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庄席
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1 P R O F I B U S 技术培训第五部分 PROFIBUS - DP PROFIBUS-DP in action at BMW Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 1

2 PROFIBUS-DP 定义三种设备类型 DP-1 类主设备 (DPM1) 中央控制器, 它与分散的 I/O 设备 (DP- 从 ) 交换数据允许若干个 DPM1 典型的设备是 PLC, PC, VME DP-2 类主设备 (DPM2) 组态监视或工程工具它被用来设定网络或参数监视 DP- 从设备 DP- 从设备直接连接 I/O 信号的外围设备典型的设备是输入输出驱动器阀操作面板等等 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 2

3 PROFIBUS-DP 单主系统 DP- 主 (1 类 ) PLC 单主系统实现最短的总线循环时间它们的组成 : - 1 个 DP- 主 (1 类 ) - 1 到最多 125 个 DP- 从 - DP- 主 (2 类 ) 可选的 PROFIBUS-DP 分散的 I/O DP - 从 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 3

4 PROFIBUS-DP 多主系统若干个 DP- 主可以用读功能访问一个 DP- 从 PROFIBUS-DP 多主系统的组成 : - 多个主设备 (1 类 or 2 类 ) -1 到最多 124 个 DP- 从 DP- 主 - 在同一个总线上最多 126 个设备 ( 2 类 ) PC DP- 主 ( 1 类 ) CNC PLC DP- 主 ( 1 类 ) PROFIBUS - DP 分散的 I/O 分散的 I/O PROFIBUS-P DP - 从 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 4

5 PROFIBUS-DP 用户数据交换的原理请求帧 DP- 主尾输出数据头响应帧头输入数据尾立即响应 DP- LL DP- 从 SRD- 请求 SRD- 响应帧各种长度的用户数据 SYN SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DU FCS ED 各种长度的用户数据 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DU FCS ED DP- 从 Syn = 同步时间 SD2 = 开始分界符 2 LE = 长度 LEr = 重复长度 DA = 目的地址 SA = 源地址 FC = 功能码 DU = 数据单元 FCS = 帧检查顺序 ED = 结束分界符 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 5

6 PROFIBUS-DP 单主系统的典型循环时间总线循环时间 [ms] 500 kbit/s 1.5 MBit/s 12 MBit/s 条件 : 每个 DP- 从设备有 2 字节的输入和 2 字节的输出数据最小的从间隔时间是 200 微秒 TID1= 75 个位时间, Tsdr = 11 个位时间 DP- 从设备数 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 6

7 DP- 信息循环时间的计算 (1) 一个八位二进制数一字节按 11 位传输电文头和尾由 11 个字节或 9 个字节组成波特率为 1.5 M 时 1 个位时间 µs (1 个八位二进制数 11 位时间 7.33 µs) 波特率为 12 M 时 1 个位时间 83 ns (1 个八位二进制数 11 个位时间 0.913ns) 在实施中还要加上约 10-20% 的余量精确的计算规则可以从 EN V.2 获得. Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 7

8 DP- 信息循环时间的计算 (2) T syn = 33 TBit 请求帧 = 头 + 输出数据 min T SDR = 11 TBit TSDR T id1 = 75 TBit 响应帧 = 头 + 输出数据 max T SDR = TBit Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 8

9 DP- 信息循环时间的计算 (3) T MC = ( T SYN + T ID1 + T SDR + Header + I x 11TBit + 0 x 11TBit ) x Slaves T MC = 信息循环时间按位时间计 T ID1 = 在主站的空闲时间 = 典型的 75 个位时间 T SDR = 在从站的站延迟时间 = 典型的 11 个位时间 Header = 在请求和响应帧中的电文头 = 198 个位时间 I = 每个从站的输入数据字节数 O = 每个从站的输出数据字节数 Slaves = 从站个数例 : PROFIBUS-DP 系统的组成包括 1 个主站和 20 个从站每个从站有 2 个字节的输入和 2 个字节的输出 T MC = ( ) x 20 = 7220 TBit 7220 TBit (1.5 MBaud) = (TBit = 0.66 µs) = 4.8 ms 7220 TBit (12 MBaud) = (TBit = 0.83 ns) = 0.6 ms 在实施时还要加上约 10 to 20% 的余量 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 9

10 PROFIBUS-DP 从传感器到驱动器的全部响应时间 45% 2% 45% 2% 6% Drive PLC 20ms 转换器响应时间 1ms 总线运行时间 20ms PLC 程序运行时间 1ms 总线运行时间 3ms I/O 输入滤波器现场总线份额 :4% Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 10

11 PROFIBUS-DP 从传感器到接触器的全部响应时间 67% Contactor 50ms 拾波延时 1.5% 26% 1.5% 4% PLC 1ms 总线运行时间 20ms PLC 程序运行时间 1ms 总线运行时间 3ms I/O 输入滤波器现场总线份额 :3% Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 11

12 PROFIBUS-DP 功能概述 DPM1 DP-Slaves DPM2 DP-Slaves DPM1 DPM2 参数化组态 - 传输从设备诊断数据 - 传输主设备诊断数据 - - 周期的数据交换 - 同步 + 锁定控制命令 - 设定从设备地址 - - 非周期的读输入 / 输出映象 - - 非周期的读 / 写任一数据 (X) - 报警处理功能 (X) - 装载 / 卸载主设备参数表 - - (x) PROFIBUS-DP 扩展功能, 它们在 PROFIBUS 技术导则中被描述订单号 (X) (X) Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 12

13 PROFIBUS-DP 基本功能主站 (1 类 ) 主站 (2 类 ) 数据交换 Data_Exchange 读从站诊断 Slave_Diag 设定参数 Set_Prm 检查组态 Chk_Cfg 全局控制 Global_Control PLC Get_Master_Diag 初始化卸载参数 Start_Seq 卸载 Download 装载 Upload 结束卸载装载参数 End_Seq 二类主站激活所有主站数据记录 Act_Para_Brct 激活一个参数记录 Act_Param PC/VME Data_Exchange RD_Inp RD_Outp Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg Get_Cfg Global_Control Set_Slave_Add 数据交换读输入 RD_Ind 读输出 RD_Outp Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg 读组态 Get_Cfg Global_Control 设定从站地址 Set_Slave_Add (opt) 从站 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 13

14 DP- 主站和 DP- 从站间的数据传输参数化阶段从站由 DP- 主站用现行总线参数监控时间和从站的特定参数进行参数化组态阶段 DP- 主站对 DP- 从站所需要的配置和现行的配置进行比较用户数据传输阶段在参数化和组态成功后 DP- 从站改变其状态进入用户数据交换阶段在此阶段从站的参数化能被更改而不必中断数据传输 + 在这三个阶段中都可以附加诊断数据和控制命令的传输 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 14

15 DP- 从站的状态机构 Set_Slave_Add Slave_Diag Power_on WAIT_PRM Slave_Diag Get_Cfg 说明 Power-on. 只有在此状态下从站能从 2 类主站接收 Set_Slave_ Add 电文来改变它的地址 Chk_Cfg, not ok Set_Prm, not ok WAIT_CFG Slave_Diag Set_Prm Get_Cfg WAIT_PRM. 等待参数化完成 WAIT_CFG. 等待组态完成 DATA_EXCH. 数据交换 DATA_EXCH 若组态或数据交换不成功再回到参数化阶段 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 15

16 DP- 从站的参数化在参数化电文中 DP- 主站传送下列信息给 DP- 从站 : 从站用不用看门狗 watch dog 控制定义站延迟时间 (TSDR) 支持的锁定同步方式 DP- 从站对其他主站的锁闭或不锁闭组 group 的定义确定相关主站的地址为了确定用户指定的参数可以使用个字节 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 16

17 DP- 从站的组态在组态阶段确定从站的输入 / 输出的数据量还要规定周期性用户数据交换时的用户数据长度组态数据可以分成若干部分每部分 16 个字节定义数据域数据域将被一致性地传输制造商指定数据的定义 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 17

18 控制命令除与用户数据传输有关的站以外 DP- 主站可以发送控制命令给一个一组或全部 DP- 从站这些控制命令设计为全局控制 Global-Controls 它们是输入同步 ( 锁定模式 ) 输出同步 ( 同步模式 ) 输出清除进入失效安全状态 ( 清除模式 ) Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 18

19 诊断信息能快速确定故障的位置诊断信息分为三级 : PROFIBUS-DP 提供广泛的诊断可能性与站有关的诊断站一般运行状态的信息如温度过高电压过低. 与模块有关的诊断设备中相关模块的信息如输出模块 8A 有故障... 与通道有关的诊断输入或输出某一信号位的信息如输出线 3 断了... Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 19

20 安全性功能在分散控制的现场提供有效的安全性功能是十分必要的 PROFIBUS-DP 的安全性功能确保如下检查 : 参数化错误站脱落传输介质脱落 EMC ( 电磁兼容性 ) 硬件和软件失效 OK OK Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 20

21 系统行为在 EN Vol. 2 中定义了 DP- 主和 DP- 从的系统行为系统行为主要由 DP- 主站 (1 类 ) 的系统行为来确定 DP- 主站 (1 类 ) 区别下列状态 : 停止 STOP 在 DP- 主和 DP- 从之间无数据传输清除 CLEAR DP- 主读 DP- 从的输入数据并保持输出在失效安全状态运行 OPERATE DP- 主处在数据传输阶段在后继的周期中 DP- 从的输入被读且输出数据被写给 DP- 从 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 21

22 识别号每一类 DP- 从设备和每一类 DP- 主设备 (1 类 ) 都必须分别有一个识别号用一个识别号 DP- 主能识别已联接的 DP- 从的类型而无须在前面特别议定如果设备类型和设备地址都正确这就为在总线上运行做好了准备此时 DP- 主将开始用户数据传输识别号用 0 到 FFFF 间的 16 进数识别号由 PROFIBUS 用户组织发放如在德国的 PNO 在美国的 PTO Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 22

23 DP 使用的服务存取点 (SAP) 服务存取点被用来选择不同的 DP- 功能 : Default-SAP: SAP 54: SAP 55: SAP 56: SAP 57: SAP 58: SAP 59: SAP 60: SAP 61: SAP 62: 用户数据交换主 - 主功能设定 / 更改从地址读输入读输出控制命令读组态数据读诊断数据设定参数化数据检查组态数据 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 23

24 扩展的 DP 功能读服务的顺序请求电文 Function Number Slot Number Index Length DP - MASTER DP - SLAVE 轮询直到数据是有效的 Function Number Slot Number 响应电文 Index Length Data Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 24

25 用非周期性的读和写服务访问 I/O Base Module Module 1 Module 2 Module 3 Module 4 Index 8 DO 16 DO 8 DI 1 AI 请求 : 响应 : 1 Byte Byte Output Output 2 Byte Byte Output Output Module Module 1 Module Module 2 1 Byte Byte Input Input 4 Byte Byte Input Input Module Module 3 Module Module 4 Slot Number Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 25

26 PROFIBUS-DP 设备的 GSD- 文件 (1) 在 GSD 文件中描述每一个 PROFIBUS-DP 设备的特性每个设备的 GSD 文件用设备的电子数据单来表示 GSD 文件包含所有设备的特定参数如 : 支持的波特率支持的信息长度输入 / 输出的数据量诊断信息的含义对模拟设备有效的选择 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 26

27 PROFIBUS-DP 设备的 GSD 文件 (2) GSD 文件由设备制造商建立每一个设备类型分别需要一个 GSD 文件 PROFIBUS 用户组织提供 GSD 编辑程序非常容易它使得建立 GSD 文件 GSD 编辑程序包括 GSD 检查程序 PROFIBUS 标准它确保 GSD 文件符合在 PROFIBUS 网页中构成了一个 GSD 文件库 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 27

28 GSD 编辑程序使建立 GSD 文件非常容易保证所建立的 GSD 文件符合 PROFIBUS 标准 Copyright by 1997 PROFIBUS - THE International Open Fieldbus Standard Technique, Rev. 1, Part V - Page 28

2005.book

2005.book ...4... 4... 7...10... 10... 10... 10... 10... 11... 11 PCC... 11 TB170... 12 /... 12...13... 13 BP150 / BP151 / BP152 / BP155... 14...15... 15... 15... 15... 15... 15... 15... 16 PS465 / PS477... 17 PS692