基于PROFIBUS-DP的FCS性能研究及診斷軟件開發(fā)

PROFIBUS是工業(yè)自動化領(lǐng)域內(nèi)市場占有率最高的一種現(xiàn)場總線技術(shù)，它包括用于制造業(yè)自動化的PROFIBUS－DP和用于流程工業(yè)領(lǐng)域的PROFIBUS－PA，它是目前我國惟一的現(xiàn)場總線國家標(biāo)準(zhǔn)。隨著越來越多工業(yè)控制系統(tǒng)采用了PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，對這些控制系統(tǒng)進行具體的、直觀的和實時的在線分析與診斷成為了最基本的要求，要想完成這樣的任務(wù)，就需要有相應(yīng)的工程分析診斷工具。國內(nèi)外目前所研究的這些總線性能分析診斷工程工具存在著功能不夠全面、界面不夠完善、價格昂貴、不適合中國國情等問題。開發(fā)一款能夠?qū)偩€系統(tǒng)進行分析和診斷，方便的、性能價格比高的分析診斷工程工具必將成為急需的產(chǎn)品。

由于在PRIFBUS傳輸報文可以反映出總線性能的很多參數(shù)，包括各種故障狀態(tài)。比如：從參數(shù)化報文可以看出主站和從站的關(guān)系，從站的操作方式，包括通道參數(shù)、功能設(shè)定、裝置參數(shù)和ID號等。從組態(tài)報文可以看出從站I/0類型及性質(zhì)，以及模塊的I/O性質(zhì)及數(shù)據(jù)類型等。從診斷報文可以看出從站各種參數(shù)設(shè)置錯誤，各種組態(tài)錯誤，以及裝置模塊錯誤類型。所以，本文作者就是在對PROFIBUS-DP報文進行詳盡分析的基礎(chǔ)上，采用VC++ 6.0開發(fā)了一款基于串口通訊的PROFIBUS性能分析診斷軟件。

1 PROFIBUS工作機理

1.1 PROFIBUS-DP編碼技術(shù)

PROFIBUS－DP交換數(shù)據(jù)使用異步傳輸技術(shù)和NRZ編碼。NRZ編碼的二進制信號“0”或“1”的信號電平在信號持續(xù)期間維持不變。圖1所示為NRZ碼信號圖。

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圖1 非歸零碼信號

每個數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元應(yīng)由一定數(shù)量的字符組成，每個字符都是一個用于異步傳輸?shù)钠?mdash;—停字符。

每個字符由11個比特組成，包括1個總是為二進制“0”的起始比特（ST），8個可以是二進制數(shù)“0”亦可以是二進制數(shù)“1”的信息比特，1個可以是二進制“1”也可以是二進制數(shù)“0”的偶校驗比特（P），1個總是為二進制數(shù)“1”的停止比特，如圖2所示。

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圖2 單個字符格式

接收器的比特同步總是從起始比特的下降沿開始，也就是說，在從二進制“1”轉(zhuǎn)換到二進制數(shù)“0”時開始。在比特時間的中間應(yīng)掃描起始比特和所有后繼的比特。在比特時間的中間，起始比特應(yīng)是二進制數(shù)“0”，否則認(rèn)為同步失敗并停止同步過程。以二進制“1”的停止比特來結(jié)束字符的同步，如果此時出現(xiàn)二進制數(shù)“0”來代替此停止比特，則應(yīng)認(rèn)為并報告一個同步差錯或字符差錯，并應(yīng)等待下一個起始比特的前導(dǎo)沿。

1.2 報文格式

如圖3所示，PRFIBUS-DP有以下5種報文格式。其中，SYN為同步周期，它是一個最小的時間間隔，在此時間間隔內(nèi)，每個站在它可以接收發(fā)送/請求報文幀或令牌起始部分之前，應(yīng)從傳輸介質(zhì)接收空閑狀態(tài)（idle state）(idle=二進制“1”)。同步周期最小為33個線空閑比特；SD為起始定界符，DA是目的地址，SA是源地址，F(xiàn)C是控制幀；FCS是幀校驗和，ED為結(jié)束定界符，值為16h，L是信息字段長度，其中SD1= 10h，用于請求FDL狀態(tài)，尋找一個新的活動的站點，報文長度固定，沒有數(shù)據(jù)單元；SD2= 68h，用于SRD服務(wù)，報文的數(shù)據(jù)長度可變；SD3 = A2h，數(shù)據(jù)單元長度固定（L總為8字節(jié)）；SD4 = DCh，表示該報文為令牌報文；SC =E5h, 短確認(rèn)報文。

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