《網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》第4章 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線

第四章Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線本章主要內(nèi)容Profibus概述物理層數(shù)據(jù)鏈路層(FDL)應(yīng)用層DP規(guī)范PA行規(guī)

4.1概述PROFIBUS是過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線（ProcessFieldbus）的縮寫，于1989成為正式的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。目前，它在離散制造業(yè)和過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，全世界的PROFIBUS設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)已經(jīng)達(dá)到2000萬(wàn)，成為全球最有影響力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一。由PA、DP和FMS三部分組成。PA主要應(yīng)用于過(guò)程自動(dòng)化，適合于本質(zhì)安全的場(chǎng)合；DP的特點(diǎn)在于它的高速、廉價(jià)，專為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)分散IO節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；FMS主要為車間級(jí)通信任務(wù)提供大量的通信服務(wù)。4.1概述CNC區(qū)域控制器Ethernet/TCP/IPTCP/IP/EthernetPROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PA工廠級(jí)總線循環(huán)時(shí)間<1000ms車間級(jí)總線循環(huán)時(shí)間

<100ms現(xiàn)場(chǎng)級(jí)總線循環(huán)時(shí)間

<10msPC/VMEVME/PCPLCDCSPROFIBUS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1概述PROFIBUS通信參考模型PA-行規(guī)FMS設(shè)備行規(guī)IEC接口FMSIEC1158-2用戶層Layer(3)-(6)應(yīng)用層(7)數(shù)據(jù)鏈路層(2)物理層(1)未用PAEN50170PROFIBUS導(dǎo)則

+行規(guī)DPDP-擴(kuò)充功能現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范DP-行規(guī)RS-485/光纖DP基本功能4.1.1物理層物理層規(guī)定了線纜長(zhǎng)度、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線接口、站點(diǎn)數(shù)和在9.6kbit/s到1.5Mbit/s之間可變的數(shù)據(jù)傳輸速率，以適應(yīng)不同的領(lǐng)域。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合物理層成可以分成兩部分：物理層類型1和物理層類型2。物理層類型1是根據(jù)EIA標(biāo)準(zhǔn)RS-485制定的，不能應(yīng)用于本質(zhì)安全場(chǎng)合4.1.2數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層定義總線訪問(wèn)方式和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。PROFIBUS總線訪問(wèn)通信為主從式，具有對(duì)總線控制權(quán)限的站點(diǎn)稱為主站，而通信過(guò)程對(duì)總線不具備對(duì)總線控制權(quán)限的站點(diǎn)為從站。主站決定了總線的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站獲得總線控制權(quán)時(shí)，可以主動(dòng)發(fā)送信息，而不必有外界的請(qǐng)求。從站無(wú)總線控制權(quán)，僅能對(duì)接收的信息進(jìn)行確認(rèn)或在主站發(fā)出請(qǐng)求后向主站發(fā)送響應(yīng)。主站間的通信采用邏輯令牌控制方式，所有的主站構(gòu)成一個(gè)邏輯令牌環(huán)，令牌傳遞在環(huán)中傳遞保證每個(gè)主站在確定的時(shí)間得到總線存取權(quán)，以確保在任何時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌實(shí)際上是一種數(shù)據(jù)鏈路層一種特殊的幀，按地址的升序依次在各主站間傳遞。令牌循環(huán)一周的時(shí)間是事先規(guī)定的，各主站持有令牌的時(shí)間取決于令牌配置的循環(huán)時(shí)間。擁有令牌的主站可與從站通信，向從站發(fā)送或索取信息。4.1.2數(shù)據(jù)鏈路層PROFIBUS的總線訪問(wèn)方式4.1.2數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層共定義了4種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)：發(fā)送數(shù)據(jù)需應(yīng)答（SDA）此服務(wù)允許用戶給單個(gè)遠(yuǎn)程站發(fā)送數(shù)據(jù)，并等待遠(yuǎn)程站點(diǎn)的確認(rèn)信息，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式。如果通信過(guò)程中出錯(cuò)，或等待超時(shí)，將重傳數(shù)據(jù)。發(fā)送數(shù)據(jù)無(wú)需應(yīng)答（SDN）此服務(wù)允許用戶同時(shí)給單個(gè)遠(yuǎn)程站、多個(gè)遠(yuǎn)程站（組播）或同時(shí)給全部遠(yuǎn)程站（廣播）發(fā)送數(shù)據(jù)，不需要任何確認(rèn)。發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)需回答（SRD）此服務(wù)允許用戶給單個(gè)遠(yuǎn)程站發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)請(qǐng)求此遠(yuǎn)程站回送相關(guān)數(shù)據(jù)。循環(huán)地發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)需回答（CSRD）此服務(wù)允許用戶循環(huán)地給遠(yuǎn)程站發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)請(qǐng)求此遠(yuǎn)程站回答數(shù)據(jù)。4.1.3應(yīng)用層應(yīng)用層由現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范（FMS）和低層接口（LLI）兩個(gè)實(shí)體組成，利用通信關(guān)系將分散的應(yīng)用過(guò)程統(tǒng)一到一個(gè)共用的過(guò)程中?，F(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范描述了設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程、通信對(duì)象、服務(wù)以及關(guān)系模型，主要負(fù)責(zé)管理單元級(jí)(PLC和上位機(jī))的數(shù)據(jù)通信。其服務(wù)適用的應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，并在解決復(fù)雜的通信任務(wù)時(shí)擁有極大的靈活性。對(duì)于一個(gè)設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程與另一個(gè)設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程間的通信，傳輸?shù)倪^(guò)程對(duì)象必須在通信系統(tǒng)中是可視的，也就是說(shuō)，過(guò)程對(duì)象作為通信對(duì)象需羅列在設(shè)備的對(duì)象字典（OD）中。這樣，一個(gè)應(yīng)用過(guò)程的通信對(duì)象在被通信服務(wù)尋址和處理之前，必須是有效且可視的。通常在運(yùn)行期間站點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中必須有唯一的標(biāo)識(shí)，通過(guò)總線能讀出諸如制造商名稱、型號(hào)、行規(guī)等有關(guān)標(biāo)識(shí)信息。對(duì)象字典、設(shè)備特性、相同的服務(wù)和一致的接口就構(gòu)成不同制造商的設(shè)備間開(kāi)放通信的基礎(chǔ)，通常也把設(shè)備的這部分信息稱虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（VFD）。因?yàn)樵赑ROIFIBUS總線上，它其實(shí)就是物理設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的邏輯表示。4.1.3應(yīng)用層低層接口用于建立各種不同的通信關(guān)系并向現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范提供對(duì)于第2層、設(shè)備無(wú)關(guān)的訪問(wèn)，主要任務(wù)是：把現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)總線管理等應(yīng)用層服務(wù)映像到數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)上通信連接的建立和解除監(jiān)視通信連接關(guān)系數(shù)據(jù)流控制4.1.4用戶層用戶層是針對(duì)工業(yè)的特點(diǎn)而定制的一層網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，保證不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備具有相同的通信功能，提供了設(shè)備的可互換性。它定義了不同應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)備功能，即FMS行規(guī)、DP行規(guī)和PA行規(guī)。4.2物理層物理層類型1介質(zhì)RS-485使用NRZ位編碼，目的是降低總線耦合器成本，耦合器可以實(shí)現(xiàn)站與總線之間的電氣隔離或非電氣隔離RS-485的技術(shù)特征如下：介質(zhì)：屏蔽雙絞線?？偩€長(zhǎng)度≤1200米。站數(shù)：32個(gè)站點(diǎn)。數(shù)據(jù)傳輸速率：9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500kbits/s，可支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。4.2物理層物理層類型2介質(zhì)覆蓋范圍大、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，可以通過(guò)信號(hào)導(dǎo)體傳輸電流，具有易爆氣體保護(hù)和高的電磁兼容性。物理層類型2能夠滿足一些環(huán)境惡劣的化工領(lǐng)域的應(yīng)用，它的技術(shù)特征如下：介質(zhì)：能提供本質(zhì)安全和總線供電功能(發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，不向總線供電)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌嚎梢允蔷€形、星形、樹(shù)形或前幾種的組合數(shù)據(jù)傳輸：曼切斯特編碼，通信速率為31.25kbps。站數(shù)：每個(gè)網(wǎng)段最多32個(gè)，總數(shù)最多126（采用中繼器的話）4.2物理層每個(gè)站點(diǎn)通過(guò)9針連接器與介質(zhì)連接。連接器的插座裝在站內(nèi)，而插頭安裝在總線電纜上。最好用金屬的連接器外殼。4.2.3物理層(PHY)的服務(wù)站1請(qǐng)求原語(yǔ)將數(shù)據(jù)鏈路層的信息發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)總線介質(zhì)，信息可以是二進(jìn)制的0或1，也可能是無(wú)效狀態(tài)。站N會(huì)在總線上收到相應(yīng)的信號(hào)，并在物理層進(jìn)行譯碼并譯碼后的內(nèi)容交給數(shù)據(jù)鏈路層處理。站N數(shù)據(jù)鏈路層此時(shí)處理信息就是指示原語(yǔ)，它根據(jù)PROFIBUS的協(xié)議約定進(jìn)行的處理。4.3數(shù)據(jù)鏈路層(FDL)4.3.1總線存取技術(shù)4.3.2數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)4.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線管理層（FMA1/2）4.3.4數(shù)據(jù)鏈路層的幀編碼4.3.1總線存取技術(shù)PROFIBUS的介質(zhì)訪問(wèn)機(jī)制是基于令牌傳遞和主從通信技術(shù)的。主站具有對(duì)總線的訪問(wèn)權(quán)限，如果一個(gè)通信系統(tǒng)中有多個(gè)主站的話，只能有一個(gè)激活的主站。確保多主站的系統(tǒng)中，只有一個(gè)主站處于激活狀態(tài)的機(jī)制就是令牌傳遞過(guò)程。從站不會(huì)主動(dòng)向外傳送信息，除非收到主站的請(qǐng)求。PROFIBUS把主站發(fā)送請(qǐng)求信息和從站做出響應(yīng)的交互過(guò)程稱為報(bào)文循環(huán)。4.3.1總線存取技術(shù)PROFIBUS系統(tǒng)把主站按照地址的高低排成一個(gè)升序序列，為了形成一個(gè)封閉邏輯令牌環(huán)，最高地址的主站后接著是最低地址的主站。邏輯環(huán)中令牌從一個(gè)主站傳遞給另一個(gè)主站。主站想獲取數(shù)據(jù)發(fā)送權(quán)時(shí)，就必須先得到傳送的令牌，此時(shí)令牌停止在邏輯環(huán)中傳送，而由本地主站進(jìn)行管理。每個(gè)本地主站TS從先行站PS接收到令牌，處理完數(shù)據(jù)后，傳遞令牌給后繼站NS。在整個(gè)令牌環(huán)運(yùn)行前進(jìn)行初始化時(shí)，每個(gè)主站需要確定它的先行站和后繼站地址。未獲得令牌的站點(diǎn)只有收到激活主站的請(qǐng)求時(shí)，才可以發(fā)送信息以做出響應(yīng)，而且響應(yīng)應(yīng)該在一個(gè)預(yù)期的時(shí)間內(nèi)完成，即時(shí)隙時(shí)間Tslot。

4.3.1總線存取技術(shù)在邏輯令牌環(huán)中的每一個(gè)主站負(fù)責(zé)增加新站和撤除現(xiàn)有的站，它們的地址被安置在從本站地址到下一站之間的范圍內(nèi)。這個(gè)地址范圍稱作GAP，最高站地址和127之間的地址范圍除外。在GAP更新時(shí)間（TGUD）給定的時(shí)間區(qū)段內(nèi)，邏輯令牌環(huán)中的每一個(gè)主站周期性地檢查它的地址范圍。4.3.1總線存取技術(shù)主站本次接收到令牌到下一次接收到令牌的時(shí)間差，我們稱為實(shí)際令牌輪轉(zhuǎn)時(shí)間（TRR）。為保證工程應(yīng)用系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性，通常會(huì)預(yù)先設(shè)計(jì)令牌在環(huán)中輪轉(zhuǎn)時(shí)間，即目標(biāo)令牌輪轉(zhuǎn)時(shí)間（TTR）。通常情況下，要求實(shí)際令牌輪轉(zhuǎn)時(shí)間應(yīng)小于目標(biāo)令牌輪轉(zhuǎn)時(shí)間，以確保在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成控制任務(wù)。4.3.1總線存取技術(shù)4.3.2數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)需應(yīng)答4.3.2數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)無(wú)需應(yīng)答4.3.2數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)發(fā)送并請(qǐng)求數(shù)據(jù)需回答4.3.2數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)--CSRD4.3.2數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)4.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線管理層（FMA1/2）它根據(jù)功能來(lái)分，可以分成兩種：一種是用來(lái)管理本地，另外就是與遠(yuǎn)程站點(diǎn)的管理。它向用戶提供了以下服務(wù)：復(fù)位用戶可用此服務(wù)復(fù)位第一層（即物理層）、第二層（即數(shù)據(jù)鏈路層）和管理層自己。復(fù)位等效于設(shè)備上電。設(shè)定值用戶使用此服務(wù)給第一層和第二層的變量設(shè)置新值，設(shè)置新值后用戶會(huì)接收一個(gè)確認(rèn)，報(bào)告指定的變量是否已設(shè)定為新值。讀指定值此服務(wù)能讀取第一層和第二層的變量的實(shí)際值。事件使用此服務(wù)通知管理用戶在第一層和第二層出現(xiàn)的某些事件或錯(cuò)誤。4.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線管理層（FMA1/2）標(biāo)識(shí)在請(qǐng)求標(biāo)識(shí)服務(wù)時(shí)，對(duì)主站和從站是有區(qū)別的。從站的管理用戶使用此服務(wù)決定本地?cái)?shù)據(jù)鏈路層和管理層的硬件、軟件版本數(shù)據(jù)。在主站情況下使用此服務(wù)時(shí)，用戶可附加請(qǐng)求從遠(yuǎn)程站來(lái)的相同類型的信息。服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)狀態(tài)用戶使用此服務(wù)通知它本身關(guān)于本地?cái)?shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)存取點(diǎn)的配置，或在遠(yuǎn)程站的情況下報(bào)告關(guān)于它們的數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)。在從站的情況下，此服務(wù)僅對(duì)本地服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)適用?；顒?dòng)表此服務(wù)給主站的管理層用戶提供一些在總線上活動(dòng)的所有站的更新表。激活服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)和停止激活的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)此功能為各個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)去激活并配置鏈服務(wù)存取點(diǎn)。4.3.4數(shù)據(jù)鏈路層的幀編碼每個(gè)UART字符由一個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位組成其中起始位（ST），它表現(xiàn)為二進(jìn)制0；8個(gè)信息位，它們可以是二進(jìn)制0或1；奇偶校驗(yàn)位，它是二進(jìn)制0或1；停止位，總表示為二進(jìn)制1。4.3.4數(shù)據(jù)鏈路層的幀編碼PROFIBUS根據(jù)幀的作用可以分為：不帶數(shù)據(jù)字段的固定長(zhǎng)度的幀、有數(shù)據(jù)字段的固定長(zhǎng)度的幀、帶可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的幀以及令牌幀。下面分別討論這些幀的組成形式。不帶數(shù)據(jù)字段的固定長(zhǎng)度的幀有數(shù)據(jù)字段的固定長(zhǎng)度的幀帶可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的幀令牌幀不帶數(shù)據(jù)字段的固定長(zhǎng)度的幀圖中頂部是請(qǐng)求報(bào)文的幀、中間是應(yīng)答幀、底部是短應(yīng)答幀。其中SYN是幀的同步時(shí)間，通常正常通信前需要等待最少33比特的時(shí)間；

SD1是起始界定符，這里值為0x10；DA、SA是目的地址、源地址；FC是幀的控制字段表明幀的類型；FCS是幀校驗(yàn)；ED是停止界定符，數(shù)值為0xE5。有數(shù)據(jù)字段的固定長(zhǎng)度的幀圖中的上面部分是請(qǐng)求幀，下面部分是應(yīng)答幀。SD3數(shù)值為0xA2，數(shù)據(jù)區(qū)（DATA_UNIT）字段長(zhǎng)度固定為8個(gè)字符，其它字段和不帶數(shù)據(jù)字段的固定長(zhǎng)度的幀意義相同。

帶可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的幀圖中的上面部分是請(qǐng)求幀，下面部分是應(yīng)答幀。SD3數(shù)值為0xA2，數(shù)據(jù)區(qū)（DATA_UNIT）字段長(zhǎng)度固定為8個(gè)字符，其它字段和不帶數(shù)據(jù)字段的固定長(zhǎng)度的幀意義相同。

令牌幀圖描述了令牌幀的結(jié)構(gòu)，起始界定符（SD4）數(shù)值為0xDC。地址編碼地址最高位（EXT）是留給擴(kuò)展使用，因此數(shù)據(jù)鏈路層地址最大取值是126，127留給了廣播地址。EXT置1的話，擴(kuò)展地址應(yīng)該添加在FC之后，長(zhǎng)度為1個(gè)字節(jié)，擴(kuò)展地址或是服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（SAP），或是段地址。地址編碼地址擴(kuò)展舉例地址編碼最高位是擴(kuò)展（EXT）標(biāo)記位，值為1時(shí)說(shuō)明它后有一個(gè)相同結(jié)構(gòu)的地址擴(kuò)展字節(jié)；TYPE位則用來(lái)區(qū)分是鏈路服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（LSAP），還是段地址。如果是0，則后面6位表明一個(gè)鏈路服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)，是1則表示為一個(gè)段地址地址編碼通常數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)通過(guò)一個(gè)鏈路服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)來(lái)處理，同一時(shí)間允許在主站和從站中有若干個(gè)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)。源服務(wù)存取點(diǎn)（SSAP）表示本地用戶到此數(shù)據(jù)鏈路層的存取地址，它在SAE字節(jié)中被傳輸。目的服務(wù)存取點(diǎn)（DSAP）表示遠(yuǎn)程用戶到此數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)或多個(gè)存取地址，它在DAE字節(jié)中被傳輸。源服務(wù)存取點(diǎn)值范圍為0～62，而目的服務(wù)存取點(diǎn)值范圍為0～63，值為63時(shí)表示全局存取地址。有的時(shí)候，為了提高幀的有效性，數(shù)據(jù)服務(wù)可能會(huì)省略掉SAE。而接收到此數(shù)據(jù)的站點(diǎn)，會(huì)回送一個(gè)不帶DAE的應(yīng)答幀。這種服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)稱為缺省服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)。幀控制（FC）編碼幀控制字節(jié)標(biāo)識(shí)了幀的類型，如主動(dòng)幀（請(qǐng)求幀，發(fā)送／請(qǐng)求幀），應(yīng)答幀或回答幀。Type標(biāo)識(shí)幀類型，如果置1，表明這是一個(gè)請(qǐng)求幀，否則是應(yīng)答幀；如果是一個(gè)請(qǐng)求幀的話，b6、b5位分別代表幀計(jì)數(shù)位（FCB）和幀計(jì)數(shù)有效標(biāo)記位（FCV）。如果是應(yīng)答幀，b6、b5位代表站類型（Stn-type）信息循環(huán)時(shí)間的計(jì)算DU=數(shù)據(jù)單元FCS=幀檢查順序ED=結(jié)束分界符DA = 目的地址SA = 源地址FC = 功能碼幀SRD-請(qǐng)求，各種長(zhǎng)度的用戶數(shù)據(jù)SRD-響應(yīng)，各種長(zhǎng)度的用戶數(shù)據(jù)

DP-LLDP-從SYNSD2LESD2DASAFCDUFCSEDLErSD2LELErDASAFCDUFCSEDSD2請(qǐng)求幀尾輸出數(shù)據(jù)頭響應(yīng)幀DP-從立即響應(yīng)DP-主頭輸入數(shù)據(jù)尾信息循環(huán)時(shí)間的計(jì)算一個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)（一字節(jié)）按11位傳輸

報(bào)文頭和尾由11個(gè)字節(jié)或9個(gè)字節(jié)組成

波特率為1.5M時(shí)，1個(gè)位時(shí)間＝0.6667Us(1個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)＝11位時(shí)間＝7.33us)

波特率為12M時(shí)，1個(gè)位時(shí)間＝83ns(1個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)＝11個(gè)位時(shí)間＝0.913us)信息循環(huán)時(shí)間的計(jì)算Tsyn=33TBitminTSDR=11TBitmaxTSDR=60...800TBitTSDR響應(yīng)幀=頭+輸出數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀=頭+輸出數(shù)據(jù)信息循環(huán)時(shí)間的計(jì)算TMC=(TSYN+TID1+TSDR+Header+Ix11TBit+0x11TBit)xSlavesTMC = 信息循環(huán)時(shí)間按位時(shí)間計(jì)TID1 = 在主站的空閑時(shí)間=典型的75個(gè)位時(shí)間TSDR = 在從站的站延遲時(shí)間=典型的11個(gè)位時(shí)間Header = 在請(qǐng)求和響應(yīng)幀中的電文頭=198個(gè)位時(shí)間I = 每個(gè)從站的輸入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)O = 每個(gè)從站的輸出數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)Slaves = 從站個(gè)數(shù)PROFIBUS-DP系統(tǒng)的組成，包括1個(gè)主站和20個(gè)從站，每個(gè)從站有2個(gè)字節(jié)的輸入和2個(gè)字節(jié)的輸出。TMC=(33+75+11+198+22+22)x20=7220TBit7220TBit(1.5MBaud)=(TBit=0.66

s)=4.8ms7220TBit(12MBaud)=(TBit=0.83ns)=0.6ms例:4.4應(yīng)用層應(yīng)用層的模型結(jié)構(gòu)應(yīng)用層的FMS低層接口LLI4.4應(yīng)用層4.4應(yīng)用層現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范利用通信關(guān)系將分散的應(yīng)用過(guò)程組織到一個(gè)共用的控制過(guò)程中。應(yīng)用過(guò)程可以分布在幾個(gè)不同的設(shè)備上，在一個(gè)設(shè)備中可以存在一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用過(guò)程。應(yīng)用過(guò)程利用通信端點(diǎn)訪問(wèn)完成通信，通常設(shè)備把這些通信端點(diǎn)信息存儲(chǔ)在通信關(guān)系表中。應(yīng)用過(guò)程查詢通信關(guān)系列表，找到其相應(yīng)的通信端點(diǎn)，使用現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范服務(wù)完成數(shù)據(jù)的通信。在公用的控制過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用來(lái)與其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信交互的那部分又稱虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（VFD）。虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的可視對(duì)象集。低層接口是的主要任務(wù)是：把FMS和FMA7服務(wù)到數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)映射、應(yīng)用通信關(guān)系的連接的建立和釋放、連接的管理以及數(shù)據(jù)流控制。4.4應(yīng)用層FMA7提供PROFIBUS系統(tǒng)管理，描述對(duì)象及管理服務(wù),通過(guò)管理服務(wù)在本地或遠(yuǎn)程控制對(duì)象。管理服務(wù)分為三組：上下關(guān)系管理（contextmanagement）：上下關(guān)系管理為建立和釋放管理連接提供服務(wù)。組態(tài)管理（configurationmanagement）：組態(tài)管理提供的服務(wù)用于標(biāo)識(shí)站的通信部件，裝載和讀出通信關(guān)系表（CRL），存取1/2層的變量、計(jì)數(shù)器和參數(shù)。故障管理（faultmanagement）FMSPROFIBUS為規(guī)范化應(yīng)用進(jìn)程所涉及的數(shù)據(jù)，定義了通信對(duì)象以及與對(duì)象相關(guān)的服務(wù)（即FMS服務(wù)）?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中對(duì)象如果能被其它的設(shè)備所訪問(wèn)，那么我們可認(rèn)為這個(gè)對(duì)象是可視的，設(shè)備中可視對(duì)象的集合就構(gòu)成了虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（VFD）。根據(jù)通信過(guò)程對(duì)象是否可視，可以把對(duì)象分為兩類：顯式對(duì)象和隱式對(duì)象。顯示對(duì)象可以被網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，隱式對(duì)象通常由自身設(shè)備管理，不能被遠(yuǎn)程應(yīng)用進(jìn)程讀寫。FMS中的對(duì)象虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（VFD）對(duì)象字典（OD）上下文管理事件對(duì)象變量對(duì)象事務(wù)對(duì)象域?qū)ο蟪绦蛘{(diào)用對(duì)象FMS的編碼報(bào)文頭部由首標(biāo)識(shí)、調(diào)用標(biāo)識(shí)（InvokeID）和第2個(gè)標(biāo)識(shí)組成。標(biāo)識(shí)用于插入報(bào)文中以識(shí)別報(bào)文的不同類型，它也由3部分：P/C標(biāo)記位、標(biāo)簽（Tag）和報(bào)文長(zhǎng)度組成。其中P/C標(biāo)識(shí)后面的報(bào)文數(shù)據(jù)是復(fù)雜結(jié)構(gòu)還是簡(jiǎn)單變量，標(biāo)簽標(biāo)識(shí)報(bào)文的具體類型，報(bào)文長(zhǎng)度說(shuō)明報(bào)文中元素的個(gè)數(shù)或字節(jié)數(shù)。由于標(biāo)簽只有3比特，報(bào)文類型比較多時(shí)，標(biāo)簽需要擴(kuò)展一個(gè)字節(jié)來(lái)表示。擴(kuò)展時(shí)標(biāo)簽的3位全部置1。長(zhǎng)度同標(biāo)簽類似，也可進(jìn)行擴(kuò)展。ID標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)組成FMS的編碼標(biāo)識(shí)擴(kuò)展舉例FMS的編碼對(duì)于報(bào)文頭部的首標(biāo)識(shí)來(lái)說(shuō)，它共可識(shí)別6種類型的報(bào)文：需證實(shí)請(qǐng)求報(bào)文(confirmed-RequestPDU)、需證實(shí)響應(yīng)報(bào)文(confirmed-ResponsePDU)、需證實(shí)差錯(cuò)報(bào)文(confirmed-ErrorPDU)、無(wú)需證實(shí)報(bào)文(unconfirmed-PDU)、拒絕報(bào)文(reject-PDU)和啟動(dòng)報(bào)文(initiate-PDU)。這6種報(bào)文都由1個(gè)調(diào)用標(biāo)識(shí)和報(bào)文體組成。調(diào)用標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)對(duì)任何報(bào)文來(lái)說(shuō)，其類型和長(zhǎng)度都是固定的，所以它無(wú)需附加來(lái)進(jìn)行區(qū)分。第2個(gè)標(biāo)識(shí)用來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明報(bào)文體類型。FMS的編碼假設(shè)現(xiàn)有主站發(fā)送物理讀請(qǐng)報(bào)文，報(bào)文調(diào)用標(biāo)識(shí)數(shù)值為6，請(qǐng)求讀取物理地址0x12345678上的4個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，從站物理讀響應(yīng)報(bào)文數(shù)據(jù)為0x47110815，即PhysRead.Request(InvokeID6,Address0x12345678,4)和PhysRead.Response(InvokeID6,0x47110815)。FMS的編碼FMS的編碼先查看物理讀請(qǐng)求報(bào)文的屬于6種報(bào)文哪一類，可以從PROFIUBS規(guī)范查知為1，它由調(diào)用標(biāo)識(shí)和一個(gè)報(bào)文體2部分組成。故第一個(gè)標(biāo)識(shí)的編碼是10010010，即0x92。接下來(lái)解析第一個(gè)元素調(diào)用標(biāo)識(shí)，對(duì)任何報(bào)文來(lái)說(shuō)它始終固定為一個(gè)字節(jié)，無(wú)需其它信息來(lái)識(shí)別，直接給出數(shù)值0x06即可。然后，解析第2個(gè)元素，第2個(gè)元素有2個(gè)參數(shù)，查看PROFIBUS規(guī)范知道物理讀服務(wù)格式的序號(hào)是26，故標(biāo)識(shí)為二進(jìn)制1111001000011010，即0x1A。FMS的編碼通過(guò)表，可以知道物理讀請(qǐng)求和響應(yīng)報(bào)文的格式。從而得知，第1個(gè)參數(shù)是參數(shù)序號(hào)為0，它是一個(gè)長(zhǎng)整型(4個(gè)字節(jié))，屬于簡(jiǎn)單類型，故標(biāo)識(shí)為00000100。接著是第2個(gè)參數(shù)，字節(jié)數(shù)是1，故標(biāo)識(shí)為00010001。綜合上述，可以得到物理讀請(qǐng)求報(bào)文的16進(jìn)制編碼為：9206F21A04123456781104。FMS的編碼同理物理讀響應(yīng)報(bào)文的16進(jìn)制編碼為：A206741A47110815。FMS編碼練習(xí)Read-Request(InvID5,Index32)Read-Response(InvID5,Booleantrue)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程總是通過(guò)一種特殊的ID標(biāo)識(shí)符來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的區(qū)分

FMSpdu::=CHOICE{confirmed-RequestPDU[1]IMPLICITconfirmed-ResponsePDU[2]IMPLICITConfirmed-ResponsePDU,confirmed-ErrorPDU[3]IMPLICITConfirmed-ErrorPDU,unconfirmed-PDU[4]IMPLICITUnconfirmed-PDU,reject-PDU[5]IMPLICITReject-PDU,initiate-PDU[6]IMPLICITInitiate-PDU}FMS編碼練習(xí)Confirmed-RequestPDU::=SEQUENCE{invokeIDInvokeID,confirmedServiceRequestConfirmedServiceRequest}10010010（第1個(gè)ID）00010000（invkID的ID）它的格式總是相同的，且位置固定，通常會(huì)忽略掉

5（invkID）0x920x05FMS編碼舉例confirmedServiceRequest::=CHOICE{status[0]IMPLICITStatus-Request,identify[1]IMPLICITIdentify-Request,read[2]IMPLICITRead-Request,：：terminatePutOD[30]IMPLICITTerminatePutOD-Request}10100001（0xA1）FMS編碼舉例Read-Request::=SEQUENCE{access-specificationCHOICE{index[0]IMPLICITIndex,variable-name[1]IMPLICITName,variable-list-name[2]IMPLICITName},subindex[3]IMPLICITSubindexOPTIONAL}00000002（0x02）0x000x05最終結(jié)果：9205A1020020（16進(jìn)制）FMS編碼舉例FMSpdu::=CHOICE{

………….confirmed-ResponsePDU[2]IMPLICITConfirmed-ResponsePDU,…………….}confirmed-ResponsePDU::=SEQUENCE{invokeIDInvokeID,confirmedServiceResponseconfirmedServiceResponse}confirmedServiceResponse::=CHOICE{…………….read[2]IMPLICITRead-Request,…………….}Read-Response::=Data問(wèn)其數(shù)據(jù)編碼格式4.5DPDP通信模型DP站類型DP通信關(guān)系DP設(shè)備通信過(guò)程DP報(bào)文循環(huán)機(jī)制DP功能服務(wù)DP協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文編碼4.5.1DP通信模型DP物理層采用RS-485或光纖作為介質(zhì)，提供高速的訪問(wèn)鏈路。DP僅支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路的SDN和SRD服務(wù)，它主要考慮DP的通信關(guān)系，以減少系統(tǒng)開(kāi)銷提高數(shù)據(jù)通信的效率。FMA1/2提供對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的管理功能。4.5.2DP站類型DP通信關(guān)系DP有兩種類型通信關(guān)系：一對(duì)一和一對(duì)多。主從通信包括DP1類主站與DP從站和DP2類主站與DP從站的通信關(guān)系；主主通信指的是DP1類主站與DP2類主站間的通信關(guān)系。一對(duì)一的通信關(guān)系使用數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)需回答服務(wù)（SRD）來(lái)完成，而一對(duì)多則用發(fā)送數(shù)據(jù)無(wú)需應(yīng)答服務(wù)（SDN）傳送數(shù)據(jù)幀。DP所有的通信關(guān)系都是無(wú)連接的通信關(guān)系。DP通信關(guān)系Data_Exchange和Slave_Diag服務(wù)操作順序（主從通信）

DP通信關(guān)系主主通信其它功能服務(wù)操作順序(除Act_Para_Brct外)DP設(shè)備通信過(guò)程DP主站與一個(gè)DP從站通信前，DP主站會(huì)請(qǐng)求讀取DP從站的診斷數(shù)據(jù)，以檢查DP從站的運(yùn)行狀態(tài)。如果相應(yīng)的從站準(zhǔn)備就緒，可以參與測(cè)量控制過(guò)程，就會(huì)通知主站它可以加入系統(tǒng)中。DP設(shè)備通信過(guò)程DP主從站數(shù)據(jù)交換過(guò)程

DP報(bào)文循環(huán)機(jī)制單主站的DP循環(huán)DP報(bào)文循環(huán)機(jī)制等間隔的DP循環(huán)

DP功能服務(wù)讀從站診斷(Slave_Diag)輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸讀從站的輸入（RD_Inp）/輸出數(shù)據(jù)（RD_Outp）設(shè)置參數(shù)（Set_Prm）檢查組態(tài)（Chk_Cfg）讀組態(tài)（Get_Cfg）全局控制命令（Global_Control）設(shè)置從站地址Set_Slave_Add讀主站診斷數(shù)據(jù)（Get_Master_Diag）上/下載服務(wù)參數(shù)激活(Act_Para_Brct)讀從站診斷(Slave_Diag)Slave_Diag服務(wù)用于DP主從數(shù)據(jù)交換前，讀取DP是否存在參數(shù)信息，從站是否準(zhǔn)備就緒以及把故障詳細(xì)原因告知主站。在數(shù)據(jù)交換過(guò)程，如果有異?，F(xiàn)象，那么DP從站也可以通過(guò)提高數(shù)據(jù)交換響應(yīng)報(bào)文優(yōu)先級(jí)，來(lái)告知主站讀取自身診斷，主站就會(huì)主動(dòng)讀取從站診斷信息，確保數(shù)據(jù)的有效性。從站狀態(tài)包含了從站自身運(yùn)行狀態(tài)和支持的服務(wù)狀態(tài)。主要有看門狗定時(shí)器的狀態(tài)、是否支持同步Sync和凍結(jié)Freeze模式、自身的身份識(shí)別碼(ident_number)等信息?？梢苑殖?個(gè)層次：設(shè)備診斷(站的通用運(yùn)行狀態(tài)，如溫度過(guò)高等)、模塊診斷(站的模塊故障問(wèn)題)和通道診斷(輸入或輸出的某一信號(hào)的狀態(tài))。下面是讀從站診斷服務(wù)的重要參數(shù)。輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸功能映射為直接數(shù)據(jù)鏈路的數(shù)據(jù)交換（Data_Exchange）服務(wù)，完成主站和從站之間測(cè)量信息的循環(huán)交換。DP從站檢查輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)與組態(tài)是否保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性。如果不一致，則告知主站，從站存在故障，主站就可以通過(guò)Slave_Diag服務(wù)獲取從站詳細(xì)的診斷信息。輸入輸出數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)是由在組態(tài)時(shí)傳送給DP從站的組態(tài)標(biāo)識(shí)符來(lái)定義的。輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸每個(gè)標(biāo)識(shí)符為每一模塊制定輸入和輸出字節(jié)數(shù)，即輸入和輸出區(qū)域。擁有固定的輸入和輸出區(qū)域的設(shè)備，就是緊湊型設(shè)備。組態(tài)時(shí)標(biāo)識(shí)符格式

輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸舉例讀輸入/輸出數(shù)據(jù)如果DP從站正處于循環(huán)數(shù)據(jù)交換階段，DP2類主站可以通過(guò)讀從站的輸入(RD_Inp)服務(wù)和讀從站的輸出（RD_Outp）服務(wù)，讀取DP從站的輸入輸出的狀況。設(shè)置參數(shù)（Set_Prm）主站使用Set_Prm服務(wù)把所需總線參數(shù)與從站專用參數(shù)送給從站。從站的參數(shù)化可在DP系統(tǒng)啟動(dòng)階段完成，也可以在數(shù)據(jù)交換階段完成,包含從站需要使用的重要參數(shù)。(1)從站狀態(tài)站點(diǎn)狀態(tài)包含從站相關(guān)的功能和設(shè)定，如是否支持同步或凍結(jié)模式、看門狗定時(shí)的設(shè)置、是否支持組態(tài)外其它主站對(duì)其訪問(wèn)等信息。(2)身份識(shí)別碼（Ident_Number）身份識(shí)別碼是DP設(shè)備提交給PROFIBUS的專門認(rèn)證機(jī)構(gòu)檢測(cè)后分配的字符標(biāo)號(hào)。當(dāng)從站收到Set_Prm服務(wù)中的身份識(shí)別碼與自身一致，則容許對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，否則會(huì)響應(yīng)錯(cuò)誤信息。設(shè)置參數(shù)（Set_Prm）(3)組識(shí)別碼（Group_Ident）PROFIBUS系統(tǒng)中通常會(huì)相關(guān)的DP從站分成若干個(gè)組，用戶支持同步和凍結(jié)全局控制命令。(4)DP從站專用參數(shù)數(shù)據(jù)DP從站專用參數(shù)(如高或低限)具有由不同DP從站所確定，如果有的話會(huì)緩存在主站中，通過(guò)Set_Prm服務(wù)傳送從站，以便進(jìn)行專門的參數(shù)配置。檢查組態(tài)（Chk_Cfg）主站使用Chk_Cfg服務(wù)把組態(tài)信息下發(fā)到從站，DP從站接收到的組態(tài)（Cfg_Data）與它的實(shí)際組態(tài)（Real_Cfg_Data）進(jìn)行比較，核對(duì)組態(tài)數(shù)據(jù)的格式、長(zhǎng)度信息以及輸入/輸出數(shù)據(jù)區(qū)域。

Cfg_Data有1～32字節(jié)數(shù)據(jù)(可擴(kuò)展至244字節(jié))，用于表示DP從站中模塊的輸入/輸出數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)也稱標(biāo)識(shí)符。檢查組態(tài)（Chk_Cfg）標(biāo)識(shí)符的輸入/輸出域占2位，01說(shuō)明這是設(shè)備中的輸入模塊；10表明這是輸出模塊；11則指出它是輸入輸出模塊。一致性覆蓋標(biāo)志位則告訴系統(tǒng)數(shù)據(jù)連續(xù)存儲(chǔ)的方式，如果標(biāo)志位為0的話，那么數(shù)據(jù)將以字節(jié)和字(即，雙字節(jié))連續(xù)存放，如果為1，那么數(shù)據(jù)并非連續(xù)存放而是整個(gè)一次性存儲(chǔ)在儲(chǔ)存器中。長(zhǎng)度格式域給出了數(shù)據(jù)連續(xù)存放的格式，0是字節(jié)方式，1是字方式。檢查組態(tài)（Chk_Cfg）檢查組態(tài)（Chk_Cfg）檢查組態(tài)（Chk_Cfg）專用標(biāo)識(shí)符舉例

讀組態(tài)（Get_Cfg）DP主站使用服務(wù)Get_Cfg讀取DP從站設(shè)備的實(shí)際組態(tài)數(shù)據(jù)，用來(lái)診斷DP從站狀態(tài)或其它用途。全局控制命令（Global_Control）DP主站使用服務(wù)Global_Control，發(fā)送控制命令到從站。DP1類主站通過(guò)這些控制命令把自己的操作模式通知從站?？刂泼羁梢栽O(shè)置從站的數(shù)據(jù)輸出同步或數(shù)據(jù)輸入的凍結(jié)或清除數(shù)據(jù)。同步控制命令可以對(duì)DP從站的輸出進(jìn)行同步。同步被設(shè)置后，DP從站把數(shù)據(jù)循環(huán)的輸出數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，等待下一個(gè)同步命令到達(dá)時(shí)，才把緩沖的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。這樣可以確保組態(tài)的DP從站輸出數(shù)據(jù)同時(shí)啟動(dòng)。凍結(jié)則專指從站的輸入數(shù)據(jù)而言，在數(shù)據(jù)循環(huán)交換時(shí)它傳送上次被凍結(jié)的數(shù)據(jù)。DP從站隊(duì)列中的輸入數(shù)據(jù)存在發(fā)送緩沖區(qū)。此時(shí)，DP主站可以發(fā)送數(shù)據(jù)循環(huán)報(bào)文讀取DP從站緩存的輸入數(shù)據(jù)。DP從站只有在接收到另一個(gè)凍結(jié)命令時(shí)才能對(duì)那些當(dāng)前輸入隊(duì)列的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。設(shè)置從站地址Set_Slave_AddDP2類主站DPM2使用Set_Slave_Add服務(wù)，來(lái)設(shè)置DP從站的地址。如果從站沒(méi)有存儲(chǔ)能力(如，沒(méi)有flash)或只能通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)置地址，從站應(yīng)該給出負(fù)響應(yīng)報(bào)文通知主站。從站收到DDLM_Set_Slave_Add服務(wù)后，比較報(bào)文中Ident_Number與自己是否配置，如果匹配成功，則知道主站是在改變自