CC-Link現(xiàn)場總線概述

1、第4章 CC-Link現(xiàn)場總線及其應用學習目標：1）了解CC-Link總線的發(fā)展、特點及應用范圍2）學會將FX PLC作為主站的CC-Link總線系統(tǒng)的構建方法，了解程序結構及設計要點。3）學會基于Q系列PLC的CC-Link總線系統(tǒng)的構建方法，了解網絡參數的設置方法及程序設計要點。重點內容：1）CC-Link總線系統(tǒng)中的設備的分類和所起的作用2）CC-Link總線系統(tǒng)的通信方式3）CC-Link總線系統(tǒng)的構建與運行4.1 概述1、三菱電機1996年推出，唯一起源于亞洲的現(xiàn)場總線。2、2009年成為我國國家推薦標準GB/T19760-20083、應用領域：自動化生產線、半導體生產線、食品加工生

2、產線和汽車生產線等現(xiàn)場控制領域。4、最高通信速率10Mbit/s。5、CC-Link網絡可由1個主站和64個從站組成。6、遵循RS-485通信協(xié)議，采用主從通信方式。7、主站一個CC-Link只能有一個主站，主站負責控制整個網絡運行。為了防止故障出現(xiàn)從而導致整個系統(tǒng)癱瘓，CC-Link可以設置備用主站。8、從站可以分為本地站、遠程I/O站、遠程設備站和只能設備站。1）本地站：設備本身有CPU并且可以與主站和其他本地站通信，沒有控制網絡參數的功能。2）遠程I/O站：這類站只處理開關量信息，子啊一個系統(tǒng)中最多可以有64個遠程I/O站。3）遠程設備站：可以處理位信息，也可以處理字信息，在一個系統(tǒng)中最

3、多可以有42個遠程設備站。4）智能設備站：既可以處理位信息，也可以處理字信息，還可以進行不定期的數據傳送，例如智能儀表，變頻器等設備，一個系統(tǒng)中最多可以有26個智能設備。9、CC-Link采用循環(huán)傳輸和瞬時傳輸兩種通信方式。CC-Link現(xiàn)場總線特點：1、組態(tài)簡單 CC-Link不需要另外購買組態(tài)軟件并對每個站進行編程，只需要使用通用的PLC編程軟件在主站程序中進行簡單的參數設置，或者在具有組態(tài)功能的編程軟件配置菜單中設置相應的參數，便可完成系統(tǒng)組態(tài)和數據刷新的設定工作。2.接線簡單系統(tǒng)接線時，僅需使用3芯雙絞線與設備的兩個通信線DA、DB和接地線DG的接線端子對應連接，另外接好屏蔽線SLD和

4、終端電阻即可完成一半系統(tǒng)的接線。3.設置簡單系統(tǒng)需要對每一個站的站號、傳輸速度及相關信息進行設置；CC-Llink的每種兼容設備都有一塊CC-Link接口卡，通過接口模塊上的相應的開關就可進行相關內容的設置，操作方便直觀。4、維護簡單、運行可靠由于CC-Link具有上述優(yōu)點和豐富的RAS,即可靠性、有效性、可維護性，使得CC-Link系統(tǒng)的維護更加方便，運行可靠性更高，其監(jiān)視和自檢測功能使CC-Link系統(tǒng)維護和故障后的恢復也變得方便和簡單。3.總線存取協(xié)議1、DP、PA、FMS采用一致的總線存取協(xié)議，并且通過數據鏈路層實現(xiàn)。2、Profibus協(xié)議要滿足介質控制的兩個基本要求：1）同一級的P

5、LC或主站之間的通信必須使每一個主站在確定的時間范圍內能獲得足夠的機會來處理它自己的通信任務；2）主站和從站之間應盡可能快速而又簡單地完成數據的實時傳輸。因此Profibus使用混合的總線存取實現(xiàn)介質存取控制，即主站之間應用令牌傳送方式和主站和從站之間應用主從方式。3.2 PROFIBUS的通信模型3.2.1 物理層3.2.2 現(xiàn)場總線數據鏈路層3.2.3 應用層3.2.1 物理層1.DP/FMS(RS-485)1.DP/FMS(RS-485)的物理層的物理層2.DP/FMS(2.DP/FMS(光纖電纜光纖電纜) )的物理層的物理層3.PA3.PA的物理層的物理層3.2.1 3.2.1 物理層

6、物理層1.DP/FMS(RS-485)1.DP/FMS(RS-485)的物理層的物理層屏蔽雙絞電纜符合EIA RS-485標準(也稱H2)總線段的兩端各有一個終端器傳輸速率從9.6kbit/s到12Mbit/s可選RS-485總線段的結構 RS485總線段的結構.BA 最多32個站 VP(6)390220390DGND(5) VP(6)390220390DGND(5)RS485段（1 1）傳輸程序）傳輸程序半雙工、異步、無間隙同步NRZ（不歸零）編碼“1”RXD/TXD-P（Receive/Transmit-Data-P）線上的正電位，而在RXD/TXD-N線上則正相反。各報文的空閑（idle

7、）狀態(tài)對應于二進制“1”信號A線對應于RXD/TXD-N信號，而B線對應于RXD/TXD-P信號。（2 2）總線連接）總線連接國際性的PROFIBUS標準EN50170推薦使用9針D型連接器用于總線站與總線的相互連接（9針頭）。D型連接器的插座與總線站相連接，而D型連接器的插頭與總線電纜相連接。(3)(3)總線終端器總線終端器根據EIA RS-485標準，在數據線A和B兩端均加接總線終端器?？臻e狀態(tài)：確定的空閑電位。可以由跳接器或開關來啟動。傳輸速率大于1.5Mbit/s時，由于所連接站的電容性負載而引起導線反射，因此必須使用附加有軸向電感的總線連接插頭。（4 4）傳輸技術）傳輸技術網絡拓撲：

8、線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率： 9.6kbit/s12Mbit/s；介質：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）；站點數：每段32站（無中繼），127站（有中繼）；插頭連接：9針D型插頭（5）拓撲結構）拓撲結構2.DP/FMS(2.DP/FMS(光纖電纜光纖電纜) )的物理層的物理層PROFIBUS第1層的另一種類型是通過光纖導體中光的傳輸來傳送數據。站之間的距離最大到15km。用玻璃或塑料纖維制成的光纖電纜可用作傳輸介質。玻璃光纖能處理的連接距離達到15km，而塑料光纖只能達到80m。連接技術連接技術(1)OLM技術 (Optical Link Module)(

9、2)OLP技術 (Optical Link Plug)（3）集成的光纖電纜連接使用集成在設備中的光纖接口將PROFIBUS節(jié)點與光纖電纜直接連接。（4）OBT（Optical Fiber Bus Terminal，光纖總線終端） 一個不帶集成纖維光纜接頭的PROFIBUS站或一個RS-485段可以通過OBT連接到一個光纖電路。3.PA3.PA的物理層的物理層（1）數據傳輸非直流傳輸的位同步、曼徹斯特編碼 (也稱H1編碼)。數據的發(fā)送采用對總線系統(tǒng)的基本電流IB調節(jié)9mA的方法實現(xiàn) 。PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA的數據傳輸的數據傳輸（2）總線連接）總線連接 （PA 總線段的結構）

10、總線段的結構）（3）拓撲結構）拓撲結構樹型結構是典型的現(xiàn)場安裝技術，現(xiàn)場分配器負責連接現(xiàn)場設備與主干總線，所有連接在現(xiàn)場總線上的設備通過現(xiàn)場分配器進行并行切換。PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA圖3-11 樹型結構PROFIBUS-DP終端電阻終端電阻DP/ PA耦合器（Exi）控制器供電設備（Exi）多路分配器現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備控制室現(xiàn)場總線型結構：提供了與供電電路安裝類似的沿現(xiàn)場總線電纜的連接點，現(xiàn)場總線電纜可通過現(xiàn)場設備連接成回路，其分支線也可連接一個或多個現(xiàn)場設備。終端電阻圖3-12 總線型結構終端電阻PROFIBUS-DPPROFIBUS-PADP/ PA耦合

11、器（Exi）控制器供電設備（Exi）控制室現(xiàn)場現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備樹型與線型的組合結構：基于IEC61158-2傳輸技術總線段與基于RS485傳輸技術總線段可以通過DP/PA耦合器或鏈接器相連，耦合器使RS485信號和IEC61158-2信號相適配。供電設備（Exi）圖3-13 樹型與線型的組合結構II PROFIBUS-PA/ IEC61158-2PROFIBUS-DP終端電阻終端電阻DP/ PA耦合器（Exi）控制器現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備控制室現(xiàn)場I I I多路分配器現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備外接電源非本質安全區(qū)本質安全區(qū)（4 4） IECl158-2IECl158-2傳輸技術

12、特性傳輸技術特性：數據傳輸:數字式、位同步、曼徹斯特編碼;傳輸速率:31.25kbit/s，電壓式;數據可靠性:前同步信號，采用起始和終止界定符避免誤差;電纜:雙絞線，屏蔽式或非屏蔽式;遠程電源供電:可選附件，通過數據線;防爆型:能進行本征及非本征安全操作;拓撲:總線形或樹形，或兩者相組合;站數:每段最多32個，總數最多為126個;中繼器:最多可擴展至4臺。3.2.2 現(xiàn)場總線數據鏈路層根據OSI參考模型，數據鏈路層規(guī)定總線存取控制、數據安全性以及傳輸協(xié)議和報文的處理。在PROFIBUS中，數據鏈路層 (第2層)稱為FDL層 (現(xiàn)場總線數據鏈路層)。PROFIBUS的報文格式PROFIBUS的

13、報文格式：1.有固定信息字段長度的格式2.帶數據的有固定信息字段長度的格式3.有可變信息字段長度的格式4.短應答5.令牌報文L:信息字段長度。SC(單字符):單字符，僅用于應答。SD1SD4(起始界定符):起始字節(jié)，用于區(qū)別不同的報文格式。LE/LEr:長度字節(jié)，指出可變長報文中信息字段的長度。DA(目的地址):目的地址字節(jié)，指出將接收此信息的站。FC(幀控制):控制字節(jié)，包含用于此信息的服務和此信息的優(yōu)先權的詳細說明。DU:數據單元，包含報文的有用信息，必要時還包含擴展地址的詳細說明。FCS(幀校驗順序):校驗字節(jié)，包含報文校驗和 (不進位地加所有報文字節(jié)的和)。ED(終止界定符):終止字節(jié)

14、，指出此報文終止。第2層報文格式提供高級的傳輸安全性，海明距離HD=4。檢查以下類型錯誤： 字符格式出錯 (奇偶校驗，溢出，幀出錯) 協(xié)議出錯 起始和終止界定符出錯 幀校驗字節(jié)出錯點對點的數據傳輸廣播和群播通信的多點傳輸第2層提供的數據服務如下:1)發(fā)送數據需應答 (SDA)2)發(fā)送數據無需應答 (SDN）3）發(fā)送和請求數據需回答 (SRD)4）循環(huán)地發(fā)送和請求數據需回答 (CSRD)。上一層通過第2層的SAP(服務存取點)調用這些服務：SSAP(源服務存取點)和DSAP(目的服務存取點)。3.2.3 應用層PROFIBUS的應用層由FMS接口(現(xiàn)場總線報文規(guī)范)和LLI接口(低層接口)組成。

15、在不同的應用中，具體需要的功能范圍必須與具體應用相適應，這些適應性定義稱為行規(guī)。行規(guī)提供了設備的可互換性，保證不同廠商生產的設備具有相同的通信功能。l. PROFIBUS-FMSl. PROFIBUS-FMS行規(guī)行規(guī)（1）控制器間的通信 (3.002):可編程控制器 (PLC)之間通信的FMS服務。（2）樓宇自動化行規(guī) (3.001):對樓宇自動化系統(tǒng)使用FMS進行監(jiān)視、閉環(huán)和開環(huán)控制、操作控制、報警處理及系統(tǒng)檔案管理作了描述。（3）低壓開關設備 (3.032):通過FMS在通信過程中低壓開關設備的應用行為。2.PROFIBUS-DP行規(guī)行規(guī)PROFIBUS-DP只使用了第1層和第2層。而用戶

16、接口定義了PROFIBUS-DP設備可使用的應用功能以及各種類型的系統(tǒng)和設備的行為特性。（1）NC/RC行規(guī) (3.052):機床和裝配機器人（2）編碼器行規(guī) (3.062):回轉式、轉角式和線性編碼器與PROFlBUS-DP的連接。（3）變速傳動行規(guī) (3.071):傳動技術設備生產廠商共同制定了PROFIDRIVE行規(guī)。（4）操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī) (HMI):通過PROFIBUS-DP與更高一級自動化部件的連接。3.PROFIBUS-PA3.PROFIBUS-PA行規(guī)行規(guī)PROFIBUS-PA行規(guī)保證了不同廠商所生產的現(xiàn)場設備的互換性和互操作性，PA行規(guī)的任務是選用各種類型現(xiàn)場設備真正

17、需要的通信功能，對所有通用的測量變送器和其他被選類型的設備作了具體規(guī)定:（1）壓力、液位、溫度和流量用測量變送器（2）數字量輸人和輸出（3）模擬量輸人和輸出（4）閥門（5）定位器3.3 PROFIBUS-DP的總線設備類型和數據通信3.3.1 概述3.3.2 DP設備類型3.3.3 DP設備之間的通信3.3.4 PROFIBUS-DP循環(huán)3.3.5 采用交叉通信的數據交換3.3.6 設備數據庫文件3.3.1 概述PROFIBUS-DP協(xié)議是為自動化制造工廠中分散的I/0設備和現(xiàn)場設備所需要的高速數據通信而設計的。典型的DP配置是單主站結構DP主站與DP從站間的通信基于主-從原理，一個報文循環(huán)由

18、DP主站發(fā)出的請求幀 (輪詢報文)和由DP從站返回的有關應答或響應幀組成。單 主 站 結 構在DP主站上處理輪詢表的情況多主站結構3.3.2 DP設備類型1. DP主站（1類）循環(huán)地與DP從站交換用戶數據：PLC、PC或可以做1類主站使用的控制器。通信任務：(l)Set_Prm和Chk_Cfg在啟動、重啟動和數據傳輸階段，DP主站發(fā)送參數集給DP從站。(2)Data一Exchange循環(huán)地與指定DP從站進行輸人/輸出數據交換。(3)Slave_Diag在啟動期間或循環(huán)的用戶數據交換期間，讀取DP從站的診斷信息。(4)Global_ControlDP主站將它的運行狀態(tài)告知給各DP從站；將控制命令

19、發(fā)送給個別從站或規(guī)定的DP從站組，以實現(xiàn)輸出數據和輸人數據的同步 (Sync和Freeze命令)。2.DP從站：PLC、分散式I/O、驅動器、傳感器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備。DP從站只與裝載此從站的參數并組態(tài)它的DP主站交換用戶數據。DP從站可以向此主站報告本地診斷中斷和過程中斷。3.DP主站 (2類)2類DP主站是操作元工作站、編程裝置，診斷和管理設備，完成各站點的數據讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷等。特殊功能:(l)RD_Inp和RD_Outp在與l類DP主站進行數據通信的同時，讀取DP從站的輸人和輸出數據。(2)Get_Cfg讀取DP從站的當前組態(tài)數據。(3)Set_Slave_AddDP主站 (

20、2類)分配一個新的總線地址給一個DP從站。4.DP組合設備可以將l類DP主站、2類DP主站和DP從站組合在一個硬件模塊中形成一個DP組合設備。這樣的設備是很常見的，一些典型的設備組合如下:（1）l類DP主站與2類DP主站的組合（2）DP從站與l類DP主站的組合3.3.3 DP設備之間的通信l.DPl.DP通信關系和通信關系和DPDP數據交換數據交換通信作業(yè)的發(fā)起者：請求方，通信伙伴：響應方。l類DP主站的請求報文以第2層中的“高優(yōu)先權”報文服務級別處理。由DP從站發(fā)出的響應報文使用第2層中的“低優(yōu)先權”報文服務級別。DP從站可將當前出現(xiàn)的診斷中斷或狀態(tài)事件通知給DP主站，通過將Data_Exc

21、hange的響應報文服務級別從 低優(yōu)先權改變?yōu)楦邇?yōu)先權來實現(xiàn)。各類DP設備間的通信關系2.初始化階段，重啟動和用戶數據通信初始化階段，重啟動和用戶數據通信DP主站檢查DP從站是否在總線上DP主站通過請求從站的診斷數據來檢查DP從站的準備情況DP主站定義DP從站的參數并組態(tài)此從站DP主站循環(huán)地與DP從站交換用戶數據DP從站初始化(1)參數數據 (Set_Prm):參數集包括預定給DP從站的重要的本地和全局參數、特征和功能。Station Status:與從站有關的功能和設定 Watchdog: (定時監(jiān)視器，“看門狗”)檢查DP主站的故障Ident_Number:DP從站的標識號,由PNO在認證

22、時規(guī)定的DP從站的標識號放在此設備的主要文件中。Group一Ident:將DP從站分組組合，以便使用Sync和Freeze控制命令。User_Prm_Data:DP從站參數數據 (User_Prm_Data)為DP從站規(guī)定了有關應用數據。（2）組態(tài)數據(Chk_Cfg)在組態(tài)數據報文中，DP主站發(fā)送標識符格式給DP從站，這些標識符格式告知DP從站要被交換的輸人/輸出區(qū)域的范圍和結構。這些區(qū)域 (也稱 模塊)是按DP主站和DP從站約定的字節(jié)或字結構 (標識符格式)形式定義的。標識符格式允許指定輸人或輸出區(qū)域，或各模塊的輸人和輸出區(qū)域。（3）診斷數據 (Slave_Diag)在啟動階段，DP主站使

23、用請求診斷數據來檢查DP從站是否存在和是否準備就緒接收參數信息。由DP從站提交的診斷數據包括符合EN50170標準的診斷部分。還包括此DP從站專用的診斷信息。DP從站發(fā)送診斷信息告知DP主站它的運行狀態(tài)以及發(fā)生出錯事件時出錯的原因。（4）用戶數據 (Data_Exchange)DP從站檢查從DP主站接收到的參數和組態(tài)信息，如果沒有錯誤而且允許由DP主站請求的設定，則DP從站發(fā)送診斷數據報告它已為循環(huán)地交換用戶數據準備就緒：DP主站與DP從站交換所組態(tài)的用戶數據。DP從站只對由定義它的參數并組態(tài)它的l類DP主站發(fā)來的Data_Exchange請求幀報文作出反應。其他的用戶數據報文均被此DP從站拒

24、絕。3.3.4 PROFIBUS-DP循環(huán)l.PROFIBUS-DP循環(huán)的結構一個DP循環(huán)包括固定部分和可變部分。固定部分由循環(huán)報文構成，它包括總線存取控制(令牌管理和站狀態(tài))和與DP從站的1/0數據通信 (Data_Exchange)。DP循環(huán)的可變部分由被控事件的非循環(huán)報文構成。單主總線系統(tǒng)中DP循環(huán)的結構報文的非循環(huán)部分包括下列內容:（1）DP從站初始化階段的數據通信;（2）DP從站診斷功能;（3）2類DP主站通信;（4）DP主站和主站通信;（5）非正常情況下 (Retry)，第2層控制的報式；（6）與DPVl對應的非循環(huán)數據通信;（7）PG在線功能;（8）HMl功能。2.2.固定的固定

25、的PROFIBUSPROFIBUSDPDP循環(huán)的結構循環(huán)的結構對于自動化領域的某些應用來說，固定的DP循環(huán)時間和固定的1/0數據交換是有好處的。與正常的DP循環(huán)相比較，在DP主站的一個固定的DP循環(huán)期內，保留一定的時間用于非循環(huán)通信。允許一定數量的非循環(huán)報文事件。如果此保留的時間末用完，則通過多次給自己發(fā)報文的辦法直到達到所選定的固定總線循環(huán)時間為止，這樣就產生了一個暫停時間。固定的PROFIBUS-DP循環(huán)的結構3.3.5 采用交叉通信的數據交換交叉通信，也稱之為 “直接通信”，是在SIMATlCS7應用中使用PROFIBUS-DP的另一種數據通信方法。在交叉通信期間，DP從站不用1對1的報

26、文 (從-主)響應DP主站，而用特殊的1對多的報文 (從主)。用交叉通信，通信關系 主-從和 從-從是可能的，但它們并不被所有類型的SIMATICS7 DP主站和從站設備的模塊所支持。3.3.6 設備數據庫文件PROFIBUS設備具有不同的性能特征，特性的不同在于現(xiàn)有功能 (即I/0信號的數量和診斷信息)的不同或可能的總線參數，如波特率和時間的監(jiān)控不同。為達到PROFIBUS簡單的即插即用配置，這些特性均在電子數據單中具體說明，有時稱為設備數據庫文件或GSD文件。(1)總體說明(2)DP主設備相關規(guī)格(3)從設備的相關規(guī)格課堂提問：課堂提問：1.數據鏈路層提供哪些數據服務？2.一類主站包括哪些

27、設備？3.DP從站初始化包括哪些內容？4.二類主站包括哪些設備？3.4 PROFIBUS的總線存取控制機制3.4.1 概述3.4.2 PROFIBUS-DP技術簡介3.4.3 PROFIBUS-PA技術簡介3.4.4 PROFIBUS-FMS技術簡介3.4.1 概述3種PROFlBUS(DP、FMS、PA)均使用一致的總線存取協(xié)議。數據鏈路層(Fieldbus Data Link，F(xiàn)DL) ：保證數據可靠性技術、傳輸協(xié)議和報文處理。介質存取控制 (Medium access controI，MAC)具體控制數據傳輸的程序，MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發(fā)送數據。PROFIBUS協(xié)議的

28、設計滿足介質控制的2個基本要求：1)在復雜的自動化系統(tǒng) (主站)間的通信，必須保證在確切限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成通信任務。2)在復雜的程序控制器和簡單的I/O設備 (從站)間通信，應盡可能快速又簡單地完成數據的實時傳輸。PROFIBUS總線存取協(xié)議，主站之間采用令牌總線機制，主站與從站之間采用主從機制。令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規(guī)定的時間內得到總線存取權 (令牌)。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進行。主站得到總線存取令牌時可與從站通信。每個主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。3種系統(tǒng)配置：純主-從系統(tǒng) 純主-主系統(tǒng) 混合系統(tǒng) PROFIBUS總線存取控

29、制機制總線存取控制機制 3.4.2 PROFIBUS-DP技術簡介PROFIBUS-DP用于現(xiàn)場層的高速數據傳輸。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期性地向從站發(fā)送輸出信息，總線循環(huán)時間必須要比主站 (PLC)程序循環(huán)時間短，除周期性用戶數據傳輸外，PROFlBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理。l.PROFIBUS-DPl.PROFIBUS-DP的基本功能的基本功能(1)(1)傳輸技術傳輸技術1)RS-485雙絞線或光纜2)波特率從9.6kbit/s-l2Mbit/s(2)(2)總線存取總線存取1)各主站間為令牌傳輸，主站與從站間為主-從傳輸;2)支持單主或

30、多主系統(tǒng);3)主-從設備，總線上最多站點數為126(3)(3)功能功能1)DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數據傳輸;2)各DP從站的動態(tài)激活和撤消;3)DP從站組態(tài)的檢查;4)強大的診斷功能，三級診斷信息;5)輸人或輸出的同步;6)通過總線給DP從站賦予地址;7)通過總線對DP主站 (DPM1)進行配置;8)每個DP從站最大為246字節(jié)的輸人和輸出數據。(4)(4)設備類型設備類型1)第二類DP主站 (DPM2):可編程、可組態(tài)、可診斷的設備;2)第一類DP主站 (DPMl):中央可編程控制器，如PLC、PC等;3)DP從站:帶二進制或模擬輸人輸出的驅動器、閥門等。(5)診斷功能分為3類:本站診

31、斷操作:診斷信息表示本站設備的一般操作狀態(tài)，如溫度過高，電壓過低。模塊診斷操作:診斷信息表示一個站點的某具體I/O模塊出現(xiàn)故障 (如8位的輸出模塊)。通道診斷操作:診斷信息表示一個單獨的輸人輸出位的故障 (如輸出通道7短路)。(6)(6)系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置PROFIBUS-DP允許構成單主站或多主站系統(tǒng)，這就為系統(tǒng)配置組態(tài)提供了高度的靈活性。系統(tǒng)配置的描述包括:站點數目、站點地址和輸人輸出數據的格式，診斷信息的格式以及所使用的總體參數。(7)(7)運行模式運行模式1)運行:輸人和輸出數據的循環(huán)傳輸。DPM1由DP從站讀取輸人信息并向DP從站寫人輸出信息。2)清除:DPM1讀取DP從站的輸人信息，

32、并使輸出信息保持為故障-安全狀態(tài)。3)停止:只能進行主-主數據傳輸，DPM1和DP從站之間沒有數據傳輸。(8)(8)通信通信1)點對點 (用戶數據傳輸)或廣播 (控制指令)。2)循環(huán)主-從用戶數據傳輸和非循環(huán)主-主數據傳輸。DPM1和DP從站之間的數據傳輸分為3個階段:參數設定、組態(tài)配置、數據交換。PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP主主- -主之間的數據通信主之間的數據通信(9)(9)同步同步1)控制指令允許輸人和輸出的同步。2)同步模式:輸出同步。3)鎖定模式:輸人同步。(10)(10)可靠性和保護機制可靠性和保護機制1)所有信息的傳輸在海明距離HD=4進行。2)DP從站帶看門狗定

33、時器。3)DP從站的輸人輸出存取保護。4)DP主站上帶可變定時器的用戶數據傳輸監(jiān)視。2.PROFIBUS-DP2.PROFIBUS-DP擴展功能擴展功能DP擴展功能允許非循環(huán)的讀寫功能并中斷并行于循環(huán)數據傳輸的應答。對從站參數和測量值的非循環(huán)存取可用于某些診斷或操作員控制站 (二類主機，DPM2)。DP擴展功能可選，與DP基本功能兼容。DP擴展實現(xiàn)通常采用軟件更新的辦法。 3.4.3 PROFIBUS-PA技術簡介PROFIBUS-PA是PROFIBUS的過程自動化解決方案。PA將自動化系統(tǒng)與現(xiàn)場設備，例如壓力、溫度和液位變送器的過程控制系統(tǒng)連接起來，PA可以取代4-20mA的模擬技術。PA在

34、現(xiàn)場設備的規(guī)劃、電纜敷設、調試、投人運行和維護方面可節(jié)省成本40以上，并可提供多功能和安全性。1.1.常規(guī)的常規(guī)的4-2OmA4-2OmA系統(tǒng)與基于系統(tǒng)與基于PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA的系的系統(tǒng)在布線方面的區(qū)別統(tǒng)在布線方面的區(qū)別2.2.過程工業(yè)一應用領域的特殊要求過程工業(yè)一應用領域的特殊要求:1)過程自動化獨特的應用行規(guī)以及來自不同廠商的現(xiàn)場設備的互換性;2)增加和去除總線站點，即使在本質安全地區(qū)也不會影響到其他站點;3)過程自動化中的PPOFIBUS-PA總線段和制造自動化中的PROFIBUS-DP總線段之間通過段耦合器實現(xiàn)通信透明化;4)同樣的兩條線，基于IEC61158

35、-2技術可進行遠程供電和數據傳輸;5)在潛在的爆炸區(qū)使用防爆型 本質安全或 非本質安全。3.3. PROFlBUS-PAPROFlBUS-PA總線的數據傳輸總線的數據傳輸 PROFIBUS-PA使用PROFIBUS-DP的基本功能傳輸測量值和狀態(tài)，使用PROFIBUS-DP擴展功能對現(xiàn)場設備設置參數及操作。 傳輸采用基于IEC6l158-2的兩線技術。PROFIBUS總線存取協(xié)議 (第2層)和IEC6l158-9技術 (第1層)之間的接口在DIN19245系列標準的第4部分中作了規(guī)定。 在IEC6l158-2段傳輸時，報文被加上起始和結束界定符。PROFlBUS-PAPROFlBUS-PA總線

36、的數據傳輸總線的數據傳輸3.4.4 PROFIBUS-FMS技術簡介PROFIBUS-FMS：解決車間一級的通信，在這一級可編程控制器 (PLC和PC)主要是互相通信，高級功能比快速系統(tǒng)反應時間更重要。l.PROFIBUS-FMSl.PROFIBUS-FMS的應用層的應用層現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS)描述通信對象和服務低層接口(LLI)用于將FMS適配到第2層2.2.通信對象和對象字典通信對象和對象字典 (OD)(OD)對象字典包括描述、結構和數據類型以及通信對象的內部設備地址和它們在總線上的標志 (索引或名稱)之間的關系。1)頭:包含對象字典結構的有關信息;2)靜態(tài)數據類型表:所支持的靜態(tài)數據

37、類型列表;3)變量列表的動態(tài)列表:所有已知變量表列表;4)動態(tài)程序列表:所有已知程序列表。FMS能識別5種通信對象:1)簡單變量;2)數組 (一系列相同類型的簡單變量);3)記錄 (一系列不同類型的簡單變量);4)域;5)事件。FMS可識別2種類型的動態(tài)通信對象:1)程序調用;2)變量列表 (一系列簡單變量，數組或記錄)。3.PROFIBUS-FMS3.PROFIBUS-FMS服務服務 FMS服務是ISO9506制造信息規(guī)范 (Manufacturing Message Specification, MMS)服務的子集，已在現(xiàn)場總線應用中被優(yōu)化，而且增加了通信對象管理和網絡管理功能。通過總線的

38、FMS服務的執(zhí)行用服務序列描述，包括被稱作服務原語的幾個互操作。服務原語描述請求者和應答者之間的互操作。5.PROFIBUS-FMS5.PROFIBUS-FMS和和PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP的混合操作的混合操作 FMS和DP設備可以在同一條總線上的混合操作是PROFlBUS的一個主要優(yōu)點。兩種協(xié)議可以同時在一個設備上執(zhí)行，這些設備稱作混合設備。能夠進行混合操作是因為兩種協(xié)議均使用統(tǒng)一的傳輸技術和總線存取協(xié)議，不同的應用功能由第2層的不同的服務存取點區(qū)分。3.5 PROFIBUS的應用(系統(tǒng)集成) 3.5.1 PROFIBUS在工廠自動化系統(tǒng)中的位置3.5.2 PROFIBUS

39、控制系統(tǒng)的組成3.5.1 PROFIBUS在工廠自動化系統(tǒng)中的位置3.5.2 PROFIBUS控制系統(tǒng)的組成1一類主站一類主站指PLC、PC或可做一類主站的控制器。一類主站完成總線通信與管理。2二類主站二類主站指操作員工作站（如PC機加圖形監(jiān)控軟件）、編程器、操作員接口等。完成各站點的數據讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷等。3從站（1）分散式I/O分散式I/O通常由電源、通信適配器及接線端子組成。分散式I/O不具有程序存儲和程序執(zhí)行的功能。通信適配器用于接收主站指令，按照主站指令驅動I/O，并將I/O及故障診斷信息返回給主站。（2）PLCPLC 可做PROFIBUS上的一個從站，主站可通過通信間接控制

40、從站PLC的I/O。（3）驅動器、傳感器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備帶有PROFIBUS接口的現(xiàn)場設備可作為PROFIBUS從站，可由主站在線完成系統(tǒng)配置、參數修改、數據交換等功能?？蛇M行通信的參數及參數格式由PROFIBUS決定。3.6 PROFIBUS-DP系統(tǒng)開發(fā)3.6.1 ASICs介紹3.6.2 PROFIBUS-DP開發(fā)包4(kit4)3.6.3 PROFIBUS-DP智能從站節(jié)點設計3.6.1 ASICs介紹西門子為PLC之間簡單高速的數字通信提供用戶ASICs。ASICAutomation Special Integrated Circuit參照PROFIBUS DlN19245第1部

41、分和第3部分設計的這些ASICs，支持并可以完全處理PLC站之間的數據通信。ASICs與微處理器結合提供智能從站的解決方案：SPC(Siemens PROFIBUS controller)：基于OSI參考模型的第1層，需要附加一個微處理器用于實現(xiàn)第2層和第7層的功能。 SPC2：集成了第2層的執(zhí)行總線協(xié)議的部分，附加微處理器執(zhí)行第2層的其余功能 (即接口服務和管理)。 ASPC2：集成了第2層的大部分功能，但仍需要微處理器?？梢灾С?2Mbaud總線。主要用于復雜的主站設計。SPC3：集成了全部PROFTBTTS一DP協(xié)議，有效地減輕了處理器的壓力，因此可用于12Mbaud總線。SPC4創(chuàng)支持

42、DP，F(xiàn)MS和PA協(xié)議類型，且可以工作于12Mbaud總線。LSPM2(Lean Siemens PROFIBUS Multiplexer)：在自動化工程領域也有一些簡單的設備，如:開關、熱元件，不需要微處理器記錄它們的狀態(tài)。主主 要要 內內 容容1.從站通信控制器SPC3 2.相關接口3.主站通信控制芯片ASPC24.網絡接口卡1.1.從站通信控制器從站通信控制器SPC3SPC3SPC3只集成了傳輸技術的部分功能，而沒有集成模擬功能 (RS-485驅動器)、FDL(現(xiàn)場總線數據鏈路Fieldbus Data Link)傳輸協(xié)議。它支持接口功能、FMA功能和整個DP從站協(xié)議,用戶接口讓用戶很容

43、易訪問第2層。第2層的其余功能 (軟件功能和管理)需要通過軟件來實現(xiàn)。2.相關接口（1）ASIC接口方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器看門狗定時器等寄存器規(guī)定了ASIC硬件的功能和保溫處理過程。（2）PROFIBUS-DP接口（3）通信處理器總線接口（4）UART(通用異步接收器發(fā)送器)（5）PROFIBUS接口3.主站通信控制芯片ASPC2Siemens公司生產的主站通信控制器，該通信控制器可以完全處理PROFIBUS EN50170的第一層和第二層，同時ASPC2還為PROFIBUS-DP和使用段藕合器的PROFIBUS-PA提供一個主站。ASPC2通信控制器用作一個DP主站時需要龐大的軟

44、件(約64KB)，PROFIBUSASIC可用于從站應用，鏈接低級設備 (如:控制器、執(zhí)行器、測量變送器和分散1/0設備)。4.4.網絡接口卡網絡接口卡（1）CP5611 網絡接卡用于工控機連接到PROFIBUS和SlMATIC S7的MPI。支持PROFIBUS的主站和從站、PG/OP、S7通信。OPC Server軟件包已包含在通信軟件供貨，但是需要SOFrNET支持。（2）CP5611與從站通信的過程 當CP5611作為網絡上的主站時，CP5611通過輪詢方式與從站進行通信。通常按地址增序輪詢所有的從站，當與最后一個從站通信完以后，接著再進行下一個周期的通信。這樣就保證所有的數據 (包括

45、輸出數據，輸入數據)都是最新的。主要報文有:令牌報文，固定長度沒有數據單元的報文，固定長度帶數據單元的報文，變數據長度的報文。 （3）CP5613網絡接卡CP5613是Siemens公司推出的基于PCI總線的PROFIBUS-DP網絡接口卡，其報價已包括軟件使用費，目前，一般使用該網絡接口卡。用于工控機連接到PROFIBUS，一個PROFlBUS接口，僅支持DP主站、PG/OP、S7通信。OPCSerVer軟件包已包含在通信軟件供貨。3.6.2 PROFIBUS-DP開發(fā)包4(kit4)開發(fā)包4(PACKAGE4)是專門對Siemem的從站ASIC芯片SPC3開發(fā)而提供的，它包括SPC3與單片

46、微控制器的接口電路圖以及主站和從站的所有源代碼，有了開發(fā)包4將會加快用戶PROFIBUS-DP產品的開發(fā)，Siemens公司所提供的接口模塊的優(yōu)點在于開發(fā)人員不需要再開發(fā)附加的外圍電路，不同的接口模塊可用于各種需求及應用場合。開發(fā)包4(PACKAGE4)的組成開發(fā)包4 很容易將一個產品快速連接到PROFIBUS-DP上。 1.硬件 2.軟件 3.文檔主站和從站都可以便用PACKAGE4并行開發(fā)，最大數據傳輸速率為12Mbit。1.1.硬件硬件(1)(1)IM180IM180主站接口模塊主站接口模塊IMl80可將第三方設備作為主站連接到PROFIBUS-DP上。該模塊可完全獨立完成總線控制。IM

47、l80可將接替PLC、PC、驅動器、人機接口的通信處理任務，最大數據傳輸速率l2Mbit/s。專用集成電路ASPC2芯片可獨立處理總線協(xié)議，與主系統(tǒng)的通信通過雙口RAM完成。數據交換由應用程序完成。(2)1(2)1M183-1M183-1從站接口模塊從站接口模塊lM183-1可將第三方設備作為從站簡便的連接到PROFIBUS-DP上。最大數據傳輸速率l2Mbit/s。IM183-1用于智能從站。專用集成電路SPC3芯片可獨立處理總線協(xié)議，與主系統(tǒng)的通信通過數據和地址總線，由連接器連接。數據交換操作由應用程序完成。(3)1(3)1M184M184從站接口模塊從站接口模塊lM184可將第三方設備作

48、為從站簡便的連接到PROFlBUS-DP上。最大數據傳輸速率l2Mbit/s。IM184用于簡單從站，如傳感器和執(zhí)行機構。專用集成電路LSPM2芯片可獨立處理總線協(xié)議，與主系統(tǒng)的通信通過連接器連接，因此，輸人輸出信號也必須由連接器的端子提供。2.2.軟件部件軟件部件用于組態(tài)總線系統(tǒng)和IM180接口模板的COMPROFIBUS。用于IM183-1和IM180接口模板的固件，它包括主站與從站的源代碼。演示軟件，它特別適宜于開發(fā)包的配置。3 3. .文檔文檔Siemens提供相當詳細的資料。Spc3.pdf:從站芯片SPC3的器件手冊;IM180_e.pdf:主站接口板IM180的用戶手冊。3.6.

49、3 PROFIBUS-DP智能從站節(jié)點設計從站的設計分兩種：利用現(xiàn)成的從站接口模塊如lM183、1M184開發(fā)，這時只要通過1M183/184上的接口開發(fā)。利用芯片進行深層次的開發(fā)。對于簡單的開發(fā)如遠程I/O測控，用LSPM系列就能滿足要求；開發(fā)一個比較復雜的智能系統(tǒng)選擇SPC3。1.1.PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP從站智能控制節(jié)點從站智能控制節(jié)點結構圖結構圖2.2.簡單的簡單的PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP從站結構圖從站結構圖3.3.智能智能PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP從站結構圖從站結構圖4.FBPRO-8DOA4.FBPRO-8DOA路數字量輸

50、出智能節(jié)點的硬件框圖路數字量輸出智能節(jié)點的硬件框圖 3.7 PROFIBUS協(xié)議的發(fā)展3.7.1 PROFIBUS-DPV13.7.2 PROFIBUS-DPV23.7.3 PROFInet3.7.1 PROFIBUS-DPV1PROFIBUS-DPV1主要是增加了非循環(huán)服務,并擴大了與2類主站的通信。1.DPM11.DPM1與與DPDP從站之間的擴展數據傳輸從站之間的擴展數據傳輸1類DP主站（DPM1）與DP從站間的非循環(huán)數據通信功能是通過附加的服務存取點SAP51來執(zhí)行的。當連接點成功地建立后，DPM1可通過MSCY-C1（循環(huán)連接）來執(zhí)行循環(huán)數據傳輸，并通過MSAC-C1連接進行非循環(huán)數

51、據傳輸。(2)DPM2(2)DPM2與從站之間的擴展數據傳輸與從站之間的擴展數據傳輸DP擴展允許一個或多個診斷設備或操作控制設備(DPM2)對DP從站的任何數據塊進行非循環(huán)讀寫服務。這種通信是以連接為主進行的，該連接稱之為MSAC-C2。主站在間隔中可以自動插入監(jiān)視報文（Idle-PDUs），MSAC-C2的連接就提供了由時間控制的自動監(jiān)視。3.7.2 PROFIBUS-DPV2DPV2解決了從站之間的通信與時間同步等重大問題。PROFIBUS-DPV2可以實現(xiàn)循環(huán)通信、非循環(huán)通信以及從站之間的通信。DPV2可以根據不同的應用需要開發(fā)出專用的行規(guī)（Profile），如用于運動控制的PROFID

52、rive和用于連鎖保護的PROFISafe。3.7.3 PROFInetPROFInet技術是PROFIBUS國際組織在1999年開始發(fā)展的新一代通信系統(tǒng)，是分布式自動化標準的現(xiàn)代概念。以互聯(lián)網和以太網標準為基礎，簡單且無需作任何改變地將PROFIBUS系統(tǒng)與現(xiàn)有的其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成，對于滿足從公司管理層到現(xiàn)場層的一致性要求是一個非常重要的方面。它的重大貢獻在于保護了用戶的投資，因為現(xiàn)有系統(tǒng)的部件仍然可應用到PROFInet系統(tǒng)中并不作任何改變。主要內容1.PROFInet部件模型 2.PROFInet運行期 3.PROFInet的網絡結構 4.PROFInet與OPC的數據交換1.PROF

53、Inet1.PROFInet部件模型部件模型（1 1）工藝模塊）工藝模塊一個自動化成套裝置或機器的功能是通過對機械、電子/電氣和控制邏輯/軟件規(guī)定的交互作用來體現(xiàn)的。根據這個基本原則，PROFInet定義了功能術語，如:機械、電氣/電子和控制邏輯/軟件，從而形成一種工藝模塊，通過軟件部件對這種工藝模塊即PROFInet部件進行建模。（ 2 2 ）PROFInetPROFInet部件部件PROFInet部件代表系統(tǒng)范圍工程設計中的一種工藝模塊。它將其自動化功能封裝在一個軟件部件內，而且從工藝的角度看，它包含一個與其它部件交互作用所需要的變量。這些接口在PROFInet的連接編輯器中可以進行圖形化

54、互連。（3 3）使用）使用XMLXML的部件描述的部件描述PROFInet部件是用XML語言描述的。由此創(chuàng)建的XML文件包含關于PROFInet部件的功能和對象方面的信息。作為一個庫元素的部件描述硬件描述軟件功能描述部件項目的存儲地點在PROFInet中確定DCOM(分布式的COM)作為PROFInel設備之間的公共應用協(xié)議。存取工程設計系統(tǒng)，例如:連接的裝載，診斷數據的讀取，設備參數化和組態(tài)，以及連接的建立和部分用戶數據的交換等，PROFInet都是通過DCOM完成的。TCP/IP和DCOM形成了公共的語言，這種語言是所有這些設備所使用的，并能在任何情況下都可用于啟動設備之間的通信。優(yōu)化的通

55、信通道用于運行階段各種參與設備之間的實時通信。（4 4）實時通信）實時通信為了能滿足自動化中的實時要求，在PROFInel中規(guī)定了優(yōu)化的實時通信通道軟件實時通道 (SRT通道)，它基于以太網的第2層。這種解決方案極大地減少了通信棧上占用的時間，從而提高了自動化數據的刷新率方面的性能。幾個協(xié)議層的去除減少了報文長度；在需要傳輸的數據準備就緒發(fā)送以及應用準備就緒處理之前，只需要較少的時間。PROFInet不僅最小化了可編程控制器中的通信棧，而且也對網絡中數據的傳輸進行了優(yōu)化。當使用標準網絡部件，例如同時從若干設備上裝載數據期間，不可能排除相當大的網絡負載，為了能在這些情況下達到一種最佳的結果，在P

56、ROFlnet中按照IEEE802.1q將這些信息包區(qū)分為優(yōu)先級。設備之間的數據流由網絡部件根據此優(yōu)先級進行控制。PROFInet規(guī)范以開放性和一致性為主導，以微軟OLE/COM/DCOM為技術核心，最大限度地實現(xiàn)開放性和可擴展性，并向下兼容傳統(tǒng)工控系統(tǒng)，使分散的智能設備組成的自動化向著模塊化的方向跨進了一大步。（5 5）部件對象模型）部件對象模型 ( (COM)COM) PROFInet使用微軟的COM是面向對象方面的進一步開發(fā)，它允許基于預制部件的應用的開發(fā)。COM對象基本上由以下部分組成: 接口:帶有方法的完好定義的接口 實現(xiàn):定義的接口及其語義的實現(xiàn)在COM中，定義單個過程內，一臺設備上的兩個過程之間，以及不同設備上的兩個過程