工业通信协议Modbus,Profibus-DP,Devicenet和Ethernet.doc

1、工业通信协议 Modbus，Profibus- DP，Devicenet 和 Ethernet 工业通信协议 Modbus，Profibus-DP，Devicenet 和 Ethernet 目前在工业领域使用较为广泛的 RS485 接口，很多支持 Modbus，Profibus-DP ，Devicenet 和 Ethernet 这几种协议；不知道大家是否对这些协议有没有研究，小弟愿意与你一起切磋 切磋！ 还有那个 420mA，支持 HART 协议方面的！ 谢谢，互助合作，相互提高！ 通信协议 所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传 送速度、传送步骤、检纠错方式以及

2、控制字符定义等问题做出统一规定，通信 双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制规程，或称传输控制规程，它属于 ISOS OSI 七层参考模型中的数据链路层。 目前，采用的通信协议有两类：异步协议和同步协议。同步协议又有面向字符 和面向比特以及面向字节计数三种。其中，面向字节计数的同步协议主要用于 DEC 公司的网络体系结构中。 一、物理接口标准 1.串行通信接口的基本任务 （1）实现数据格式化：因为来自 CPU 的是普通的并行数据，所以，接口电路应 具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。在异步通信方式下，接口 自动生成起止式的帧数据格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待传送的 数据块前

3、加上同步字符。 （2）进行串并转换：串行传送，数据是一位一位串行传送的，而计算机处理 数据是并行数据。所以当数据由计算机送至数据发送器时，首先把串行数据转 换为并行数才能送入计算机处理。因此串并转换是串行接口电路的重要任务。 （3）控制数据传输速率：串行通信接口电路应具有对数据传输速率波特率 进行选择和控制的能力。 （4）进行错误检测：在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位 或其他校验码。在接收时，接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码，确定 是否发生传送错误。 （5）进行 TTL 与 EIA 电平转换：CPU 和终端均采用 TTL 电平及正逻辑，它们与 EIA 采用的电平及负逻辑

4、不兼容，需在接口电路中进行转换。 （6）提供 EIA-RS-232C 接口标准所要求的信号线：远距离通信采用 MODEM 时， 需要 9 根信号线；近距离零 MODEM 方式，只需要 3 根信号线。这些信号线由接 口电路提供，以便与 MODEM 或终端进行联络与控制。 2、串行通信接口电路的组成 为了完成上述串行接口的任务，串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯 片、波特率发生器、EIA 与 TTL 电平转换器以及地址译码电路组成。其中，串 行接口芯片，随着大规模继承电路技术的发展，通用的同步(USRT)和异步 （UART）接口芯片种类越来越多，如下表所示。它们的基本功能是类似的，都 能实现

5、上面提出的串行通信接口基本任务的大部分工作，且都是可编程的。才 用这些芯片作为串行通信接口电路的核心芯片，会使电路结构比较简单。 芯片 同步(USRT) 异步(UART)（起止式） 传输速率 b/s 面向字符 HDLC 同步 异步 INS8250 56K MC6850 1M MC6852 1.5M MC6854 1.5M Int8251A 64K 19.2K Int8273 64K Z-80 SIO 800K 3.有关串行通信的物理标准 为使计算机、电话以及其他通信设备互相沟通，现在，已经对串行通信建立了 几个一致的概念和标准，这些概念和标准属于三个方面：传输率，电特性，信 号名称和接口标准。

6、 1、传输率：所谓传输率就是指每秒传输多少位，传输率也常叫波特率。国际上 规定了一个标准波特率系列，标准波特率也是最常用的波特率，标准波特率系 列为 110、300、600、1200、4800、9600 和 19200。大多数 CRT 终端都能够按 110 到 9600 范围中的任何一种波特率工作。打印机由于机械速度比较慢而使传 输波特率受到限制，所以，一般的串行打印机工作在 110 波特率，点针式打印 机由于其内部有较大的行缓冲区，所以可以按高达 2400 波特的速度接收打印信 息。大多数接口的接收波特率和发送波特率可以分别设置，而且，可以通过编 程来指定。 2、RS-232-C 标准：RS

7、-232-C 标准对两个方面作了规定，即信号电平标准和控 制信号线的定义。RS-232C 采用负逻辑规定逻辑电平，信号电平与通常的 TTL 电平也不兼容，RS-232-C 将-5V-15V 规定为“1”，+5V+15V 规定为“0”。 图 1 是 TTL 标准和 RS-232-C 标准之间的电平转换。 图 1 二、软件协议 1.OSI 协议和 TCP/IP 协议 图 2 （1）OSI 协议 OSI 七层参考模型不是通讯标准，它只给出一个不会由于技术发展而必须修改 的稳定模型，使有关标准和协议能在模型定义的范围内开发和相互配合。 一般的通讯协议只符合 OSI 七层模型的某几层，如： EIA-RS

8、-232-C：实现了物 理层。 IBM 的 SDLC（同步数据链路控制规程）：数据链路层。ANSI 的 ADCCP（先进数据通讯规程）：数据链路层 IBM 的 BSC（二进制同步通讯协议）： 数据链路层。应用层的电子邮件协议 SMTP 只负责寄信、POP3 只负责收信。 （2）TCP/IP 协议 实现了五层协议。 （1）物理层：对应 OSI 的物理层。 （2）网络接口层：类似于 OSI 的数据链路层。 （3）Internet 层：OSI 模型在 Internet 网使用前提出，未考虑网间连接。 （4）传输层：对应 OSI 的传输层。 （5）应用层：对应 OSI 的表示层和应用层。 2.串行通信

9、协议 串行通信协议分同步协议和异步协议。 （1）异步通信协议的实例起止式异步协议 图 3 特点与格式： 起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输，并且传送一个字符总是以起 始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。其格式如图 3 所示。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平，逻辑值 0），字符本身有 57 位数据位组成，接着字符后面是一位校验位（也可以没有校验位），最后 是一位，或意味半，或二位停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位 和空闲位都规定为高电平（逻辑值），这样就保证起始位开始处一定有一个下 跳沿。 从图中可以看出，这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同

10、步的， 故称为起始式协议。传送时，数据的低位在前，高位在后，图 4 表示了传送一 个字符 E 的 ASCAII 码的波形 1010001。当把它的最低有效位写到右边时，就是 E 的 ASCII 码 1000101=45H。 图 4 起止位的作用：起始位实际上是作为联络信号附加进来的，当它变为低电平 时，告诉收方传送开始。它的到来，表示下面接着是数据位来了，要准备接收。 而停止位标志一个字符的结束，它的出现，表示一个字符传送完毕。这样就为 通信双方提供了何时开始收发，何时结束的标志。传送开始前，发收双方把所 采用的起止式格式（包括字符的数据位长度，停止位位数，有无校验位以及是 奇校验还是偶校验等

11、）和数据传输速率作统一规定。传送开始后，接收设备不 断地检测传输线，看是否有起始位到来。当收到一系列的“1”（停止位或空闲 位）之后，检测到一个下跳沿，说明起始位出现，起始位经确认后，就开始接 收所规定的数据位和奇偶校验位以及停止位。经过处理将停止位去掉，把数据 位拼装成一个并行字节，并且经校验后，无奇偶错才算正确的接收一个字符。 一个字符接收完毕，接收设备有继续测试传输线，监视“0”电平的到来和下一 个字符的开始，直到全部数据传送完毕。 由上述工作过程可看到，异步通信是按字符传输的，每传输一个字符，就用起 始位来通知收方，以此来重新核对收发双方同步。若接收设备和发送设备两者 的时钟频率略有偏

12、差，这也不会因偏差的累积而导致错位，加之字符之间的空 闲位也为这种偏差提供一种缓冲，所以异步串行通信的可靠性高。但由于要在 每个字符的前后加上起始位和停止位这样一些附加位，使得传输效率变低了， 只有约 80%。因此，起止协议一般用在数据速率较慢的场合（小于 19.2kbit/s）。在高速传送时，一般要采用同步协议。 （2）面向字符的同步协议 特点与格式：这种协议的典型代表是 IBM 公司的二进制同步通信协议(BSC）。 它的特点是一次传送由若干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符，并 规定了 10 个字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信 息，它们也叫做通信控制字。由于

13、被传送的数据块是由字符组成，故被称作面 向字符的协议。 特定字符（控制字符）的定义：由上面的格式可以看出，数据块的前后都加了 几个特定字符。SYN 是同步字符(synchronous Character），每一帧开始处都 有 SYN，加一个 SYN 的称单同步，加两个 SYN 的称双同步设置同步字符是起联 络作用,传送数据时,接收端不断检测,一旦出现同步字符,就知道是一帧开始了。 接着的 SOH 是序始字符（Start Of Header），它表示标题的开始。标题中包括 院地址、目的地址和路由指示等信息。STX 是文始字符(Start Of Text），它 标志着传送的正文（数据块）开始。数据

14、块就是被传送的正文内容，由多个字 符组成。数据块后面是组终字符 ETB（End Of Transmission Block）或文终字 符 ETX(End Of Text)，其中 ETB 用在正文很长、需要分成若干个分数据块、分 别在不同帧中发送的场合，这时在每个分数据块后面用文终字符 ETX。一帧的 最后是校验码，它对从 SOH 开始到 ETX（或 ETB）字段进行校验，校验方式可以 是纵横奇偶校验或 CRC。另外，在面向字符协议中还采用了一些其他通信控制 字，它们的名称如下表所示： 名 称 ASCII EBCDIC 序始(SOH) 0000001 00000001 文始（STX) 00000

15、10 00000010 组终(ETB) 0010111 00100110 文终（ETX) 0000011 00000011 同步(SYN) 0010110 00110010 送毕(EOT) 0000100 00110111 询问(ENQ) 0000101 00101101 确认(ACK) 0000110 00101110 否认（NAK) 0010101 00111101 转义(DLE) 0010000 00010000 数据透明的实现：面向字符的同步协议，不象异步起止协议那样，需要在每个 字符前后附加起始和停止位，因此，传输效率提高了。同时，由于采用了一些 传输控制字，故增强了通信控制能力和校

16、验功能。但也存在一些问题，例如， 如何区别数据字符代码和特定字符代码的问题，因为在数据块中完全有可能出 现与特定字符代码相同的数据字符，这就会发生误解。比如正文有个与文终字 符 ETX 的代码相同的数据字符，接收端就不会把它当作为普通数据处理，而误 认为是正文结束，因而产生差错。因此，协议应具有将特定字符作为普通数据 处理的能力，这种能力叫做“数据透明”。为此，协议中设置了转移字符 DLE(Data Link Escape)。当把一个特定字符看成数据时，在它前面要加一个 DLE，这样接收器收到一个 DLE 就可预知下一个字符是数据字符，而不会把它当 作控制字符来处理了。DLE 本身也是特定字符

17、，当它出现在数据块中时，也要 在它前面加上另一个 DLE。这种方法叫字符填充。字符填充实现起来相当麻烦， 且依赖于字符的编码。正是由于以上的缺点，故又产生了新的面向比特的同步 协议。 （3）面向比特的同步协议 特点与格式：面向比特的协议中最具有代表性的是 IBM 的同步数据链路控制规 程 SDLC（Synchronous Data Link Control),国际标准化组织 ISO(International Standard Organization）的高级数据链路控制规程 HDLC（High Level Data link Control),美国国家标准协会(Americal Nation

18、al Standard Institute)的先进数据通信规程 ADCCP(Advanced Data Communication Control Procedure)。这些协议的特点是所传输的一帧数据可 以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开 始和结束，故称“面向比特”的协议。这中协议的一般帧格式如图 5 所示： 图 5 帧信息的分段：由图 5 可见，SDLC/HDLC 的一帧信息包括以下几个场(Filed）， 所有场都是从有效位开始传送。 （1）SDLC/HDLC 标志字符：SDLC/HDLC 协议规定，所有信息传输必须以一个标 志字符开始，且以同一个字符结束

19、。这个标志字符是 01111110，称标志场(F)。 从开始标志到结束标志之间构成一个完整的信息单位，称为一帧(Frame)。所有 的信息是以帧的形传输的，而标志字符提供了每一帧的边界。接收端可以通过 搜索“01111110”来探知帧的开头和结束，以此建立帧同步。 （2）地址场和控制场：在标志场之后，可以有一个地址场 A(Address）和一个 控制场 C(Control)。地址场用来规定与之通信的次站的地址。控制场可规定若 干个命令。SDLC 规定 A 场和 C 场的宽度为 8 位或 16 位。接收方必须检查每个 地址字节的第一位，如果为“0”，则后面跟着另一个地址字节；若为“1”， 则该字

20、节就是最后一个地址字节。同理，如果控制场第一个字节的第一位为为 “0”，则还有第二个控制场字节，否则就只有一个字节。 （3）信息场：跟在控制场之后的是信息场 I(Information)。I 场包含有要传送 的数据，并不是每一帧都必须有信息场。即数据场可以为 0，当它为 0 时，则 这一帧主要是控制命令。 （4）帧校验信息：紧跟在信息场之后的是两字节的争校验，帧校验场称为 FC(Frame Check)场或称为帧校验序列 FCS(Frame check Squence)。SDLC/HDLC 均采用 16 位循环冗余校验码 CRC（Cyclic Redundancy Code)。除了标志场和 自

21、动插入的“0”以外，所有的信息都参加 CRC 计算。 实际应用时的两个技术问题： （1）“0”位插入/删除：如上所述，SDLC/HDLC 协议规定以 01111110 为标志 字节，但在信息场中也完全有可能有同一种模式的字符，为了把它与标志区分 开来，所以采取了“0”位插入和删除技术。具体作法是发送端在发送所有信息 （除标志字节外）时，只要遇到连续 5 个“1”，就自动插入一个“0”，当接 收端在接收数据时（除标志字节）如果连续收到 5 个“1”，就自动将其后的一 个“0”删除是，以恢复信息的原有形式。这种“0”位的插入和删除过程是由 硬件自动完成的。 （2）SDLC/HDLC 异常结束：若在

22、发送过程中出现错误，则 SDLC/HDLC 协议常用 异常结束(Abort)字符，或称为失效序列使本帧作废。在 HDLC 规程中，7 个连 续的“1”被作为失效字符，而在 SDLC 中失效字符是 8 个连续的“1”。当然在 试销序列中不使用“0”位插入/删除技术。SDLC/HDLC 协议规定，在一帧之内 不允许出现数据间隔。在两帧之间，发送器可以连续输出标志字符序列，也可 以输出连续的高电平，它被称为空闲（Idle)信号。 IEC 61158 8 种类型现场总线 IEC 61158 标准包括 8 种类型的现场总线，构成了 8 种现场总线控制系统 体系结构。 31 Type 1 现场总路线 19

23、99 年 1 季度出版的 IEC 61158 TS 技术规范全面定义的现场总线称作 Type 1 现场总线。该现场总线的网络协议是按照 ISO OSI 参考模型建立的，它 由物理层、数据链路层、应用层，以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用 而增加的用户层组成。 32 Type 2 现场总线 Type 2 现场总线得到 Contro1Net International(CI)组织的支持。 ContrlNet 的基础技术最早于 1995 年面世。该总线网络是一种用于对信息传送 有时间苛刻要求的、高速确定性网络，同时，它允许传送无时间苛求的报文数 据。由 Type 2 现场总线构成的系统结构可以看

24、出，从工厂到设备的五层结构简 化为信息层（ethernet）、控制层（controlNet）和现场层（deviceNet）三层 结构。 33 Type 3 现场总线 Type 3 现场总线得到 Profibus 用户组织 PNO 的支持，德国西门子公司则 是 Profibus 产品的主要供应商。由该总线构成的系统体系结构可以看出，通 信网络体系结构共分 4 级，最低一级执行器/变送器级采用 ASI 位总线（IEC TC17B 标准），现场一级采用 Profilbus-DP 现场总线，车间单元一级采用 Profibus-FMS 总线，工厂一级使用工业 Ethernet 网络。 34 Type 4

25、 现场总线 Type 4 现场总线由丹麦 Process-Data Sikebory Aps 从 1983 年开始开发， 主要应用于啤酒、食品、农业和饲养业，现已成为 EN50170 欧洲标准的第 1 部 分。它得到 PNET（Process automation Net）用户组织的支持，在现场大约 有 5000 个应用系统。 35 Type 5 现场总线 Type 5 现场总线即为 IEC 定义的 H2 总线，它由 Fieldbus Foundation(FF) 组织负责开发，并于 1998 年决定全面采用已广泛应用于 IT 产业的高速以太网 （highspeed ethernet HSE）

26、标准。该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从 100Mbps 到 1Gbps 或更高。HSE 完全支持 Type 1 现场总线的各项功能，诸如功能块和装置描述语言等，并允许基于以太网的装 置通过一种连接装置与 H1 装置相连接。连接到一个连接装置上的 H1 装置无须 主系统的干予就可以进行对等层通信。连接到一个连接装置上的 H1 装置同样无 须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的 H1 装置直接进行通信。 HSE 总线成功地采用 CSMA/CD 链路控制协议和 TCP/IP 传输协议，并使用了 高速以太网 IEEE802.3 标准的最新技术。 36 Type

27、6 现场总线 Type 6 Swiftnet 现场总线由美国 SHIP STAR 协会主持制定，得到美国波 音公司的支持，主要用于航空和航天等领域。该总线是一种结构简单、实时性 高的总线，协议仅包括物理层和数据链路层，在标准中没有定义应用层。 37 Type 7 现场总线 成立于 1987 年的 WorldFIP 协会制定并大力推广 Type 7 现场总线。 WorldFIP 协议是 EN50170 欧洲标准的第 3 部分，物理层采用 IEC 61158.2 标准， 其产品在法国占有 60%市场，在欧洲市场占有大约 25%份额。它们广泛用于发电 与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化

28、等领域。 38 Type 8 现场总线 Type 8 现场总线由德国 Phoenix Contact 公司开发，Interbus Club 俱乐 部支持。它是一种串行总线系统，适用于分散输入/输出，以及不同类型控制系 统间的数据传输。协议包括物理层、数据链路层和应用层，它已成为德国 DIN19258 标准。 4市场和技术发展需要单一的现场总线 5现场总线转向 Ethernet 网络 Ethernet 网络出现于 1975 年，随后 3 COM 公司致力于使以太网的使用成 为一个多供应商标准。1990 年国际标准化组织采纳了其 1982 年定的标准，正 式成为 ISO/IEC802.3 国际标准

29、。Ethernet 从最初 10Mbps 以太网，过渡到 100Mbps 快速以太网和交换式以太网，直至发展到今天的千兆以太网和光纤以 太网。可以说，开放的 Ethernet 是 20 多年来发展最成功的网络技术，并导致 了一场信息技术的革命。 过去一直认为，Ethernet 是为 IT 领域应用而开发的，在工业自动化领域 只能得到有限应用，这是由于： Ethernet 采用 CSMA/CD 碰撞检测方式，在网络负荷较重（大约 40%）时， 网络的确定性（determinism）不能满足工业控制的实时要求； Ethernet 所用的接插件（connector）、集线器（hub）、交换机 （sw

30、itches）和电缆（cable）等是为办公室应用而设计的，不符合工业现场恶 劣环境的要求； 在工厂环境中，Ethernet 抗干扰（EMI）性能较差。若用于危险场合， 以太网不具备本质安全性能； Ethernet 网还不具备通过信号线向现场仪表供电的性能。 随着网络技术的发展，上述问题正在讯速得到解决。为了促进 Ethernet 在 工业领域的应用，国际上成立了工业以太网协会（Industrial Ethernet Association），并与美国 ARC Advisory Group、AMR Research 研究中心和 Gartner Group 等机构合作开展工业以太网关键技术的研究

31、。加上各大网络公 司、自动化公司（如西门子公司）等的努力，可以预见，象当年 PC 进入工业自 动化领域一样，Ethernet/IP 将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络 匈奴未灭！： 引用 加为好友 发送留言 2005-6-8 14:57:00 当前流行的几类现场总线 531 基金会现场总线 FF 基金会现场总线 FF 是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景 的一种技术。其前身是以美国 FisherRosemount 公司为首，联合 Foxboro、 横河、ABB、西门子等 80 家公司制定的 ISP 协议和以 Honeywell 公司为首，联 合欧洲等地 150 家公司制定的

32、World FIP 协议。这两大集团于 1994 年 9 月合并， 成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。 基金会现场总线分为 H1 和高速 H2 两种通信速率。H1 的传输速率为 31.25Kbps，通信距离可达 1.9km，可支持总线供电和本质安全防暴环境。H2 的 传输速率可为 1Mbps 和 2.5Mbps 两种，通信距离为 750m 和 500m。物理传输介 质可为双绞线、光缆和无线，其传输信号采用曼切斯特编码。基金会现场总线 以 ISO/OSI 开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为 FF 通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。用户层

33、主要针对自动化测 控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的 功能块集。FF 总线包括 FF 通信协议、ISO 模型中的 27 层通信协议的通栈、 用于描述设备特性及操作接口的 DDL 设备描述语言、设备描述字典，用于实现 测量、控制、工程量转换的应用功能块，实现系统组态管理功能的系统软件技 术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。 532 CAN 总线 CAN 总线最早是由德国 Bosch 公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间 的数据通信协议。其总线规范已被 ISO 国际标准组织制定为国际标准，并且广 泛应用于离散控制领域。它也是基于 OSI 模型，但

34、进行了优化，采用了其中的 物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。其节点有优先级设定，支持点 对点、一点对多点、广播模式通信。各节点可随时发送消息。传输介质为双绞 线，通信速率与总线长度有关。CAN 总线采用短消息报文，每一帧有效字节数 为 8 个；当节点出错时，可自动关闭，抗干扰能力强，可靠性高。 533 LonWorks 总线 LonWorks 技术是美国 ECHELON 公司开发，并与 Motorola 和东芝公司共同倡 导的现场总线技术。它采用了 OSI 参考模型全部的七层协议结构。LonWorks 技 术的核心是具备通信和控制功能的 Neuron 芯片。Neuron 芯片实现完整的

35、 LonWorks 的 LonTalk 通信协议。其上集成有三个 8 位 CPU。一个 CPU 完成 OSI 模型第一和第二层的功能，称为介质访问处理器。一个 CPU 是应用处理器， 运行操作系统与用户代码。还有一个 CPU 为网络处理器，作为前两者的中介， 它进行网络变量寻址、更新、路径选择、网络通信管理等。由神经芯片构成的 节点之间可以进行对等通信。LonWorks 支持多种物理介质并支持多种拓扑结构， 组网方式灵活，其 IS78 本安物理通道使得它可以应用于危险区域。LonWorks 应用范围主要包括楼宇自动化、工业控制等，在组建分布式监控网络方面有较 优越的性能。 534 PROFIB

36、US 总线 PROFIBUS 是符合德国国家标准 DIN19245 和欧洲标准 EN50179 的现场总线， 包括 PROFIBUSDP、PROFIBUSFMS、PROFIBUSPA 三部分。它也只采用了 OSI 模型的物理层、数据链路层、应用层。PROFIBUS 支持主从方式、纯主方式、 多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总 线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。PROFIBUSDP 用 于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域。FMS 型适用于纺织、 楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。而 PA 型则是用于过程自动化的总线 类型。

37、PROFIBUS 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。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周 期性 用户数据传输外，PROFIBUS-Dp 还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组 态诊断和报警处理。 传输技术：RS485 双绞线双线电缆或光缆。波特率从 9.6K bit/s 到 12M bit/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。 总线上最站点（主从设备）数为 126。 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

38、据传送。 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。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步。 功能：DP 主站和 DP 从站间的循环用户有数据传送。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，三级诊断诊断信息。输入或 输出的同步。通 过总线给 DP 从站赋予地址。通过部线对 DP 主站（DPM1）进行配置，每 DP 从站的输入 和输出数据最大为 246 字节。 可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离 HD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

39、据传送监视。 设备类型：第二类 DP 主站（DPM2）是可进行编程组态诊断的设备。第一类 DP 主站（DPM1）是中央可编程控制器，如 PLCPC 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。 （） PROFIBUS DP 基本特征 速率：在一个有着 32 个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP 对所有站点传送 512 bit/s 输入和 512bit/s 输出，在 12bit/s 时只需毫秒。 诊断功能：经过扩展的 PROFIBUS-DP 诊断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： （本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高压力

40、过低。 （模块诊断操作：一个站点的某具体 I/O 模块故障。 （通过诊断操作：一个单独输入输出位的故障。 （）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。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。每个 PROFIBUS-DP 系统可包括以 下三种坏同类型设备： 一级 DP 主站（DPM1）：一级 DP 主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散 的站（如 DP 从站）交换信息。典型的 DPM1 如 PLC 或 PC。 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

41、 系 统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。 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（IO 设备驱 动器HMI阀门等） 。 单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。 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 DPMI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 DP 主站允许对 DP 从站写入数据。 （） 系统行为 系统行为主要取决于 DPM1 的操作状态，这此状态由本地或总线的配置设备所控制。 主要有以下三种状态： （停止：在这种状态下，DPM

42、1 和 DP 从站之间没有数据传输。 （清除：在这种状态下，DPM1 读取 DP 从站的输入信息并使输出信息保持在故障安 全状态。 （运行：在这种状态下，DPM1 处于数据传输阶段,循环数据通信时，DPM1 从 DP 站 读取输入信息并向从站写入输出信息。 DPM1 设备在一个预先设定的时间间隔内，以有选择的广播方式将其本地状态周期 性地发送到每一个有关的 DP 从站。 如果在 DPM1 的数据传输阶段中发生错误，DPM1 将所有有关的 DP 从站的输出数 据立即转入清除状态，而 DP 从站将不在发送用户数据。在次之后,DPM1 转入清除状态。 （） DPM1 和 DP 从站间的循环数据传输

43、DPM1 和相关 DP 从站之间的用户数据传输是由 DPM1 按照确定的递归顺序自动进行。 在对总线系统进行组态时，用户对 DP 从站与 DPM1 的关系作出规定，确定哪些 DP 从站 被纳入信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。 DMP1 和 DP 从站之间的数据传送分三个阶段：参数设定组态数据交换。在参数 设定阶段，每个从站将自己的实际组态数据与从 DPM1 接受到的组态数 据进行比较。只有当实际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。因此，设备类型数据格式长度以及输入输出数量必须与实际组态 一致。 （） DPM1 和系统组态设备间的循环数据传输 除主从功能外，PR

44、OFIBUSDP 允许主主之间的数据通信，这些功能使组态和诊 断设备通过总线对系统进行组态。 （） 同步和锁定模式 除 DPM1 设备自动执行的用户数据循环传输外，DP 主站设备也可向单独的 DP 从 站一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令通过有选择的广播命令发送的。使 用这一功能将打开 DP 从站的同及锁定模式，用于 DP 从站的事件控制同步。 主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在这种模式中，所编址的从站输出 数据锁定在当前状态下。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，但它的输出状态保持不变；当接收到下一同步命令时，所存储的输出数 据才发送到外围设备上。

45、用户可通过非同步命令退出同步模式。 锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。锁定模式将从站的输入数据锁定在当前 状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以更新。用户可以通过非锁定命令退出锁模 式。 （） 保护机制 对 DP 主站 DPM1 使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视。每个从站都采用 独立的控制定时器。在规定的监视间隔时间中，如数据传输发生差错，定 时器就会超时。一旦发生超时，用户就会得到这个信息。如果错误自动反应功能“使能” ，DPM1 将脱离操作状态，并将所有关联从站的输出置于故障安全状态， 并进入清除状态。 2.扩展 DP 功能 DP 扩展功能是对 DP 基本功能的补充，与

46、 DP 基本功能兼容。 （） DPM1 与 DP 从站间非循环的数据传输。 （） 带 DDLM 读和 DDLM 写的非循环读写功能，可 读写从站任何希望数据。 （） 报警响应，DP 基本功能允许 DP 从站用诊断信息向主站自发地传输事件，而 新增的 DDLMALAMACK 功能被用来直接响应从 DP 从站上接收的报警数据。 （） DPM2 与从站间的非循环的数据传输。 3电子设备数据文件（GSD） 为了将不同厂家生产的 PROFIBUS 产品集成在一起，生产厂家必须以 GSD 文件（电 子设备数据库文件）方式将这些品的功能参数（如 IO 点数诊断 信息波特率时间监视等） 。标准的 GSD 数据

47、将通信扩大到操作员控制级。使用根 据 GSD 所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。 GSD 文件可分为三个部分： （1）总规范：包括了生产厂商和设备名称硬件和软件版本波特率监视时间间 隔总线插头指定信号。 （2）与 DP 有关的规范：包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数上装下装 能力。 （3）与 DP 从站有关的规范：包括了与从站有关的一切规范，如输入输出通道 数类型诊断数据等。 4PROFIBUS-DP 行规 PROFIBUSDP 协议明确规定了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的含 义是在 PROFIBUS 行规中具体说明的。另外，行规还具体规定了 PRO

48、FIBUS DP 如何用于应用领域。使用行规可使不同厂商所生产的不同设备互换使用，而工厂 操作人员毋须关心两者之间的差异。因为与应用有关的含义在行规中均作了精 确的规定说明。下面是 PROFIBUSDP 行规，括弧中数字是文件编号： （） NCRC 行规（3.052） （） 编码器行规（3.062） （） 变速传动行规（3.071） （） 操作员控制和过程监视行规（HMI） Profibus 是作为德国国家标准 DIN 19245 和欧洲标准 prEN 50170 的现场总线。ISO/OSI 模 型也是它的参考模型。由 Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-P

49、A 组成了 Profibus 系列。 DP 型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS 意为现场信息规 范， 适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而 PA 型则是用 于过程自动化的总线类型，它遵从 IEC1158-2 标准。该项技术是由西门 子公司为主的十几 家德国公司、研究所共同推出的。它采用了 OSI 模型的物理层、数据链路层，由这两部分 形成了其标准第一部分的子集，DP 型隐去了 37 层，而增加了直接数据连接拟合作为用 户接口，FMS 型只隐去第 36 层，采用了应用层，作为标准的第二部分。PA 型的标准目 前还处于制定过程之中，其传输 技术遵从 IEC1158-2 (1 )标准，可实现总线供电与本质安 全防爆。 Porfibus 支持主从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具 有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之 间采用令牌方式传递信 息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间