到外圍設備上。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入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數據鎖定在當前狀態下，直到主站發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。

對DP主站DPM1使用數據控制定時器對從站的數據傳輸進行監視。每個從站都採用獨立的控制定時器。在規定的監視間隔時間中，如數據傳輸發生差錯，定時器就會超時。一旦發生超時，用戶就會得到這個信息。如果錯誤自動反應功能“使能”，DPM1將脫離操作狀態，並將所有關聯從站的輸出置於故障安全狀態，並進入清除狀態。