1、PROFIBUS-DP协议简介王丽君 PROFIBUS简介 PROFIBUS-DP概述 主-从通讯过程 PROFIBUS-DP从站测试大纲现场总线技术 现场总线是工业通讯系统，它使用一类传输介质(如双绞线、光纤等)，用比特串传输，将分散的现场设备(如传感器、执行机构、驱动器、变送器等)连线到中央控制或管理系统。现在主要的总线技术包含在国际标准IEC61158 (主要为协议部分)和IEC61784(主要为行规)中。PROFIBUS是其中的重要组成部分。 国际标准 IEC61158共有10种类型：类型1：FOUNDATIONH1 ；类型2 ：ControlNet ；类型3 ：PROFIBUS；类型
2、4：P-Net；类型5：FOUNDATIONHSE ；类型6：SwiftNet；类型7：WorldFIP ；类型8：INTERBUS ；类型9：IECTS61158 （仅为纯粹的理论标准）；类型10：PROFInet。 PROFIBUS标准IEC61158 提供了3种传输方式：1 RS-485：针对工厂制造环境普遍的要求，适用于DP， FMS；2 MBP(曼彻斯特)：针对过程自动化的要求，具有本质防爆特性，适用于PA ；3光纤(FO) ：可以提高抗干扰和传输距离。PROFIBUS简介 PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间
3、级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。PROFIBUS简介 PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。 1996年成为欧洲工业标准（ EN50170V.2） 1999年成为国际标准（ IEC61158-3 TYPEIII） 2001年被批准成为中华人民共和国工业自动化领域行业标准中唯一的现场总线标准（JB/T10308.3-2001 ）PROFIBUS简介 PROFIBUS由三个兼容部分组成，即 PROFIBUS-DP、PROFI
4、BUS-PA、PROFIBUS-FMS 。 FMS(Fieldbus Message Specification)是设计用于车间级的通讯，在车间级主要是可编程控制器(如PLC和PC)间的通信。FMS可以看作是DP的先驱。 DP(Decentralized Peripherals)用于主站与从站设备间进行简单、快速循环的过程数据交换，主要侧重于工厂自动化。 PA(Process Automation)侧重于过程自动化，典型的使用 MBP-IS传输技术，要求总线供电、本质安全。（ MBP-曼彻斯特）PROFIBUS簇PROFIBUS的基本特性PROFIBUS-DP简介 PROFIBUS-DP用于现
5、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。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。PORFIBUS-DP的基本功能 传输技术： RS-485双绞线、光缆。波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s 。 总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送。支持单主或多主系统。总线上最多站点（主-从设备）数为 126（包括中继器）。最多可分4段(用3个中继器)，每段不超过 32个（不包括中继器）。 通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送
6、。PROFIBUS-DP的基本功能 运行模式：运行、清除、停止。 同步：控制指令允许输入和输出同步。输出同步：同步模式；输入同步：冻结模式（锁定模式）。 功能： 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从站组态的检查；强大的诊断功能，三级诊断信息；输入或输出的同步；通过总线给 DP从站赋予地址；每个 DP从站的输入和输出数据最大为 246字节。PROFIBUS-DP的基本功能 可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD=4进行。 DP从站带看门狗定时器（ Watchdog Timer）。对 DP从站的输入/输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数
7、据传送监视。海明距离： 帧完整性的一种度量。可以检查以下错误：字符格式错误、协议错误、错误的起始/终止定界符；错误的帧校验字节；错误的报文长度。PROFIBUS-DP的基本功能 诊断功能：经过扩展的 PROFIBUS-DP诊断功能能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级：1） 本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高、压力过低 ；2） 模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。 3）通道诊断操作：一个单独输入/输出位的故障。PROFIBUS-DP的基本功能 系统配置：PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。
8、系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。PROFIBUS-DP的基本功能 设备类型：每个PROFIBUS-DP 系统可包括以下三种不同类型设备：(1) 一类DP 主站（DPM1 ）：一类DP 主站是指PLC、PC或可做一类主站的控制器。一类主站完成总线通信控制和管理。(2) 二类DP 主站（ DPM2）(可选)：二类DP 主站指操作员工作站(如PC机加图形监控软件)、编程器、操作员接口等。完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。(3) DP从站： DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门
9、等）。PROFIBUS-DP的扩展功能 DPM1和DP 从站间的扩展数据通信：非循环通信功能 DPM2 (二类主站)与从站间的扩展数据传送PROFIBUS-DP行规 NC/RC行规 编码器行规 变速传动行规 操作员控制和过程监视行规（ HMI）PROFIBUS-DP传输技术（物理层）传输特点 RS485传输技术,又称H2 ，高速 依据RS485 ，异步不归零(NRZ )传输 波特率从9.6kBit/s 到 12MBit/s，可选 双绞屏蔽电缆 每段32 个站，最多允许126 个站 有中继器距离可延长到10 公里 9针, D型插头电缆规格有 A、B 两种，推荐使用 A型电缆不同传输速度时的电缆长
10、度波特率kbit/s9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500A型电缆长度（m）1200 1200 1200 1000 400 200B型电缆长度（m）1200 1200 1200 600 200 70PROFIBUS-DP系统构成*单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。PROFIBUS-DP系统构成 多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个DPM1 、指定的若干从站及可能的DPM2 设备。任何一个主站均可读取DP 从站的输入/输出映象，但只有一个主站(在系统配置时指定的DPM1)允许对DP从站写入数据。多主站系统
11、的总线循环时间要比单主站系统长一些。DP协议的版本 DP通讯协议目前有 3个版本 DPV0提供DP基本功能，包括 循环的数据交换 ，以及设备诊断、模块诊断和通道诊断功能。 DPV1包含用于参数赋值、操作、智能现场设备的报警处理、故障安全通信( PROFIsafe)等 非循环的数据通讯 。此外， DPV1有三种附加的报警类型：状态报警、刷新报警和制造商专用报警。 DPV2主要包括根据驱动技术的需求而增加的其他功能，如时钟同步或时标功能、 DP上的 HART协议、冗余功能、 从站对从站通信 等。PROFIBUS系统冗余 冗余：指系统资源备份，俗称双机工作模式。 核电厂控制等要求可靠性高的场合，要求
12、PROFIBUS 系统应具有冗余功能。 PROFIBUS包括3 种不同方面上的冗余技术：主站冗余、总线（电缆的）冗余和从站冗余。主站冗余：指在系统中设置两个同样配置的主站总线（电缆的）冗余：指传输导线级别的双总线结构从站冗余：指每个从站有主从站和备份从站两个模块部分NM系列中PROFIBUS-DP的应用 NM系列核电控制系统采用现场总线PROFIBUS-DP 作为通信协议。主站模块通过PROFIBUS-DP 连接设备级分散的I/O模块。 NM系列的网络结构： 每个硬件系统由2 个冗余的主控制器模块和最多126 个从站I/O 模块组成，其中主控制器由主、从双机冗余配置，支持系统网冗余配置、控制网冗余配置，支持热插拔和掉电保护功能。I/O 模块支持控制网DP通信冗余。网络冗余包括通讯接口、总线接头、总线电缆等的冗余。NM系列核电控制系统通信协议结构如下图所示。
