第三篇 profibus之二教材

第五章PROFIBUS-DPPROFIBUS技術3.2通信協(xié)議DP通信協(xié)議DP設計用于在現(xiàn)場層的快速數(shù)據(jù)交換。這是中央可編程的控制器（如，PLC、PC或過程控制系統(tǒng)）通過快速串行連接與分散的現(xiàn)場設備（如，I/O、驅動器、閥門、變送器或分析裝置）進行通信。與分散的現(xiàn)場設備之間主要是循環(huán)的數(shù)據(jù)交換。對于循環(huán)數(shù)據(jù)交換所需要的通信功能通過DP基本功能(版本DP-V0)來規(guī)定。依據(jù)各種應用領域的特殊需求，這些DP基本功能已經(jīng)用特殊功能逐步地進行了擴展，所以現(xiàn)在有三種版本：DP-V0,DP-V1和DP-V2可供使用，而每一種版本都有它自己專用的關鍵特性(見圖8)。版本的這種區(qū)分，主要反映了由于不斷增長的應用需求所完成的規(guī)范工作的時間順序。版本V0和V1包含“特性”(用于實現(xiàn)的綁定)和選項，而V2僅規(guī)定了選項。三種版本的關鍵內容如下：DP-V0提供DP基本功能，包括循環(huán)的數(shù)據(jù)交換，以及站診斷、模塊診斷和特定通道的診斷。DP-V1包含依據(jù)過程自動化的需求而增加的功能，特別是用于參數(shù)賦值、操作、智能現(xiàn)場設備的可視化和報警處理等（類似于循環(huán)的用戶數(shù)據(jù)通信）的非循環(huán)的數(shù)據(jù)通信。這樣就允許用工程工具在線訪問站。此外，DP-V1有三種附加的報警類型：狀態(tài)報警，刷新報警和制造商專用的報警。DP-V2包括主要根據(jù)驅動技術的需求而增加的其它功能。由于增加的功能，如同步從站模式（isochronousslavemode）和從站對從站通信(DXB，DataeXchangeBroadcast)等，DP-V2也可以被實現(xiàn)為驅動總線,用于控制驅動軸的快速運動時序。DP的各種版本在IEC61158中都有詳細的說明。下圖解釋這些版本主要特征。圖PROFIBUSDP各版本的主要功能3.2.1基本功能DP-V0中央控制器（主站）.循環(huán)地從從站讀輸入信息.循環(huán)地向從站寫輸出信息.總線循環(huán)時間應該比中央自動化系統(tǒng)的程序循環(huán)時間短，對于許多應用而言程序循環(huán)時間大約為10ms。然而，對于一個總線系統(tǒng)的成功實現(xiàn)，僅僅有快速的數(shù)據(jù)吞吐量是不夠的。處理簡單、良好的診斷能力以及抗干擾的傳輸技術等也是關鍵因素。DP為這些特性提供了最優(yōu)的組合（見表6）GSD文件的組成GSD文件可以分為三個部分:

通用規(guī)范（Generalspecifications）此部分包含有關制造商的信息，設備名稱，硬件和軟件版本，所支持的傳輸速率，用于監(jiān)控時間的可能的時間間隔，以及在總線連接器上信號分配等。

主站規(guī)范（Masterspecifications）此部分包含所有與主站有關的參數(shù)，如最大可連接的從站個數(shù)或上載和下載選項。本部分的內容不可用于從站設備。

從站規(guī)范（Slavespecifications）此部分包含從站專用的信息，如I/O通道的個數(shù)和類型，診斷文本的規(guī)定，以及在模塊化設備中有關可用模塊的信息等。它也可以集成具有設備符號的位圖（bit-map）文件。所設計的GSD格式有最大的靈活性。它包括一些表，例如設備支持的傳輸速率，在模塊化設備中用于描述模塊的選項等。普通文本（Plaintext）也可以用做診斷報文。GSD文件格式GSD文件是ASCⅡ文件,可以用任何一種ASCⅡ字符編輯器編輯,如DOS下的EDIT等,也可使用Profibus用戶組織提供的編輯程序。GSD文件是由若干個行組成,每行都用一個關鍵字開頭,包括關鍵字及參數(shù)(無符號數(shù)或字符串)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(tài)工具所識別,而自定義關鍵字只能被特定的組態(tài)工具識別。第六章PROFIBUS-PAPROFIBUS技術PROFIBUS-PA傳輸技術物理層協(xié)議是網(wǎng)絡中最低層協(xié)議為鏈路層透明位流傳輸提供所必須遵循的規(guī)則，即物理接口。PROFIBUS-PA所執(zhí)行的IEC61158-2標準的傳輸技術是一種位同步協(xié)議，它的傳輸技術原理是：每段只有一個電源和供電裝置，每站現(xiàn)場設備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流，現(xiàn)場設備的作用如同無源的電流吸收裝置。在PROFIBUS-PA系統(tǒng)中，總線電壓范圍為9～32V，電流范圍為4～40mA，調制信號的傳輸速率固定為31.25kbit/s。使用基帶傳輸時，數(shù)字數(shù)據(jù)由許多不同形式的電信號的波形來表示。表示二進制數(shù)字的碼元的形式不同，便產(chǎn)生出不同的編碼方案。主要有單極性不歸零碼、單極性歸零碼、雙極性不歸零碼、雙極性歸零碼、曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼等。PA總線通信信號采用IEC61158-2標準的曼徹斯特雙向L碼，它通過對基本電流（10mA）在±9mA范圍內進行適當?shù)恼{制而獲得的，是一種雙極性雙相碼，其編碼方式如圖3-1所示。傳輸前，媒體相關子層將物理層服務數(shù)據(jù)單元序列加上前導碼、開始定界符和結束定界符產(chǎn)生物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PHPDU）。在PHPDU的定義中除0、1數(shù)據(jù)之外，規(guī)范使用了非法定碼N+和N-，為了實現(xiàn)N+和N-的編碼，媒體相關子層采用了曼徹斯特雙向L碼。圖曼徹斯特雙相L碼考慮在雙相碼的編碼中，對于數(shù)據(jù)0或1可用函數(shù)表示：曼徹斯特編碼作為常用的基帶信號編碼，它具有獨特的時鐘信息，因而網(wǎng)絡上每一個系統(tǒng)保持同步。在曼徹斯特編碼中，時間被劃分成等間隔的小段，其中每小段代表一個比特。每一小段時間本身又分為兩段，前半個時間段所傳信號是該時間段傳送比特值的反碼，后半個時間段傳送的比特值本身?？梢娫谝粋€時間段內，總有一次信號電平的變化，因此攜帶有信號傳送的同步信息而不需另外傳送同步信息。在傳輸中，只有數(shù)據(jù)符號（0或1）總是被編碼為含有一比特中間躍變，非數(shù)據(jù)符號（N＋或N-）被編碼成不含比特中間躍變。N+、N-只能用于開始和結束定界符中，不能出現(xiàn)在物理層服務數(shù)據(jù)單元中，而且構成幀的定界符時，非數(shù)據(jù)符號應以成對的相反極性傳送。解碼和編碼相反，媒體相關子層在解碼時根據(jù)編碼的規(guī)則驗證每個符號，檢測有無無效的曼徹斯特碼和半比特滑移錯誤。曼徹斯特編碼規(guī)則如圖曼徹斯特編碼規(guī)則曼徹斯特雙向L碼具有如下特征：（1）每個數(shù)據(jù)碼元中間存在有規(guī)律的電平躍變建立準確的同步時鐘，得以從線路碼序列中準確區(qū)分一個個碼元，將雙相碼轉換成二元非歸零碼。使頻譜中的強定時分量不受信源統(tǒng)計特性的影響，便于實現(xiàn)遠距離的同步發(fā)送。（2）雙相碼的碼元具有內在的檢錯能力，對線路上的噪聲有很強抗干擾能力。（3）由于每個數(shù)據(jù)碼元為正、負電平各占一半，且N+、N-以成對的方式發(fā)送，所以傳輸信號不存在直流分量，因此可用于傳輸頻帶低端受限的信道，且能用變壓器或其它的交流方式耦合。（4）雙相碼的碼元間的相關性低，誤碼增值系數(shù)小，且雙相碼要求的發(fā)信功率小，在相同的信噪比情形下，其誤碼率低。（5）使用非法碼N+、