第三篇 profibus之二教材

第五章PROFIBUS-DPPROFIBUS技术3.2通信协议DP通信协议DP设计用于在现场层的快速数据交换。这是中央可编程的控制器（如，PLC、PC或过程控制系统）通过快速串行连接与分散的现场设备（如，I/O、驱动器、阀门、变送器或分析装置）进行通信。与分散的现场设备之间主要是循环的数据交换。对于循环数据交换所需要的通信功能通过DP基本功能(版本DP-V0)来规定。依据各种应用领域的特殊需求，这些DP基本功能已经用特殊功能逐步地进行了扩展，所以现在有三种版本：DP-V0,DP-V1和DP-V2可供使用，而每一种版本都有它自己专用的关键特性(见图8)。版本的这种区分，主要反映了由于不断增长的应用需求所完成的规范工作的时间顺序。版本V0和V1包含“特性”(用于实现的绑定)和选项，而V2仅规定了选项。三种版本的关键内容如下：DP-V0提供DP基本功能，包括循环的数据交换，以及站诊断、模块诊断和特定通道的诊断。DP-V1包含依据过程自动化的需求而增加的功能，特别是用于参数赋值、操作、智能现场设备的可视化和报警处理等（类似于循环的用户数据通信）的非循环的数据通信。这样就允许用工程工具在线访问站。此外，DP-V1有三种附加的报警类型：状态报警，刷新报警和制造商专用的报警。DP-V2包括主要根据驱动技术的需求而增加的其它功能。由于增加的功能，如同步从站模式（isochronousslavemode）和从站对从站通信(DXB，DataeXchangeBroadcast)等，DP-V2也可以被实现为驱动总线,用于控制驱动轴的快速运动时序。DP的各种版本在IEC61158中都有详细的说明。下图解释这些版本主要特征。图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）.循环地从从站读输入信息.循环地向从站写输出信息.总线循环时间应该比中央自动化系统的程序循环时间短，对于许多应用而言程序循环时间大约为10ms。然而，对于一个总线系统的成功实现，仅仅有快速的数据吞吐量是不够的。处理简单、良好的诊断能力以及抗干扰的传输技术等也是关键因素。DP为这些特性提供了最优的组合（见表6）GSD文件的组成GSD文件可以分为三个部分:

通用规范（Generalspecifications）此部分包含有关制造商的信息，设备名称，硬件和软件版本，所支持的传输速率，用于监控时间的可能的时间间隔，以及在总线连接器上信号分配等。

主站规范（Masterspecifications）此部分包含所有与主站有关的参数，如最大可连接的从站个数或上载和下载选项。本部分的内容不可用于从站设备。

从站规范（Slavespecifications）此部分包含从站专用的信息，如I/O通道的个数和类型，诊断文本的规定，以及在模块化设备中有关可用模块的信息等。它也可以集成具有设备符号的位图（bit-map）文件。所设计的GSD格式有最大的灵活性。它包括一些表，例如设备支持的传输速率，在模块化设备中用于描述模块的选项等。普通文本（Plaintext）也可以用做诊断报文。GSD文件格式GSD文件是ASCⅡ文件,可以用任何一种ASCⅡ字符编辑器编辑,如DOS下的EDIT等,也可使用Profibus用户组织提供的编辑程序。GSD文件是由若干个行组成,每行都用一个关键字开头,包括关键字及参数(无符号数或字符串)两部分。GSD文件中的关键字可以是标准关键字(在Profibus标准中定义)或自定义关键字标准关键字可以被Profibus的任何组态工具所识别,而自定义关键字只能被特定的组态工具识别。第六章PROFIBUS-PAPROFIBUS技术PROFIBUS-PA传输技术物理层协议是网络中最低层协议为链路层透明位流传输提供所必须遵循的规则，即物理接口。PROFIBUS-PA所执行的IEC61158-2标准的传输技术是一种位同步协议，它的传输技术原理是：每段只有一个电源和供电装置，每站现场设备所消耗的为常量稳态基本电流，现场设备的作用如同无源的电流吸收装置。在PROFIBUS-PA系统中，总线电压范围为9～32V，电流范围为4～40mA，调制信号的传输速率固定为31.25kbit/s。使用基带传输时，数字数据由许多不同形式的电信号的波形来表示。表示二进制数字的码元的形式不同，便产生出不同的编码方案。主要有单极性不归零码、单极性归零码、双极性不归零码、双极性归零码、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码等。PA总线通信信号采用IEC61158-2标准的曼彻斯特双向L码，它通过对基本电流（10mA）在±9mA范围内进行适当的调制而获得的，是一种双极性双相码，其编码方式如图3-1所示。传输前，媒体相关子层将物理层服务数据单元序列加上前导码、开始定界符和结束定界符产生物理层协议数据单元（PHPDU）。在PHPDU的定义中除0、1数据之外，规范使用了非法定码N+和N-，为了实现N+和N-的编码，媒体相关子层采用了曼彻斯特双向L码。图曼彻斯特双相L码考虑在双相码的编码中，对于数据0或1可用函数表示：曼彻斯特编码作为常用的基带信号编码，它具有独特的时钟信息，因而网络上每一个系统保持同步。在曼彻斯特编码中，时间被划分成等间隔的小段，其中每小段代表一个比特。每一小段时间本身又分为两段，前半个时间段所传信号是该时间段传送比特值的反码，后半个时间段传送的比特值本身。可见在一个时间段内，总有一次信号电平的变化，因此携带有信号传送的同步信息而不需另外传送同步信息。在传输中，只有数据符号（0或1）总是被编码为含有一比特中间跃变，非数据符号（N＋或N-）被编码成不含比特中间跃变。N+、N-只能用于开始和结束定界符中，不能出现在物理层服务数据单元中，而且构成帧的定界符时，非数据符号应以成对的相反极性传送。解码和编码相反，媒体相关子层在解码时根据编码的规则验证每个符号，检测有无无效的曼彻斯特码和半比特滑移错误。曼彻斯特编码规则如图曼彻斯特编码规则曼彻斯特双向L码具有如下特征：（1）每个数据码元中间存在有规律的电平跃变建立准确的同步时钟，得以从线路码序列中准确区分一个个码元，将双相码转换成二元非归零码。使频谱中的强定时分量不受信源统计特性的影响，便于实现远距离的同步发送。（2）双相码的码元具有内在的检错能力，对线路上的噪声有很强抗干扰能力。（3）由于每个数据码元为正、负电平各占一半，且N+、N-以成对的方式发送，所以传输信号不存在直流分量，因此可用于传输频带低端受限的信道，且能用变压器或其它的交流方式耦合。（4）双相码的码元间的相关性低，误码增值系数小，且双相码要求的发信功率小，在相同的信噪比情形下，其误码率低。（5）使用非法码N+、