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PROFIBUS-DP规范及其系统浅析 来源： 作者： 时间：2008-03-20 点击： 87 0 引言现场总线是2O世纪80年代中期发展起来的，到目前为止已有几十种现场总线标准。2000年年初，国际电工委员会以投票形式选出了12种国际现场总线标准，其中就有PROFIBUS。PROFIBUS是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛应用于工业自动化，它是以德国西门子公司为主的十几家德国公司和科研机构共同开发设计的一种基于过程控制的现场总线技术。PROFIBUS根据应用特点分为以下3个兼容版本，即Profibus，FMS、Profibus．DP和Profibus PA。Profibus-DP是一种经过优化的高速、廉价的通信连接，专为自动控制系统和设备级分散I／O之间通信而设计，可取代24V或0—20 mA并行信号线，也可用于分布式控制系统的高速数据传输，其传输速率可达12 Mbit／s，一般构成单主站系统? 。1 PROFIBUS-DP规范1996年7月2 日，PROFIBUS被欧洲CENELECTC65 CX批准为欧洲标准EN50170V．2。因此，PROFIBUS-DP规范已经不作修改地被包含在EN50170中，并以PROFIBUS用户组织制定的行规和导则作为补充 j。PROF1BUS-DP规范包括物理层、数据链路层和用户层。PROFIBUS-DP的协议结构是根据ISO7498国际标准化开放式互联网络(OSI)作为参考模型，它使用了第1、2层和用户层，隐去了第3—7层，这样确保了数据传输快速 字串7 和有效地进行，直接数据链路映像(DDLM)适用于外设间的高速数据传输，使用户接口易于进入第2层。具体结构如表1所示?1．1 物理层DP物理层规范主要描述介质和信号特征，论及“第0层”和第1层(即ISO／OSI层次模型中的物理介质和物理层PHY)。1．1．1 PHY协议规范PHY协议规范定义串行现场总线的功能、电气和机械特性，其中串行现场总线是为自动化系统现场的应用而设计的。此规范的目的是花最小的成本使多家制造商生产的现场设备互连，并将它们集成为一个分散的控制系统，且确保实现通信。通常，这称之为“开放系统互连(OSI)”。DP物理层属于类型1，是根据EIA标准RS-485制定的，采用NRZ位编码与EIA RS-485信号相结合的技术，它不包含本质安全的要求。类型1规范描述平衡的总线传输。DP物理层定义传输介质以适应不同的应用，它包括长度、拓扑、总线接口、站点数和从9．6 1 500 kbi~s可变的数据传输速率等。DP还规定了不同的物理层，以适应各种应用的需要。 字串7 1．1．2 PHY服务定义PHY服务定义包括PHY数据服务的简要描述，这些服务由PHY层提供给FDE层。它支持接收和传输位(FDL符号)，这些位是UART字符的元素，每个FDL符号持续1个位时间tⅢT。PHY数据服务包括2个服务原语，其中：请求原语(PHY—DATA．request)是由FDL控制器用于请求1个服务；指示原语(PHY—DATA．indication)是用来向FDL控制器指示1个接收。1．2 数据链路层这一层主要描述FDL的数据传输协议规范和管理(FMA)服务 。1．2．1 FDL协议规范PROFIBUS—DP系统采用由混合介质存取方式实现的控制介质存取：对应于令牌传递原理的分散方式是以对应于主从原理的集中方式为基础的。在令牌传递原理中，接站地址的升序用令牌帧将令牌从一个主站传送到另一个主站(只有一个主站的DP系统例外)，为了封闭逻辑令牌环，具有最高地址的站要传送令牌给具有最低地址的站。在主从原理中，只有获得令牌的主站有权主动向其他站申请操作，其他站只有响应权，从站只能被动地听从主站的安排和支配。另外，报文的交换以循环方式进行。用户数据可以在主动帧(发送)中和回答帧(回答)中传输。应答帧不包含任何用户数据。传输运 字串5 行方式规定报文循环的时间顺序，分四种类型：令牌处理；非循环的请求或发送／请求操作；循环的发送／请求操作，轮询；站的登记。1．2．2 FDL服务定义FDL服务通过第2层向用户提供。FMA1／2服务通过与第1层和第2层有关的管理(FMA1／2)实现，无论对控制器的实现，还是对硬件、固件或软件接口的实现均未作规定。FDL服务与物理层类似，数据链路层的服务原语也分为请求原语(FDL—DATA．request)和指示原语(FDL—DATA．indica．tion)。数据链路层在交互作用过程中，使用服务原语来实现数据传输服务。为了请求一个服务，用户使用一个请求原语；在一个服务完成时，或在有循环重复服务的情况下每一个发送／请求循环之后，将一个确认原语返回给用户。如果在远