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

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進(jìn)行。在對總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時，用戶對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，每個從站將自己的實際組態(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)實際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時，DP從站才進(jìn)入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設(shè)備類型、數(shù)據(jù)格式、長度以及輸入輸出數(shù)量必須與實際組態(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)備通過總線對系統(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)備也可向單獨的DP從站、一組從站或全體從站同時發(fā)送控制命令。這些命令通過有選擇的廣播命令發(fā)送的。使用這一功能將打開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，所存儲的輸出數(shù)據(jù)才發(fā)送到外圍設(shè)備上。用戶可通過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)送下一個鎖定命令時才可以更新。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。
2.3.1.7保護(hù)機制
對DP主站DPM1使用數(shù)據(jù)控制定時器對從站的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行監(jiān)視。每個從站都采用獨立的控制定時器。在規(guī)定的監(jiān)視間隔時間中，如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯，定時器就會超時。一旦發(fā)生超時，用戶就會得到這個信息。如果錯誤自動反應(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DP從站使用看門狗控制器檢測主站和傳輸線路故障。如果在一定的時間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)沒有主機的數(shù)據(jù)通信，從站自動將輸出進(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DP基本功能的補充，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寫的非循環(huán)讀/寫功能，可讀寫從站任何希望數(shù)據(jù)。
(3)報警響應(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功能被用來直接響應(yīng)從DP從站上接收的報警數(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)庫文件）方式提供這些產(chǎn)品的功能參數(shù)（如I/O點數(shù)、診斷信息、波特率、時間監(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。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文件開放式組態(tài)

GSD文件可分為三個部分：
(1)總規(guī)范：包括了生產(chǎn)廠商和設(shè)備名稱、硬件和軟件版本、波特率、監(jiān)視時間間隔、總線插頭指定信號。
(2)與DP有關(guān)的規(guī)范：包括適用于主站的各項參數(shù)，如允許從站個數(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，因為與應(yīng)用有關(guān)的參數(shù)含義在行規(guī)中均作了精確的規(guī)定說明。下面是PROFIBUS-DP行規(guī)，括弧中數(shù)字是文件編號：
·NC/RC行規(guī)（3.052）
·編碼器行規(guī)（3.062）
·變速傳動行規(guī)（3.071）
·操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)（HMI）
2.4Profibus-PA
Profibus—PA適用于PROFIBUS的過程自動化。PA將自動化系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)與壓力、溫度和液位變送器等現(xiàn)場設(shè)備連接起來，PA可用來替代4—20mA的模擬技術(shù)。PROFIBUS—PA具有如下特性：
(1)適合過程自動化應(yīng)用的行規(guī)使不同廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場設(shè)備具有互換性。
(2)增加和去除總線站點，即使在本征安全地區(qū)也不會影響到其它站。
(3)在過程自動化的Profibus—PA段與制造業(yè)自動化的PROFIBUS—DP總線段之間通過藕合器連接，并使可實現(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的基本功能來傳送測量值和狀態(tài)。并用擴(kuò)展的PROFIBUS—DP功能來制訂現(xiàn)場設(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)場設(shè)備的互換性和互操作性，它是PROFIBUS—PA的一個組成部分。PA行規(guī)的任務(wù)是選用各種類型現(xiàn)場設(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)已對所有通用的測量變送器和其它選擇的一些設(shè)備類型作了具體規(guī)定，這些設(shè)備如：
·測壓力、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
·定位器
2.5Profibus-FMS
Profibus—FMS的設(shè)計旨在解決車間監(jiān)控級通信。在這一層，可編程序控制器（如PLC、PC機等）之間需要比現(xiàn)場層更大量的數(shù)據(jù)傳送，但通信的實時性要求低于現(xiàn)場層。
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)場總線信息規(guī)范（FieldbusMessageSpecification-FMS）：描述了通信對象和應(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)用過程統(tǒng)一到一個共用的過程中。在應(yīng)用過程中，可用來通信的那部分現(xiàn)場設(shè)備稱虛擬設(shè)備VFD（VirtualfieldDevice）。在實際現(xiàn)場設(shè)備與VFD之間設(shè)立一個通信關(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、停機時間等。VFD通過通信關(guān)系表完成對實際現(xiàn)場設(shè)備的通信。
2.5.3通信對象與通信字典（OD）
(1)FMS面向?qū)ο笸ㄐ牛_認(rèn)5種靜態(tài)通信對象：簡單變量、數(shù)組、記錄、域和事件，還確認(rèn)2種動態(tài)通信對象：程序調(diào)用和變量表。
(2)每個FMS設(shè)備的所有通信對象都填入對象字典（OD）。對簡單設(shè)備，OD可以予定義，對復(fù)雜設(shè)備，OD可以本地或遠(yuǎn)程通過組態(tài)加到設(shè)備中去。靜態(tài)通信對象進(jìn)入靜態(tài)對象字典，動態(tài)通信對象進(jìn)入動態(tài)通信字典。每個對象均有一個唯一的索引，為避免非授權(quán)存取，每個通信對象可選用存取保護(hù)。
2.5.4Profibus-FMS服務(wù)
FMS服務(wù)項目是ISO9506制造信息規(guī)范MMS（ManufacturingMessageSpecification）服務(wù)項目的子集。這些服務(wù)項目在現(xiàn)場總線應(yīng)用中已被優(yōu)化，而且還加上了通信對象的管理和網(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)備對通信提出的廣泛需求，服務(wù)項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。用戶通過稱之為通信關(guān)系的邏輯通道與其他應(yīng)用過程進(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)。每個通信關(guān)系通過通信索引（CREF）來查找，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)場總線管理層第七層來實現(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)用來定義。這些適應(yīng)性定義稱之為行規(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對行規(guī)做了如下規(guī)定（括號中的數(shù)字是文件編號）：
·控制間的通信（3.002）
·摟宇自動化（3.011）
·低壓開關(guān)設(shè)備（3.032）
2.6Profibus特點綜述
與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，Profibus的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實際應(yīng)用驗證具有普遍性。目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造、過程控制和樓宇自動化等。PROFIBUS開放性和不依賴于廠商的通信的設(shè)想，已在10多萬成功應(yīng)用中得以實現(xiàn)。市場調(diào)查確認(rèn)，在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場份額超過40%。PROFIBUS有國際著名自動化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。