現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及Profibus的概念以及相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)

圖2-6：Profibus-DP用戶數(shù)據(jù)傳輸

2.3.1.4DPM1和DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸
DPM1和相關(guān)DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動(dòng)進(jìn)行。在對(duì)總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時(shí)，用戶對(duì)DP從站與DPM1的關(guān)系作出規(guī)定，確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期，哪些被排斥在外。
DPM1和DP從站間的數(shù)據(jù)傳送分三個(gè)階段：參數(shù)設(shè)定、組態(tài)、數(shù)據(jù)交換。在參數(shù)設(shè)定階段，每個(gè)從站將自己的實(shí)際組態(tài)數(shù)據(jù)與從DPM1接受到的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。只有當(dāng)實(shí)際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時(shí)，DP從站才進(jìn)入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設(shè)備類(lèi)型、數(shù)據(jù)格式、長(zhǎng)度以及輸入輸出數(shù)量必須與實(shí)際組態(tài)一致。
2.3.1.5DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸
除主—從功能外，Profibus-DP允許主—主之間的數(shù)據(jù)通信，這些功能使組態(tài)和診斷設(shè)備通過(guò)總線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。
2.3.1.6同步和鎖定模式
除DPM1設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行的用戶數(shù)據(jù)循環(huán)傳輸外，DP主站設(shè)備也可向單獨(dú)的DP從站、一組從站或全體從站同時(shí)發(fā)送控制命令。這些命令通過(guò)有選擇的廣播命令發(fā)送的。使用這一功能將打開(kāi)DP從站的同步及鎖定模式，用于DP從站的事件控制同步。
主站發(fā)送同步命令后，所選的從站進(jìn)入同步模式。在這種模式中，所編址的從站輸出數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下。在這之后的用戶數(shù)據(jù)傳輸周期中，從站存儲(chǔ)接收到輸出的數(shù)據(jù)，但它的輸出狀態(tài)保持不變；當(dāng)接收到下一同步命令時(shí)，所存儲(chǔ)的輸出數(shù)據(jù)才發(fā)送到外圍設(shè)備上。用戶可通過(guò)非同步命令退出同步模式。
鎖定控制命令使得編址的從站進(jìn)入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下，直到主站發(fā)送下一個(gè)鎖定命令時(shí)才可以更新。用戶可以通過(guò)非鎖定命令退出鎖定模式。
2.3.1.7保護(hù)機(jī)制
對(duì)DP主站DPM1使用數(shù)據(jù)控制定時(shí)器對(duì)從站的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行監(jiān)視。每個(gè)從站都采用獨(dú)立的控制定時(shí)器。在規(guī)定的監(jiān)視間隔時(shí)間中，如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯(cuò)，定時(shí)器就會(huì)超時(shí)。一旦發(fā)生超時(shí)，用戶就會(huì)得到這個(gè)信息。如果錯(cuò)誤自動(dòng)反應(yīng)功能“使能”，DPM1將脫離操作狀態(tài)，并將所有關(guān)聯(lián)從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，并進(jìn)入清除狀態(tài)。
對(duì)DP從站使用看門(mén)狗控制器檢測(cè)主站和傳輸線路故障。如果在一定的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有主機(jī)的數(shù)據(jù)通信，從站自動(dòng)將輸出進(jìn)入故障安全狀態(tài)。
2.3.2擴(kuò)展DP功能
DP擴(kuò)展功能是對(duì)DP基本功能的補(bǔ)充，與DP基本功能兼容。
2.3.2.1DPM1與DP從站間的擴(kuò)展數(shù)據(jù)通信
(1)DPM1與DP從站間非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。
(2)帶DDLM讀和DDLM寫(xiě)的非循環(huán)讀/寫(xiě)功能，可讀寫(xiě)從站任何希望數(shù)據(jù)。
(3)報(bào)警響應(yīng)，DP基本功能允許DP從站用診斷信息向主站自發(fā)地傳輸事件，而新增的DDLM-ALAM-ACK功能被用來(lái)直接響應(yīng)從DP從站上接收的報(bào)警數(shù)據(jù)。
(3)DPM2與從站間的非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。
2.3.3電子設(shè)備數(shù)據(jù)文件（GSD）
為了將不同廠家生產(chǎn)的Profibus產(chǎn)品集成在一起，生產(chǎn)廠家必須以GSD文件（電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件）方式提供這些產(chǎn)品的功能參數(shù)（如I/O點(diǎn)數(shù)、診斷信息、波特率、時(shí)間監(jiān)視等）。標(biāo)準(zhǔn)的GSD數(shù)據(jù)將通信擴(kuò)大到操作員控制級(jí)。使用根據(jù)GSD文件所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中。如圖2-7所示。

圖2-7：基于GSD文件開(kāi)放式組態(tài)

GSD文件可分為三個(gè)部分：
(1)總規(guī)范：包括了生產(chǎn)廠商和設(shè)備名稱(chēng)、硬件和軟件版本、波特率、監(jiān)視時(shí)間間隔、總線插頭指定信號(hào)。
(2)與DP有關(guān)的規(guī)范：包括適用于主站的各項(xiàng)參數(shù)，如允許從站個(gè)數(shù)、上裝/下裝能力。
(3)與DP從站有關(guān)的規(guī)范：包括了與從站有關(guān)的一切規(guī)范，如輸入/輸出通道數(shù)、類(lèi)型、診斷數(shù)據(jù)等。
2.3.4Profibus—DP行規(guī)
Profibus—DP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞，但用戶數(shù)據(jù)的含義是在PROFIBUS行規(guī)中具體說(shuō)明的。另外，行規(guī)還具體規(guī)定了PROFIBUS—DP如何用于應(yīng)用領(lǐng)域。使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設(shè)備互換使用，而工廠操作人員毋須關(guān)心兩者之間的差異，因?yàn)榕c應(yīng)用有關(guān)的參數(shù)含義在行規(guī)中均作了精確的規(guī)定說(shuō)明。下面是PROFIBUS-DP行規(guī)，括弧中數(shù)字是文件編號(hào)：
·NC/RC行規(guī)（3.052）
·編碼器行規(guī)（3.062）
·變速傳動(dòng)行規(guī)（3.071）
·操作員控制和過(guò)程監(jiān)視行規(guī)（HMI）
2.4Profibus-PA
Profibus—PA適用于PROFIBUS的過(guò)程自動(dòng)化。PA將自動(dòng)化系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)與壓力、溫度和液位變送器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來(lái)，PA可用來(lái)替代4—20mA的模擬技術(shù)。PROFIBUS—PA具有如下特性：
(1)適合過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用的行規(guī)使不同廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有互換性。
(2)增加和去除總線站點(diǎn)，即使在本征安全地區(qū)也不會(huì)影響到其它站。
(3)在過(guò)程自動(dòng)化的Profibus—PA段與制造業(yè)自動(dòng)化的PROFIBUS—DP總線段之間通過(guò)藕合器連接，并使可實(shí)現(xiàn)兩段間的透明通信。
(4)使用與IEC1158—2技術(shù)相同的雙絞線完成遠(yuǎn)程供電和數(shù)據(jù)傳送。
(5)在潛在的爆炸危險(xiǎn)區(qū)可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。
2.4.1Profibus—PA傳輸協(xié)議
Profibus—PA采用PROFIBUS—DP的基本功能來(lái)傳送測(cè)量值和狀態(tài)。并用擴(kuò)展的PROFIBUS—DP功能來(lái)制訂現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)和進(jìn)行設(shè)備操作。PROFIBUS—PA第一層采用IEC1158—2技術(shù)，第二層和第一層之間的接口在DIN19245系列標(biāo)準(zhǔn)的第四部分作出了規(guī)定。
2.4.2Profibus—PA設(shè)備行規(guī)
Profibus—PA行規(guī)保證了不同廠商所生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互換性和互操作性，它是PROFIBUS—PA的一個(gè)組成部分。PA行規(guī)的任務(wù)是選用各種類(lèi)型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備真正需要通信的功能，并提供這些設(shè)備功能和設(shè)備行為的一切必要規(guī)格。
目前，PA行規(guī)已對(duì)所有通用的測(cè)量變送器和其它選擇的一些設(shè)備類(lèi)型作了具體規(guī)定，這些設(shè)備如：
·測(cè)壓力、液位、溫度和流量的變送器
·數(shù)字量輸入和輸出
·模擬量輸入和輸出
·閥門(mén)
·定位器
2.5Profibus-FMS
Profibus—FMS的設(shè)計(jì)旨在解決車(chē)間監(jiān)控級(jí)通信。在這一層，可編程序控制器（如PLC、PC機(jī)等）之間需要比現(xiàn)場(chǎng)層更大量的數(shù)據(jù)傳送，但通信的實(shí)時(shí)性要求低于現(xiàn)場(chǎng)層。
2.5.1Profibus-FMS應(yīng)用層
應(yīng)用層提供了供用戶使用的通信服務(wù)。這些服務(wù)包括訪問(wèn)變量、程序傳遞、事件控制等。Profibus—FMS應(yīng)用層包括下列兩部分：
·現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范（FieldbusMessageSpecification-FMS）：描述了通信對(duì)象和應(yīng)用服務(wù)。
·低層接口(LowerLayerInterface-LLI)：FMS服務(wù)到第二層的接口。
2.5.2Profibus-FMS通信模型
Profibus—FMS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。在應(yīng)用過(guò)程中，可用來(lái)通信的那部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備稱(chēng)虛擬設(shè)備VFD（VirtualfieldDevice）。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與VFD之間設(shè)立一個(gè)通信關(guān)系表。通信關(guān)系表是VFD通信變量的集合，如零件數(shù)、故障率、停機(jī)時(shí)間等。VFD通過(guò)通信關(guān)系表完成對(duì)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信。
2.5.3通信對(duì)象與通信字典（OD）
(1)FMS面向?qū)ο笸ㄐ?，它確認(rèn)5種靜態(tài)通信對(duì)象：簡(jiǎn)單變量、數(shù)組、記錄、域和事件，還確認(rèn)2種動(dòng)態(tài)通信對(duì)象：程序調(diào)用和變量表。
(2)每個(gè)FMS設(shè)備的所有通信對(duì)象都填入對(duì)象字典（OD）。對(duì)簡(jiǎn)單設(shè)備，OD可以予定義，對(duì)復(fù)雜設(shè)備，OD可以本地或遠(yuǎn)程通過(guò)組態(tài)加到設(shè)備中去。靜態(tài)通信對(duì)象進(jìn)入靜態(tài)對(duì)象字典，動(dòng)態(tài)通信對(duì)象進(jìn)入動(dòng)態(tài)通信字典。每個(gè)對(duì)象均有一個(gè)唯一的索引，為避免非授權(quán)存取，每個(gè)通信對(duì)象可選用存取保護(hù)。
2.5.4Profibus-FMS服務(wù)
FMS服務(wù)項(xiàng)目是ISO9506制造信息規(guī)范MMS（ManufacturingMessageSpecification）服務(wù)項(xiàng)目的子集。這些服務(wù)項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用中已被優(yōu)化，而且還加上了通信對(duì)象的管理和網(wǎng)絡(luò)管理。
Profibus—FMS提供大量的管理和服務(wù)，滿足了不同設(shè)備對(duì)通信提出的廣泛需求，服務(wù)項(xiàng)目的選用取決于特定的應(yīng)用，具體的應(yīng)用領(lǐng)域在FMS行規(guī)中規(guī)定。
2.5.5低層接口（LLI）
第七層到第二層服務(wù)的映射由LLI來(lái)解決，其主要任務(wù)包括數(shù)據(jù)流控制和聯(lián)接監(jiān)視。用戶通過(guò)稱(chēng)之為通信關(guān)系的邏輯通道與其他應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行通信。FMS設(shè)備的全部通信關(guān)系都列入通信關(guān)系表CRL(CommunicationRelationshipList)。每個(gè)通信關(guān)系通過(guò)通信索引（CREF）來(lái)查找，CRL中包含了CREF和第二層及LLI地址間的關(guān)系。
2.5.6網(wǎng)絡(luò)管理
FMS還提供網(wǎng)絡(luò)管理功能，有由現(xiàn)場(chǎng)總線管理層第七層來(lái)實(shí)現(xiàn)。其主要功能有：上、下關(guān)系管理、配置管理、故障管理等。
2.5.7Profibus-FMS行規(guī)
FMS提供了范圍廣泛的功能來(lái)保證它的普遍應(yīng)用。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，具體需要的功能范圍必須與具體應(yīng)用要求相適應(yīng)。設(shè)備的功能必須結(jié)合應(yīng)用來(lái)定義。這些適應(yīng)性定義稱(chēng)之為行規(guī)。行規(guī)提供了設(shè)備的可互換性，保證不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備具有相同的通信功能。FMS對(duì)行規(guī)做了如下規(guī)定（括號(hào)中的數(shù)字是文件編號(hào)）：
·控制間的通信（3.002）
·摟宇自動(dòng)化（3.011）
·低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備（3.032）
2.6Profibus特點(diǎn)綜述
與其它現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)相比，Profibus的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造、過(guò)程控制和樓宇自動(dòng)化等。PROFIBUS開(kāi)放性和不依賴(lài)于廠商的通信的設(shè)想，已在10多萬(wàn)成功應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。市場(chǎng)調(diào)查確認(rèn)，在德國(guó)和歐洲市場(chǎng)中PROFIBUS占開(kāi)放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的市場(chǎng)份額超過(guò)40%。PROFIBUS有國(guó)際著名自動(dòng)化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。