网络控制技术谢昊飞李勇第4章Profibus现场总线.pptVIP

第四章 Profibus现场总线 本章主要内容 Profibus概述 物理层 数据链路层(FDL) 应用层 DP规范 PA行规 4.1概述 PROFIBUS是过程现场总线（Process Fieldbus）的缩写，于1989成为正式的现场总线国际标准。目前，它在离散制造业和过程自动化领域占据主导地位，全世界的PROFIBUS设备节点数已经达到2000万，成为全球最有影响力的现场总线技术之一。 由PA、DP和FMS三部分组成。PA主要应用于过程自动化，适合于本质安全的场合；DP的特点在于它的高速、廉价，专为现场级分散IO节点设计；FMS主要为车间级通信任务提供大量的通信服务。 4.1概述 4.1概述 PROFIBUS通信参考模型 4.1.1物理层 物理层规定了线缆长度、网络拓扑结构、总线接口、站点数和在9.6 kbit/s到1.5 Mbit/s之间可变的数据传输速率，以适应不同的领域。 根据应用场合物理层成可以分成两部分：物理层类型1和物理层类型2。 物理层类型1是根据EIA标准RS-485制定的，不能应用于本质安全场合 4.1.2数据链路层 数据链路层定义总线访问方式和数据传输服务。 PROFIBUS总线访问通信为主从式，具有对总线控制权限的站点称为主站，而通信过程对总线不具备对总线控制权限的站点为从站。主站决定了总线的数据通信，当主站获得总线控制权时，可以主动发送信息，而不必有外界的请求。从站无总线控制权，仅能对接收的信息进行确认或在主站发出请求后向主站发送响应。 主站间的通信采用逻辑令牌控制方式，所有的主站构成一个逻辑令牌环，令牌传递在环中传递保证每个主站在确定的时间得到总线存取权，以确保在任何时刻只有一个站点发送数据。令牌实际上是一种数据链路层一种特殊的帧，按地址的升序依次在各主站间传递。令牌循环一周的时间是事先规定的，各主站持有令牌的时间取决于令牌配置的循环时间。拥有令牌的主站可与从站通信，向从站发送或索取信息。 4.1.2数据链路层 PROFIBUS的总线访问方式 4.1.2数据链路层 数据链路层共定义了4种数据传输服务： 发送数据需应答（SDA） 此服务允许用户给单个远程站发送数据，并等待远程站点的确认信息，是点对点的通信方式。如果通信过程中出错，或等待超时，将重传数据。 发送数据无需应答（SDN） 此服务允许用户同时给单个远程站、多个远程站（组播）或同时给全部远程站（广播）发送数据，不需要任何确认。 发送和请求数据需回答（SRD） 此服务允许用户给单个远程站发送数据，同时请求此远程站回送相关数据。 循环地发送和请求数据需回答（CSRD） 此服务允许用户循环地给远程站发送数据，同时请求此远程站回答数据。 4.1.3应用层 应用层由现场总线报文规范（FMS）和低层接口（LLI）两个实体组成，利用通信关系将分散的应用过程统一到一个共用的过程中。 现场总线报文规范描述了设备的应用过程、通信对象、服务以及关系模型，主要负责管理单元级(PLC和上位机)的数据通信。其服务适用的应用场合广泛，并在解决复杂的通信任务时拥有极大的灵活性。 对于一个设备的应用过程与另一个设备的应用过程间的通信，传输的过程对象必须在通信系统中是可视的，也就是说，过程对象作为通信对象需罗列在设备的对象字典（OD）中。这样，一个应用过程的通信对象在被通信服务寻址和处理之前，必须是有效且可视的。 通常在运行期间站点在网络中必须有唯一的标识，通过总线能读出诸如制造商名称、型号、行规等有关标识信息。对象字典、设备特性、相同的服务和一致的接口就构成不同制造商的设备间开放通信的基础，通常也把设备的这部分信息称虚拟现场设备（VFD）。因为在PROIFIBUS总线上，它其实就是物理设备在网络中的逻辑表示。 4.1.3应用层 低层接口用于建立各种不同的通信关系并向现场总线报文规范提供对于第2层、设备无关的访问，主要任务是： 把现场总线报文规范和现场总线管理等应用层服务映像到数据链路层服务上 通信连接的建立和解除 监视通信连接关系 数据流控制 4.1.4用户层 用户层是针对工业的特点而定制的一层网络规范，保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能，提供了设备的可互换性。它定义了不同应用领域的设备功能，即FMS行规、DP行规和PA行规。 4.2物理层 物理层类型1介质RS-485使用NRZ位编码，目的是降低总线耦合器成本，耦合器可以实现站与总线之间的电气隔离或非电气隔离 RS-485的技术特征如下： 介质：屏蔽双绞线。 总线长度≤1200米。 站数：32个站点。 数据传输速率：9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500 kbits/s，可支持更高的数据传输速率。 4.2物理