现场总线（PROFIBUS）技能简介（四）

2.2.3PROFIBUS总线存取协议

(1)三种PROFIBUS（DP、FMS、PA）均运用共同的总线存取协议。该协议是经过OSI参阅模型第二层（数据链路层）来完结的。它包含了确保数据可靠性技能及传输协议和报文处理。
(2)在PROFIBUS中，第二层称之为现场总线数据链路层（FieldbusDataLink-FDL）。介质存取操控（MediumAccessControl-MAC）详细操控数据传输的程序，MAC有必要确保在任何一个时刻只要一个站点发送数据。
(3)PROFIBUS协议的规划要满意介质存取操控的两个基本要求：
·在杂乱的主动化体系（主站）间的通讯，有必要确保在切当限制的时刻距离中，任何一个站点要有满足的时刻来完结通讯使命。
·在杂乱的程序操控器和简略的I/O设备（从站）间通讯，应尽或许快速又简略地完结数据的实时传输。
因而，PROFIBUS总线存取协议，主站之间选用令牌传送方法，主站与从站之间选用主从方法。
(4)令牌传递程序确保每个主站在一个切当规则的时刻内得到总线存取权（令牌）。在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行。
(5)主站得到总线存取令牌时可与从站通讯。每个主站均可向从站发送或读取信息。因而，或许有以下三种体系装备：
·纯主-从体系
·纯主-主体系
·混合体系
(6)图2-4是一个由3个主站、7个从站构成的PROFIBUS体系。3个主站之间构成令牌逻辑环。当某主站得到令牌报文后，该主站可在必定时刻内履行主站作业。在这段时刻内，它可依照主-从通讯联系表与一切从站通讯，也可依照主-主通讯联系表与一切主站通讯。

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图2-4：3个主站、7个从站构成的PROFIBUS体系

(7)在总线体系初建时，主站介质存取操控MAC的使命是拟定总线上的站点分配并树立逻辑环。在总线运转期间，断电或损坏的主站有必要从环中扫除，新上电的主站有必要参加逻辑环。
(8)第二层的另一重要作业使命是确保数据的可靠性。PROFIBUS第二层的数据结构格局可确保数据的高度完整性。
(9)PROFIBUS第二层依照非衔接的形式操作，除供给点对点逻辑数据传输外，还供给多点通讯，其间包含播送及有挑选播送功用。

2.3PROFIBUS-DP
PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时刻有必要要比主站（PLC）程序循环时刻短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还供给智能化现场设备所需的非周期性通讯以进行组态、确诊和报警处理。
2.3.1PROFIBUS-DP的基本功用
(1)传输技能：RS-485双绞线、双线电缆或光缆。波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。
(2)总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送。支撑单主或多主体系。总线上最多站点（主-从设备）数为126。
(3)通讯：点对点（用户数据传送）或播送（操控指令）。循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送。
(4)运转形式：运转、铲除、中止。
(5)同步：操控指令答应输入和输出同步。同步形式：输出同步；确认形式：输入同步。
(6)功用：DP主站和DP从站间的循环用户数据传送。各DP从站的动态激活和可激活。DP从站组态的查看。强壮的确诊功用，三级确诊信息。输入或输出的同步。经过总线给DP从站赋予地址。经过总线对DP主站（DPM1）进行装备。每DP从站的输入和输出数据最大为246字节。
(7)可靠性和维护机制：一切信息的传输按海明距离HD=4进行。DP从站带看门狗定时器（WatchdogTimer）。对DP从站的输入/输出进行存取维护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监督。
(8)设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程、组态、确诊的设备。第一类DP主站（DPM1）是中心可编程序操控器，如PLC、PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。
2.3.1.1PROFIBUS-DP基本特征
(1)速率：在一个有着32个站点的散布体系中，PROFIBUS-DP对一切站点传送512bit/s输入和512bit/s输出，在12Mbit/s时只需1毫秒。
(2)确诊功用：经过扩展的PROFIBUS-DP确诊能能对毛病进行快速定位。确诊信息在总线上传输并由主站收集。确诊信息分三级：
·本站确诊操作：本站设备的一般操作状况，如温度过高、压力过低。
·模块确诊操作：一个站点的某详细I/O模块毛病。
·通道确诊操作：一个独自输入/输出位的毛病。
2.3.1.2PROFIBUS-DP体系装备和设备类型
PROFIBUS-DP答应构成单主站或多主站体系。在同一总线上最多可衔接126个站点。体系装备的描绘包含：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格局、确诊信息格局及所运用的总线参数。每个PROFIBUS-DP体系可包含以下三种不同类型设备：
(1)一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中心操控器，它在预订的信息周期内与涣散的站（如DP从站）交流信息。典型的DPM1如PLC或PC。
(2)二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP体系组态操作时运用，完结体系操作和监督意图。
(3)DP从站：DP从站是进行输入和输出信息收集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。
(4)单主站体系：在总线体系的运转阶段，只要一个活动主站。如图2-5所示：

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图2-5：单主站体系

(2)多主站体系：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成彼此独立的子体系。每个子体系包含一个DPM1、指定的若干从站及或许的DPM2设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入/输出映象，但只要一个DP主站答应对DP从站写入数据。如图2-6所示：

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图2-6：多主站体系

2.3.1.3体系行为
体系行为首要取决于DPM1的操作状况，这些状况由本地或总线的装备设备所操控。首要有以下三种状况：
·中止：在这种状况下，DPM1和DP从站之间没有数据传输。
·铲除：在这种状况下，DPM1读取DP从站的输入信息并使输出信息坚持在毛病安全状况。
·运转：在这种状况下，DPM1处于数据传输阶段，循环数据通讯时，DPM1从DP从站读取输入信息并向从站写入输出信息。
(1)DPM1设备在一个预先设定的时刻距离内，以有挑选的播送方法将其本地状况周期性地
发送到每一个有关的DP从站。如图2-6所示。
(2)假如在DPM1的数据传输阶段中产生过错，DPM1将一切有关的DP从站的输出数据当即转入铲除状况，而DP从站将不在发送用户数据。在次之后，DPM1转入铲除状况。

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图2-6：PROFIBUS-DP用户数据传输

2.3.1.4DPM1和DP从站间的循环数据传输
DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1依照确认的递归次序主动进行。在对总线体系进行组态时，用户对DP从站与DPM1的联系作出规则，确认哪些DP从站被归入信息交流的循环周期，哪些被排挤在外。
DPM1和DP从站间的数据传送分三个阶段：参数设定、组态、数据交流。在参数设定阶段，每个从站将自己的实践组态数据与从DPM1接受到的组态数据进行比较。只要当实践数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传输阶段。因而，设备类型、数据格局、长度以及输入输出数量有必要与实践组态共同。
2.3.1.5DPM1和体系组态设备间的循环数据传输
除主-从功用外，PROFIBUS-DP答应主-主之间的数据通讯，这些功用使组态和确诊设备经过总线对体系进行组态。

2.3.1.6同步和确认形式
除DPM1设备主动履行的用户数据循环传输外，DP主站设备也可向独自的DP从站、一组从站或整体从站一起发送操控指令。这些指令经过有挑选的播送指令发送的。运用这一功用将翻开DP从站的同步及确认形式，用于DP从站的事情操控同步。
主站发送同步指令后，所选的从站进入同步形式。在这种形式中，所编址的从站输出数据确认在当时状况下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接收到输出的数据，但它的输出状况坚持不变；当接收到下一同步指令时，所存储的输出数据才发送到外围设备上。用户可经过非同步指令退出同步形式。
确认操控指令使得编址的从站进入确认形式。确认形式将从站的输入数据确认在当时状况下，直到主站发送下一个确认指令时才能够更新。用户能够经过非确认指令退出确认形式。

2.3.1.7维护机制
对DP主站DPM1运用数据操控定时器对从站的数据传输进行监督。每个从站都选用独立的操控定时器。在规则的监督距离时刻中，如数据传输产生过失，定时器就会超时。一旦产生超时，用户就会得到这个信息。假如过错主动反响功用”使能”，DPM1将脱离操作状况，并将一切相关从站的输出置于毛病安全状况，并进入铲除状况。
对DP从站运用看门狗操控器检测主站和传输线路毛病。假如在必定的时刻距离内发现没有主机的数据通讯，从站主动将输出进入毛病安全状况。