《网络控制技术》第4章 Profibus现场总线

1、第四章 Profibus现场总线本章主要内容nProfibus概述 n物理层 n数据链路层(FDL) n应用层 nDP规范 nPA行规 4.1概述 nPROFIBUS是过程现场总线（Process Fieldbus）的缩写，于1989成为正式的现场总线国际标准。目前，它在离散制造业和过程自动化领域占据主导地位，全世界的PROFIBUS设备节点数已经达到2000万，成为全球最有影响力的现场总线技术之一。 n由PA、DP和FMS三部分组成。PA主要应用于过程自动化，适合于本质安全的场合；DP的特点在于它的高速、廉价，专为现场级分散IO节点设计；FMS主要为车间级通信任务提供大量的通信服务。 4.1

2、概述CNC区区 域域 控控 制制 器器Ethernet/TCP/IPTCP/IP/EthernetPROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PA工厂级总线循环时间 1000 ms车间级总线循环时间 100 ms现场级总线循环时间 10 msPC/VMEVME/PCPLCDCSPROFIBUS系统结构4.1概述nPROFIBUS通信参考模型PA- 行规FMS设备行规IEC 接口FMSIEC 1158-2用户层Layer(3)-(6)应用层(7)数据链路层(2)物理层(1)未用PAEN 50 170PROFIBUS 导则 + 行规DPDP- 扩充功能扩充功能现场总线数据链路现

3、场总线信息规范DP- 行规RS-485 / 光纤 DP 基本功能4.1.1物理层 n物理层规定了线缆长度、网络拓扑结构、总线接口、站点数和在9.6 kbit/s到1.5 Mbit/s之间可变的数据传输速率，以适应不同的领域。n根据应用场合物理层成可以分成两部分：物理层类型1和物理层类型2。 n物理层类型1是根据EIA标准RS-485制定的，不能应用于本质安全场合 4.1.2数据链路层 n数据链路层定义总线访问方式和数据传输服务。 nPROFIBUS总线访问通信为主从式，具有对总线控制权限的站点称为主站，而通信过程对总线不具备对总线控制权限的站点为从站。主站决定了总线的数据通信，当主站获得总线控

4、制权时，可以主动发送信息，而不必有外界的请求。从站无总线控制权，仅能对接收的信息进行确认或在主站发出请求后向主站发送响应。 n主站间的通信采用逻辑令牌控制方式，所有的主站构成一个逻辑令牌环，令牌传递在环中传递保证每个主站在确定的时间得到总线存取权，以确保在任何时刻只有一个站点发送数据。令牌实际上是一种数据链路层一种特殊的帧，按地址的升序依次在各主站间传递。令牌循环一周的时间是事先规定的，各主站持有令牌的时间取决于令牌配置的循环时间。拥有令牌的主站可与从站通信，向从站发送或索取信息。 4.1.2数据链路层nPROFIBUS的总线访问方式 4.1.2数据链路层n数据链路层共定义了4种数据传输服务：

5、n发送数据需应答（SDA） 此服务允许用户给单个远程站发送数据，并等待远程站点的确认信息，是点对点的通信方式。如果通信过程中出错，或等待超时，将重传数据。n发送数据无需应答（SDN） 此服务允许用户同时给单个远程站、多个远程站（组播）或同时给全部远程站（广播）发送数据，不需要任何确认。n发送和请求数据需回答（SRD） 此服务允许用户给单个远程站发送数据，同时请求此远程站回送相关数据。n循环地发送和请求数据需回答（CSRD） 此服务允许用户循环地给远程站发送数据，同时请求此远程站回答数据。 4.1.3应用层 n应用层由现场总线报文规范（FMS）和低层接口（LLI）两个实体组成，利用通信关系将分散

6、的应用过程统一到一个共用的过程中。 n现场总线报文规范描述了设备的应用过程、通信对象、服务以及关系模型，主要负责管理单元级(PLC和上位机)的数据通信。其服务适用的应用场合广泛，并在解决复杂的通信任务时拥有极大的灵活性。 n对于一个设备的应用过程与另一个设备的应用过程间的通信，传输的过程对象必须在通信系统中是可视的，也就是说，过程对象作为通信对象需罗列在设备的对象字典（OD）中。这样，一个应用过程的通信对象在被通信服务寻址和处理之前，必须是有效且可视的。n通常在运行期间站点在网络中必须有唯一的标识，通过总线能读出诸如制造商名称、型号、行规等有关标识信息。对象字典、设备特性、相同的服务和一致的接

7、口就构成不同制造商的设备间开放通信的基础，通常也把设备的这部分信息称虚拟现场设备（VFD）。因为在PROIFIBUS总线上，它其实就是物理设备在网络中的逻辑表示。 4.1.3应用层n低层接口用于建立各种不同的通信关系并向现场总线报文规范提供对于第2层、设备无关的访问，主要任务是：n把现场总线报文规范和现场总线管理等应用层服务映像到数据链路层服务上n通信连接的建立和解除n监视通信连接关系n数据流控制 4.1.4用户层 n用户层是针对工业的特点而定制的一层网络规范，保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能，提供了设备的可互换性。它定义了不同应用领域的设备功能，即FMS行规、DP行规和PA行规。 4

8、.2物理层物理层n物理层类型1介质RS-485使用NRZ位编码，目的是降低总线耦合器成本，耦合器可以实现站与总线之间的电气隔离或非电气隔离 nRS-485的技术特征如下：n介质：屏蔽双绞线。n总线长度1200米。n站数：32个站点。n数据传输速率：9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500 kbits/s，可支持更高的数据传输速率。 4.2物理层物理层n物理层类型2介质覆盖范围大、拓扑结构灵活，可以通过信号导体传输电流，具有易爆气体保护和高的电磁兼容性。物理层类型2能够满足一些环境恶劣的化工领域的应用，它的技术特征如下：n介质：能提供本质安全和总线供电功能(发送数据时，不向总线

9、供电)n网络拓扑：可以是线形、星形、树形或前几种的组合n数据传输：曼切斯特编码，通信速率为31.25kbps。n站数：每个网段最多32个，总数最多126（采用中继器的话） 4.2物理层物理层n每个站点通过9针连接器与介质连接。连接器的插座装在站内，而插头安装在总线电缆上。最好用金属的连接器外壳。 4.2.3物理层(PHY)的服务 n站1请求原语将数据链路层的信息发送到现场总线介质，信息可以是二进制的0或1，也可能是无效状态。站N会在总线上收到相应的信号，并在物理层进行译码并译码后的内容交给数据链路层处理。站N数据链路层此时处理信息就是指示原语，它根据PROFIBUS的协议约定进行的处理。 4.

10、3数据链路层(FDL) n4.3.1总线存取技术 n4.3.2数据链路服务n4.3.3现场总线管理层（FMA 1/2）n4.3.4数据链路层的帧编码4.3.1总线存取技术总线存取技术nPROFIBUS的介质访问机制是基于令牌传递和主从通信技术的。主站具有对总线的访问权限，如果一个通信系统中有多个主站的话，只能有一个激活的主站。确保多主站的系统中，只有一个主站处于激活状态的机制就是令牌传递过程。从站不会主动向外传送信息，除非收到主站的请求。PROFIBUS把主站发送请求信息和从站做出响应的交互过程称为报文循环。 4.3.1总线存取技术总线存取技术nPROFIBUS系统把主站按照地址的高低排成一个

11、升序序列，为了形成一个封闭逻辑令牌环，最高地址的主站后接着是最低地址的主站 。逻辑环中令牌从一个主站传递给另一个主站。主站想获取数据发送权时，就必须先得到传送的令牌，此时令牌停止在逻辑环中传送，而由本地主站进行管理。每个本地主站TS从先行站PS接收到令牌，处理完数据后，传递令牌给后继站NS。在整个令牌环运行前进行初始化时，每个主站需要确定它的先行站和后继站地址。 n未获得令牌的站点只有收到激活主站的请求时，才可以发送信息以做出响应，而且响应应该在一个预期的时间内完成，即时隙时间Tslot。 4.3.1总线存取技术总线存取技术n在逻辑令牌环中的每一个主站负责增加新站和撤除现有的站，它们的地址被安

12、置在从本站地址到下一站之间的范围内。这个地址范围称作GAP，最高站地址和127之间的地址范围除外。在GAP更新时间（TGUD）给定的时间区段内，逻辑令牌环中的每一个主站周期性地检查它的地址范围。 4.3.1总线存取技术总线存取技术n主站本次接收到令牌到下一次接收到令牌的时间差，我们称为实际令牌轮转时间（TRR）。为保证工程应用系统响应的实时性，通常会预先设计令牌在环中轮转时间，即目标令牌轮转时间（TTR）。通常情况下，要求实际令牌轮转时间应小于目标令牌轮转时间，以确保在规定的时间内完成控制任务。 4.3.1总线存取技术总线存取技术4.3.2数据链路服务 n发送数据需应答 4.3.2数据链路服务

13、n发送数据无需应答 4.3.2数据链路服务n发送并请求数据需回答 4.3.2数据链路服务-CSRD4.3.2数据链路服务4.3.3现场总线管理层（FMA 1/2） n它根据功能来分，可以分成两种：一种是用来管理本地，另外就是与远程站点的管理。它向用户提供了以下服务：n复位 用户可用此服务复位第一层（即物理层）、第二层（即数据链路层）和管理层自己。复位等效于设备上电。n设定值 用户使用此服务给第一层和第二层的变量设置新值，设置新值后用户会接收一个确认，报告指定的变量是否已设定为新值。n读指定值 此服务能读取第一层和第二层的变量的实际值。n事件 使用此服务通知管理用户在第一层和第二层出现的某些事件

14、或错误。4.3.3现场总线管理层（FMA 1/2）n标识 在请求标识服务时，对主站和从站是有区别的。从站的管理用户使用此服务决定本地数据链路层和管理层的硬件、软件版本数据。在主站情况下使用此服务时，用户可附加请求从远程站来的相同类型的信息。n服务访问点状态 用户使用此服务通知它本身关于本地数据链路层的服务存取点的配置，或在远程站的情况下报告关于它们的数据链路服务。在从站的情况下，此服务仅对本地服务访问点适用。n活动表 此服务给主站的管理层用户提供一些在总线上活动的所有站的更新表。n激活服务访问点和停止激活的服务访问点 此功能为各个数据链路层服务去激活并配置链服务存取点。 4.3.4数据链路层的

15、帧编码 n每个UART字符由一个起始位、8个数据位、校验位和停止位组成 n其中起始位（ST），它表现为二进制0；8个信息位，它们可以是二进制0或1；奇偶校验位，它是二进制0或1；停止位，总表示为二进制1。 4.3.4数据链路层的帧编码nPROFIBUS根据帧的作用可以分为：不带数据字段的固定长度的帧、有数据字段的固定长度的帧、带可变数据长度的帧以及令牌帧。下面分别讨论这些帧的组成形式。 n不带数据字段的固定长度的帧 n有数据字段的固定长度的帧 n带可变数据长度的帧 n令牌帧 不带数据字段的固定长度的帧n图中顶部是请求报文的帧、中间是应答帧、底部是短应答帧。其中SYN是帧的同步时间，通常正常通信

16、前需要等待最少33比特的时间；n SD1是起始界定符，这里值为0 x10；DA、SA是目的地址、源地址；nFC是帧的控制字段表明帧的类型；FCS是帧校验；ED是停止界定符，数值为0 xE5。 有数据字段的固定长度的帧 n图中的上面部分是请求帧，下面部分是应答帧。nSD3数值为0 xA2，数据区（DATA_UNIT）字段长度固定为8个字符，其它字段和不带数据字段的固定长度的帧意义相同。 n 带可变数据长度的帧 n图中的上面部分是请求帧，下面部分是应答帧。nSD3数值为0 xA2，数据区（DATA_UNIT）字段长度固定为8个字符，其它字段和不带数据字段的固定长度的帧意义相同。 n 令牌帧 n图描

17、述了令牌帧的结构，起始界定符（SD4）数值为0 xDC。 地址编码 n地址最高位（EXT）是留给扩展使用，因此数据链路层地址最大取值是126，127留给了广播地址。 nEXT置1的话，扩展地址应该添加在FC之后，长度为1个字节，扩展地址或是服务访问点（SAP），或是段地址。 地址编码n地址扩展举例地址编码n最高位是扩展（EXT）标记位，值为1时说明它后有一个相同结构的地址扩展字节； nTYPE位则用来区分是链路服务访问点（LSAP），还是段地址。n如果是0，则后面6位表明一个链路服务访问点，是1则表示为一个段地址 地址编码n通常数据链路层服务通过一个链路服务访问点来处理，同一时间允许在主站和从

18、站中有若干个服务访问点。n源服务存取点（SSAP）表示本地用户到此数据链路层的存取地址，它在SAE字节中被传输。n目的服务存取点（DSAP）表示远程用户到此数据链路层的一个或多个存取地址，它在DAE字节中被传输。n源服务存取点值范围为062，而目的服务存取点值范围为063，值为63时表示全局存取地址。n有的时候，为了提高帧的有效性，数据服务可能会省略掉SAE。而接收到此数据的站点，会回送一个不带DAE的应答帧。这种服务访问点称为缺省服务访问点。 帧控制（FC）编码 n帧控制字节标识了帧的类型，如主动帧（请求帧，发送请求帧），应答帧或回答帧。nType标识帧类型，如果置1，表明这是一个请求帧，否

19、则是应答帧；n如果是一个请求帧的话，b6、b5位分别代表帧计数位（FCB）和帧计数有效标记位（FCV）。n如果是应答帧，b6、b5位代表站类型（Stn-type） 信息循环时间的计算信息循环时间的计算DU = 数据单元FCS = 帧帧检查顺序ED = 结束分界符DA=目的地址SA=源地址FC=功能码帧帧SRD- 请求，各种长度的用户数据SRD- 响应，各种长度的用户数据 DP- LLDP-从从SYN SD2 LESD2 DASA FCDU FCS EDLErSD2 LELErDASAFC DU FCS EDSD2请求帧请求帧尾尾输出数据输出数据头头响应帧响应帧DP-从从立即响应DP- 主主头头

20、输入数据输入数据尾尾信息循环时间的计算信息循环时间的计算n一个八位二进制数（一字节）按一个八位二进制数（一字节）按 11位传输位传输n 报文头和尾由报文头和尾由11 个字节或个字节或 9 个字节组成个字节组成n 波特率为波特率为1.5 M 时，时，1个位时间个位时间0.6667U s (1 个八位二进制数个八位二进制数 11位时间位时间7.33 us) n 波特率为波特率为12 M时，时，1个位时间个位时间 83 ns (1个八位二进制数个八位二进制数11个位时间个位时间 0.913us)信息循环时间的计算信息循环时间的计算Tsyn = 33 TBitmin TSDR = 11 TBitmax

21、 TSDR = 60 . 800 TBitTSDR响应帧 = 头 + 输出数据请求帧 = 头 + 输出数据信息循环时间的计算信息循环时间的计算TMC = ( TSYN + TID1 + TSDR + Header + I x 11TBit + 0 x 11TBit ) x SlavesTMC=信息循环时间按位时间计TID1=在主站的空闲时间 = 典型的75 个位时间TSDR=在从站的站延迟时间 = 典型的11个位时间Header=在请求和响应帧中的电文头 = 198 个位时间I=每个从站的输入数据字节数O=每个从站的输出数据字节数Slaves=从站个数PROFIBUS-DP 系统的组成，包括1

22、 个主站和 20 个从站，每个从站有 2 个字节的输入和 2 个字节的输出。TMC = ( 33 + 75 + 11 + 198 + 22 + 22 ) x 20 = 7220 TBit7220 TBit (1.5 MBaud) = (TBit = 0.66 s) = 4.8 ms7220 TBit (12 MBaud) = (TBit = 0.83 ns) = 0.6 ms例例:4.4 应用层n应用层的模型结构n应用层的FMSn低层接口LLI4.4 应用层 4.4 应用层n现场总线报文规范利用通信关系将分散的应用过程组织到一个共用的控制过程中。应用过程可以分布在几个不同的设备上，在一个设备中

23、可以存在一个或多个应用过程。 n应用过程利用通信端点访问完成通信，通常设备把这些通信端点信息存储在通信关系表中。 n应用过程查询通信关系列表，找到其相应的通信端点，使用现场总线报文规范服务完成数据的通信。 n在公用的控制过程中，现场设备用来与其它现场设备进行通信交互的那部分又称虚拟现场设备（VFD）。虚拟现场设备是实际现场设备在网络中的可视对象集。n低层接口是的主要任务是： 把FMS和FMA7服务到数据链路层服务映射、应用通信关系的连接的建立和释放、连接的管理以及数据流控制。 4.4 应用层nFMA7提供PROFIBUS系统管理，描述对象及管理服务,通过管理服务在本地或远程控制对象。管理服务分

24、为三组： n上下关系管理（context management） ：上下关系管理为建立和释放管理连接提供服务。 n组态管理（configuration management） ：组态管理提供的服务用于标识站的通信部件，装载和读出通信关系表（CRL），存取1/2层的变量、计数器和参数。 n故障管理（fault management） FMSnPROFIBUS为规范化应用进程所涉及的数据，定义了通信对象以及与对象相关的服务（即FMS服务）。 n现场设备中对象如果能被其它的设备所访问，那么我们可认为这个对象是可视的，设备中可视对象的集合就构成了虚拟现场设备（VFD）。 n根据通信过程对象是否可视，可

25、以把对象分为两类：显式对象和隐式对象。显示对象可以被网络访问，隐式对象通常由自身设备管理，不能被远程应用进程读写。 FMS中的对象n虚拟现场设备（VFD） n对象字典（OD） n上下文管理 n事件对象 n变量对象 n事务对象 n域对象 n程序调用对象 FMS的编码n报文头部由首标识、调用标识（InvokeID）和第2个标识组成。标识用于插入报文中以识别报文的不同类型，它也由3部分：P/C标记位、标签（Tag）和报文长度组成。n其中P/C标识后面的报文数据是复杂结构还是简单变量，标签标识报文的具体类型，报文长度说明报文中元素的个数或字节数。由于标签只有3比特，报文类型比较多时，标签需要扩展一个字

26、节来表示。扩展时标签的3位全部置1。长度同标签类似，也可进行扩展。 ID标识结构组成 FMS的编码标识扩展举例FMS的编码n对于报文头部的首标识来说，它共可识别6种类型的报文：需证实请求报文 (confirmed-RequestPDU)、需证实响应报文(confirmed-ResponsePDU)、需证实差错报文 (confirmed-ErrorPDU)、无需证实报文 (unconfirmed-PDU) 、拒绝报文 (reject-PDU)和启动报文 (initiate-PDU)。这6种报文都由1个调用标识和报文体组成。调用标识标识对任何报文来说，其类型和长度都是固定的，所以它无需附加来进行区

27、分。第2个标识用来进一步说明报文体类型。 FMS的编码n假设现有主站发送物理读请报文，报文调用标识数值为6，请求读取物理地址0 x12345678上的4个字节数据，从站物理读响应报文数据为0 x47110815，即PhysRead.Request (InvokeID 6,Address 0 x12345678,4)和PhysRead.Response (InvokeID 6 , 0 x47110815)。 FMS的编码C o n fir m e d S e r v ic e R e q u e s t ： ： = C H O IC E s ta tu s id e n tify re a d

28、w rite g e tO D re a d W ith T y p e w rite W ith T y p e d e fin e V a ria b le L is t d e le te V a ria b le L is t in itia te D o w n lo a d S e q u e n c e d o w n lo a d S e g m e n t te r m in a te D o w n lo a d S e q u e n c e in itia te u p lo a d S e q u s e n c e u p lo a d S e g m e n t

29、te r m in a te U p lo a d S e q u e n c e re q u e s tD o m a in D o w n lo a d re q u e s tD o m a in U p lo a d c re a te P ro g ra m In v o c a tio n d e le te P ro g ra m In v o c a tio n s ta rt s to p re s u m e re s e t k ill a lte rE v e n tC o n d itio n M o n ito rin g a c k n o w le d g e

30、 E v e n tN o tific a tio n p h y s R e a d p h y s W rite in itia te P u tO D p u tO D te r m in a te P u tO D 0 IM P L IC IT S ta tu s -R e q u e s t, 1 IM P L IC IT Id e n tify -R e q u e s t, 2 IM P L IC IT R e a d - R e q u e s t, 3 IM P L IC IT W rite -R e q u e s t, 4 IM P L IC IT G e tO D -R

31、 e q u e s t, 5 IM P L IC IT R e a d W ith T y p e -R e q u e s t, 6 IM P L IC IT W rite W ith T y p e -R e q u e s t, 7 IM P L IC IT D e fin e V a ria b le L is t-R e q u e s t, 8 IM P L IC IT D e le te V a ria b le L is t-R e q u e s t, 9 IM P L IC IT In itia te D o w n lo a d S e q u e n c e -R e

32、 q u e s t, 1 0 IM P L IC IT D o w n lo a d S e g m e n t-R e q u e s t, 1 1 IM P L IC IT T e r m in a te D o w n lo a d S e q u e n c e -R e q u e s t, 1 2 IM P L IC IT In itia te U p lo a d S e q u s e n c e -R e q u e s t, 1 3 IM P L IC IT U p lo a d S e g m e n t-R e q u e s t, 1 4 IM P L IC IT

33、T e r m in a te U p lo a d S e q u e n c e -R e q u e s t, 1 5 IM P L IC IT R e q u e s tD o m a in D o w n lo a d -R e q u e s t, 1 6 IM P L IC IT R e q u e s tD o m a in U p lo a d -R e q u e s t, 1 7 IM P L IC IT C re a te P r o g ra m In v o c a tio n -R e q u e s t, 1 8 IM P L IC IT D e le te P

34、 r o g ra m In v o c a tio n -R e q u e s t, 1 9 IM P L IC IT S ta rt-R e q u e s t, 2 0 IM P L IC IT S to p -R e q u e s t, 2 1 IM P L IC IT R e s u m e -R e q u e s t, 2 2 IM P L IC IT R e s e t-R e q u e s t, 2 3 IM P L IC IT K ill-R e q u e s t, 2 4 IM P L IC IT A lte rE v e n tC o n d itio n M

35、o n ito rin g -R e q u e s t, 2 5 IM P L IC IT A c k n o w le d g e E v e n tN o tific a tio n -R e q u e s t, 2 6 IM P L IC IT P h y s R e a d -R e q u e s t, 2 7 IM P L IC IT P h y s W rite -R e q u e s t, 2 8 IM P L IC IT In itia te P u tO D -R e q u e s t, 2 9 IM P L IC IT P u tO D -R e q u e s

36、t, 3 0 IM P L IC IT T e r m in a te P u tO D -R e q u e s t, FMS的编码n先查看物理读请求报文的属于6种报文哪一类，可以从PROFIUBS规范查知为1，它由调用标识和一个报文体2部分组成。故第一个标识的编码是10010010，即0 x92。接下来解析第一个元素调用标识，对任何报文来说它始终固定为一个字节，无需其它信息来识别，直接给出数值0 x06即可。然后，解析第2个元素，第2个元素有2个参数，查看PROFIBUS规范知道物理读服务格式的序号是26，故标识为二进制11110010 00011010，即0 x1A。 FMS的编码n通过

37、表，可以知道物理读请求和响应报文的格式。从而得知，第1个参数是参数序号为0，它是一个长整型(4个字节)，属于简单类型，故标识为00000100。接着是第2个参数，字节数是1，故标识为00010001。综合上述，可以得到物理读请求报文的16进制编码为：92 06 F2 1A 04 12 34 56 78 11 04。 FMS的编码n同理物理读响应报文的16进制编码为：A2 06 74 1A 47 11 08 15。 FMS编码练习nRead-Request(InvID 5, Index 32)nRead-Response(InvID 5, Boolean true)数据传输过程总是通数据传输过程

38、总是通过一种特殊的过一种特殊的IDID标识标识符来进行相应的区分符来进行相应的区分 FMSpdu := CHOICE confirmed-RequestPDU 1 IMPLICIT confirmed-ResponsePDU 2 IMPLICIT Confirmed-ResponsePDU, confirmed-ErrorPDU 3 IMPLICIT Confirmed-ErrorPDU, unconfirmed-PDU 4 IMPLICIT Unconfirmed-PDU, reject-PDU 5 IMPLICIT Reject-PDU, initiate-PDU 6 IMPLICIT I

39、nitiate-PDU FMS编码练习 Confirmed-RequestPDU := SEQUENCE invokeID InvokeID, confirmedServiceRequest ConfirmedServiceRequest 10010010（第1个ID）00010000（invkID的ID）它的格式总是相同它的格式总是相同的，且位置固定，的，且位置固定，通常会忽略掉通常会忽略掉 5（invkID）0 x92 0 x05FMS编码举例 confirmedServiceRequest := CHOICE status 0 IMPLICIT Status-Request, ident

40、ify 1 IMPLICIT Identify-Request, read 2 IMPLICIT Read-Request,： ：terminatePutOD 30 IMPLICIT TerminatePutOD-Request10100001（0 xA1）FMS编码举例Read-Request := SEQUENCE access-specification CHOICE index 0 IMPLICIT Index, variable-name 1 IMPLICIT Name, variable-list-name 2 IMPLICIT Name , subindex 3 IMPLICIT

41、 Subindex OPTIONAL 00000002（0 x02）0 x00 0 x05最终结果：92 05 A1 02 00 20（16进制）FMS编码举例FMSpdu := CHOICE . confirmed-ResponsePDU 2 IMPLICIT Confirmed-ResponsePDU,. confirmed-ResponsePDU := SEQUENCE invokeID InvokeID, confirmedServiceResponse confirmedServiceResponse confirmedServiceResponse := CHOICE . read

42、 2 IMPLICIT Read-Request,.Read-Response := Data问其数据编码格式问其数据编码格式4.5 DPnDP通信模型 nDP站类型 nDP通信关系 nDP设备通信过程 nDP报文循环机制 nDP功能服务 nDP协议数据报文编码 4.5.1 DP通信模型 nDP物理层采用RS-485或光纤作为介质，提供高速的访问链路。nDP仅支持数据链路的SDN和SRD服务，它主要考虑DP的通信关系，以减少系统开销提高数据通信的效率。nFMA1/2提供对数据链路层和物理层的管理功能。 4.5.2 DP站类型 DP通信关系nDP有两种类型通信关系：一对一和一对多。 n主从通信包

43、括DP1类主站与DP从站和DP2类主站与DP从站的通信关系； n主主通信指的是DP1类主站与DP2类主站间的通信关系。 n一对一的通信关系使用数据链路层的发送和请求数据需回答服务（SRD）来完成，而一对多则用发送数据无需应答服务（SDN）传送数据帧。DP所有的通信关系都是无连接的通信关系。 DP通信关系Data_Exchange和和Slave_Diag服务操作顺序（主从通信）服务操作顺序（主从通信） DP通信关系主主通信其它功能服务操作顺序主主通信其它功能服务操作顺序(除除Act_Para_Brct外外) DP设备通信过程 nDP主站与一个DP从站通信前，DP主站会请求读取DP从站的诊断数据，

44、以检查DP从站的运行状态。如果相应的从站准备就绪，可以参与测量控制过程，就会通知主站它可以加入系统中。 DP设备通信过程DP主从站数据交换过程主从站数据交换过程 DP报文循环机制 单主站的DP循环 DP报文循环机制等间隔的等间隔的DP循环循环 DP功能服务 n读从站诊断(Slave_Diag) n输入输出数据传输 n读从站的输入（RD_Inp）/输出数据（RD_Outp） n设置参数（Set_Prm） n检查组态（Chk_Cfg） n读组态（Get_Cfg） n全局控制命令（Global_Control） n设置从站地址Set_Slave_Add n读主站诊断数据（Get_Master_Dia

45、g） n上/下载服务 n参数激活(Act_Para_Brct) 读从站诊断(Slave_Diag)nSlave_Diag服务用于DP主从数据交换前，读取DP是否存在参数信息，从站是否准备就绪以及把故障详细原因告知主站。 n在数据交换过程，如果有异常现象，那么DP从站也可以通过提高数据交换响应报文优先级，来告知主站读取自身诊断，主站就会主动读取从站诊断信息，确保数据的有效性。n从站状态包含了从站自身运行状态和支持的服务状态。主要有看门狗定时器的状态、是否支持同步Sync和冻结Freeze模式、自身的身份识别码(ident_number)等信息。 n可以分成3个层次：设备诊断(站的通用运行状态，如

46、温度过高等)、模块诊断(站的模块故障问题)和通道诊断(输入或输出的某一信号的状态)。下面是读从站诊断服务的重要参数。 输入输出数据传输 n输入输出数据传输功能映射为直接数据链路的数据交换（Data_Exchange）服务，完成主站和从站之间测量信息的循环交换。 nDP从站检查输入数据和输出数据与组态是否保持数据一致性。如果不一致，则告知主站，从站存在故障，主站就可以通过Slave_Diag服务获取从站详细的诊断信息。n输入输出数据的结构是由在组态时传送给DP从站的组态标识符来定义的。 输入输出数据传输n每个标识符为每一模块制定输入和输出字节数，即输入和输出区域。拥有固定的输入和输出区域的设备，

47、就是紧凑型设备。 组态时标识符格式组态时标识符格式 输入输出数据传输举例读输入/输出数据n如果DP从站正处于循环数据交换阶段，DP2类主站可以通过读从站的输入(RD_Inp)服务和读从站的输出（RD_Outp）服务，读取DP从站的输入输出的状况。 设置参数（Set_Prm） n主站使用Set_Prm服务把所需总线参数与从站专用参数送给从站。从站的参数化可在DP系统启动阶段完成，也可以在数据交换阶段完成,包含从站需要使用的重要参数。 n(1) 从站状态n站点状态包含从站相关的功能和设定，如是否支持同步或冻结模式、看门狗定时的设置、是否支持组态外其它主站对其访问等信息。n(2) 身份识别码（Ide

48、nt_Number）n身份识别码是DP设备提交给PROFIBUS的专门认证机构检测后分配的字符标号。当从站收到Set_Prm服务中的身份识别码与自身一致，则容许对其进行参数设置，否则会响应错误信息。 设置参数（Set_Prm）n(3) 组识别码（Group_Ident）nPROFIBUS系统中通常会相关的DP从站分成若干个组，用户支持同步和冻结全局控制命令。n(4) DP从站专用参数数据nDP从站专用参数(如高或低限)具有由不同DP从站所确定，如果有的话会缓存在主站中，通过Set_Prm服务传送从站，以便进行专门的参数配置。 检查组态（Chk_Cfg） n主站使用Chk_Cfg服务把组态信息下

49、发到从站， DP从站接收到的组态（Cfg_Data）与它的实际组态（Real_Cfg_Data）进行比较，核对组态数据的格式、长度信息以及输入/输出数据区域。n Cfg_Data有132字节数据(可扩展至244字节)，用于表示DP从站中模块的输入/输出数据，这种数据也称标识符。 检查组态（Chk_Cfg）n标识符的输入/输出域占2位，01说明这是设备中的输入模块；10表明这是输出模块；11则指出它是输入输出模块。n一致性覆盖标志位则告诉系统数据连续存储的方式，如果标志位为0的话，那么数据将以字节和字(即，双字节)连续存放，如果为1，那么数据并非连续存放而是整个一次性存储在储存器中。n长度格式域

50、给出了数据连续存放的格式，0是字节方式，1是字方式。 检查组态（Chk_Cfg）检查组态（Chk_Cfg）检查组态（Chk_Cfg）专用标识符举例专用标识符举例 读组态（Get_Cfg） nDP主站使用服务Get_Cfg读取DP从站设备的实际组态数据，用来诊断DP从站状态或其它用途。 全局控制命令（Global_Control） nDP主站使用服务Global_Control，发送控制命令到从站。DP1类主站通过这些控制命令把自己的操作模式通知从站。控制命令可以设置从站的数据输出同步或数据输入的冻结或清除数据。n同步控制命令可以对DP从站的输出进行同步。同步被设置后，DP从站把数据循环的输出数

51、据储存起来，等待下一个同步命令到达时，才把缓冲的数据发送出去。这样可以确保组态的DP从站输出数据同时启动。n冻结则专指从站的输入数据而言，在数据循环交换时它传送上次被冻结的数据。DP从站队列中的输入数据存在发送缓冲区。此时，DP主站可以发送数据循环报文读取DP从站缓存的输入数据。DP从站只有在接收到另一个冻结命令时才能对那些当前输入队列的数据进行读取。 设置从站地址Set_Slave_Add nDP2类主站DPM2使用Set_Slave_Add服务，来设置DP从站的地址。如果从站没有存储能力(如，没有flash)或只能通过开关设置地址，从站应该给出负响应报文通知主站。n从站收到DDLM_Set

52、_Slave_Add服务后，比较报文中Ident_Number与自己是否配置，如果匹配成功，则知道主站是在改变自身的地址。需注意的是，有的时候从站会使用默认的地址126。 读主站诊断数据（Get_Master_Diag） nDPM2使用Get_Master_Diag服务，读取DPM1的诊断信息，也可以读与DPM1相关的从站的诊断信息。标识符Identifier决定了诊断数据类型，它的值在0125内话，DPM1返回相关从站的诊断数据；值为126的话，返回系统诊断信息，它指出哪些从站存在诊断，哪些从站没有诊断；值为128的话，DPM1返回DP从站的循环数据交换的状态， DPM1在一个时间段内监控所

53、有的DP从站是否完成了一次数据交换，并把监控到的情况反应给DPM2；值为127的话，则返回DPM1自身的状态信息。 上/下载服务 nDP2类主站和DP21类站之间有的时候需要进行大量数据的输出，为此直接数据链路映像提供了Start_Seq、End_Seq、Download和Upload服务完成主站之间的数据的上下载。n在正常使用Download和Upload服务进行数据传送前，先通过服务DDLM_Start_Seq告知服务器它要上下载的区域编号(AreaCode)和是否需要访问保护。n报文中AreaCode参数决定了访问的是从站参数集，还是总线参数集或统计计数器集。统计计数器集给出系统中各个站

54、点发送侦的数量和出错侦数量。 上/下载服务参数激活(Act_Para_Brct) n参数集下载到站点后，可以使用Act_Para_Brct服务激活一组站点的参数。但1类主站正处于清除或正常运行模式时，不能去改变它们的波特率或地址。该服务发出去后，不需要远程站点给出确认信息。n2类主站也可以通过Act_Param服务激活某一站点的参数集或解除某一个站点的参数集的激活状态。但是站点的波特率或地址应由Act_Para_Brct来激活。 DP协议数据报文编码 nDP协议把报文的编码分成两类：一种是主主通信关系，把数据通过服务访问点SAP54送给DDLM，DDLM发送数据前插入1个字节的附加信息，以区分

55、不同的功能；n另外一种是主从通信关系，它优化传输报文，不需要增加附加信息，通过不同服务访问点SAP区分功能。 主主通信关系中报文编码方式 n主主通信中，插入的附加信息如图,其最高位是出错标记，0表示这是正常通信的请求/响应侦，如果是1的话，说明这是出错的响应报文；n字节的第0到第4比特用来识别不同的功能代码或差错代码(如果出错标记为1的话)。附加信息结构 主主通信关系中报文编码方式主从通信关系中报文编码方式 n主从通信关系中，功能服务报文采用了不同服务访问点(DDLM和数据链路层FDL的接口处)进行区分 PA行规 nPROFIBUS PA是PROFIBUS协议的重要组成部分，专为过程自动化而设

56、计，用以取代420mA的模拟技术，能够满足总线供电和本质安全等特殊要求。它定义了一个用于操作、调试、维护、诊断的设备参数集以及用户、设备制造商定义的参数的连接机制， 以便于协调变送器、执行机构、控制器和可视化操作终端间的应用功能。 n此行规把设备分为两类：A类和B类。A类描述了简单设备的通用参数，范围只限于操作阶段的基本功能。标准参数集由带有测量值状态、标签和工程单位的过程变量(例如温度、压力、液位)组成。B类是对A类设备功能的扩展，它要求具有识别、调试、维护和诊断等更为复杂的应用功能。 PA行规 PROFIBUS PA结构模型结构模型 PA设备模型 PA设备模型PA块模型 nPA行规定义了3

57、种类型的块：功能块、转换块和物理块。n功能块(FB) 实现自动化系统中设备执行的功能，且应独立于特定的I/O设备和网络，例如模拟输入(AI)和模拟输出(AO) 功能块。一个设备可以包含多个功能块。n物理块(PB)描述设备必要的参数、功能和设备硬件自身的特征。一个紧凑型设备只包含一个物理块。n转换块包含有连接过程中必要的设备参数和功能。例如:过程的温度或压力，传感器类型，参考点类型和使用的线性方法。每一个功能块一次连接一个转换块。在调试和维护的过程中，连接可以固定也可以调整。PA块模型PA块模型n据参数在块中信息处理的用法以及与算法间的关系，分为输入参数、输出参数或内含参数。块通过输入、输出参数

58、实现连接。相连的参数大部分是用于现场控制的过程变量，另外过程变量后面紧跟着一个状态字节，用来表示相应变量的当前状态以及先前软件处理实例的状态信息。 n参数在设备中如何存储是由制造商指定的，并通过一个目录对象体现出来。然而，通常在生命周期(调试、操作、维护、诊断)内的不同阶段需要不同参数结构。在调试和维护过程中通常需要转换块和物理块参数，而在操作过程中功能块参数是必需的，诊断则需要所有块的参数。 块的标准参数 n块至少应提供7个标准参数，其中功能块至少8个标准参数 。nA类块必须提供标准参数以及设备类型指定的功能块参数。B类设备必须提供标准参数、A类参数以及制造商指定的功能块参数(如果存在的话)。块中的标准参数表 BLOCK _OBJECT n块对象适用于所有块并且放在第一个参数的前面。它包含块的类型和行规号等特征 。ST_REV n块有静态块参数，在控制过程中不能改变这些参数值。它们的值是在组态或优化过程给定的。一个静态块参数的每一次改变都会使ST_REV参数的值增加1。这样ST_RE