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1、第三章 PROFIBUSDP 现场总线技术 用于在现场层的快速数据交换。这是中央可编程的控 制器(如,PLC、PC 或过程控制系统)通过快速串行 连接与分散的现场设备(如,I/O 、驱动器、阀门、变 送器或分析装置)进行通信。 与分散的现场设备之间主要是循环的数据交换。所需 要的通信功能通过DP基本功能(版本DP-V0)来规定。 依据各种应用领域的特殊需求,这些DP基本功能已经 用特殊功能逐步地进行了扩展,所以现在有三种版本 :DP-V0, DP-V1和DP-V2可供使用,而每一种版本都 有它自己专用的关键特性 第三章 PROFIBUSDP 现场总线技术 DP-V0 提供DP基本功能,包括循环
2、的数据交换,以及 站诊断、模块诊断和特定通道的诊断。 DP-V1 包含依据过程自动化的需求而增加的功能,特 别是用于参数赋值、操作、智能现场设备的可视化和 报警处理等(类似于循环的用户数据通信)的非循环 的数据通信。这样就允许用工程工具在线访问站。此 外,DP-V1有三种附加的报警类型:状态报警,刷新 报警和制造商专用的报警。 DP-V2 包括主要根据驱动技术的需求而增加的其它功 能。由于增加的功能,如同步从站模式(isochronous slave mode)和从站对从站通信(DXB,Data eXchange Broadcast)等,DP-V2也可以被实现为驱动总线,用于控 制驱动轴的快速
3、运动时序。 第三章 PROFIBUSDP 现场总线技术 第三章 PROFIBUSDP 现场总线技术 PROFIBUSDP的基本功能 扩展DP功能 电子设备数据库文件(GSD) PROFIBUSDP行规 PROFIBUSDP的基本功能 现场总线技术 PROFIBUSDP的基本功能 现场总线技术 基本特性 系统组态和设备类型 系统行为 DPM1和DP从站间的循环数据传输 DPM1和系统组态设备间的循环数据传输 同步和锁定模式 保护机制 基本特性 现场总线技术 速率 诊断功能 速率 现场总线技术 DP信息循环时间计算(1) 现场总线技术 DP信息循环时间计算(2) 现场总线技术 DP信息循环时间计算
4、(3) 现场总线技术 响应时间(1) 现场总线技术 响应时间(2) 现场总线技术 诊断功能 现场总线技术 系统组态和设备类型 现场总线技术 系统组态的描述包括: 站点数 站地址对I/O 地址的分配 I/O 数据的数据一致性 诊断报文的格式 所使用的总线参数等 三种设备类型 三种设备类型 现场总线技术 现场总线技术 现场总线技术 系统行为 现场总线技术 系统行为 现场总线技术 系统行为主要取决于DPM1的运行状态,这些 状态由本地或总线的组态设备控制。主要有三 种状态:停止、清除、运行。 DPM1设备在一个预先设定的时间间隔内,以 有选择的广播方式将其本地状态周期性地发送 到每个有关的DP从站
5、如果在DPM1的数据传输阶段中发生错误, DPM1将所有有关的DP从站的输出数据立即转 入清除状态,而DP从站将不再发送用户数据。 在这之后,DPM1转入清除状态。 DPM1和DP从站间的循环数据传输 现场总线技术 DPM1和DP从站间的循环数据传输 现场总线技术 DPM1与所属从站间的数据通信分三个阶段 参数化阶段 组态阶段 用户数据传输阶段 DPM1和DP从站间的循环数据传输 现场总线技术 DP从站的状态机制 现场总线技术 用椭圆表示状态机制的状况,从 一个状态转换为另一个状态称为事 件,垂直的箭头表示转换 DP从站的状态机制 现场总线技术 现场总线技术 现场总线技术 DPM1和系统组态设
6、备间的循环数据传输 现场总线技术 除主从功能外,PROFIBUS DP允许主主之间的数据通信,这些 功能使组态和诊断设备通过总线对 系统进行配置。 控制命令 现场总线技术 同步模式 现场总线技术 所有编址的从站输出数据锁定在当 前状态下,在后继的用户数据传输期 间,从站存储接收到的输出数据,但 它的输出状态保持不变,直到接收到 下一同步命令时,所存储的输出数据 才被发送到外围设备上。用户可通过 非同步命令退出同步模式。 锁定模式 现场总线技术 锁定控制命令使得编址的从站进入 锁定模式,在锁定模式中从站的输入 状态被锁定在当前状态下,直到主站 发送下一锁定命令时才可以变更。用 户可通过非锁定命令
7、退出锁定模式。 保护机制 现场总线技术 对DP主站 DPM1使用数据控制定时器对从站的 数据传输进行监视。每个从站都采用各 自的控制定时器。在规定的监视时间间 隔中,如数据传输发生差错,定时器就 会超时。一旦出现超时,用户就会得到 这个信息。如果错误自动反应功能被启 动,DPM1将退出运行状态,并将相关从 站的输出置于故障安全状态,并进入清 除状态。 保护机制 现场总线技术 对DP从站 DP从站使用看门狗控制器检测主 站和传输线路的故障。如果在一定 的时间间隔内发现没有与主站的数 据通信,从站自动将其输出进入故 障安全状态。 扩展DP功能 现场总线技术 DPM1和DP从站间扩展的数据通信 *
8、DPM1和DP从站间非循环的数据传输 * 用DDLM读/写的非循环读/写功能 * 报警响应 DPM2和DP从站间扩展的数据传输 扩展DP功能 现场总线技术 现场总线技术 现场总线技术 DP-V1 中的循环和非循环通信 扩展DP功能 现场总线技术 版本DP-V2 从站对从站的通信(DXB) 此功能使从站与从站之间能使用广播通信 方式而不需绕道通过主站来进行直接而省时的 通信。在此情况下,这些从站扮演为“生产者 ”(publisher),即从站响应不通过协调的主 站而直接到包含在此序列中的称为“消费者” (subscribers)的其它从站。这样,从站就可 以直接从其它从站读取数据,并将这些数据作
9、 为它们自己的输入。 现场总线技术 扩展DP功能 现场总线技术 版本DP-V2 等时同步模式(Isochronous mode) 此功能可实现主站和从站中的时钟同步控 制,而与总线负载无关。此功能可实现高精度 定位处理,其时钟误差小于1微秒。通过“全 局控制”(global control)广播报文使所有 参加的设备循环与总线主循环同步。一个特殊 的活标记(sign of life )(连续号) 允许监 控同步性。 扩展DP功能 现场总线技术 版本DP-V2 时钟控制 此功能(实时主站通过新的无连接的MS3服 务向所有从站发送时间标签(time stamp)) 使所有的站与系统时间同步,其时钟
10、误差小于 1毫秒。这就允许精确地跟踪事件。为了在多 主站的网络中获得定时功能,此功能特别有用 。这使故障诊断以及事件的顺序编制很容易。 设备管理 现场总线技术 现代的现场设备提供范围广泛的信息和执行那 些先前在PLC和控制系统中执行的功能。为了 执行这些任务,用于这些设备的投运、维护、 工程设计和参数化的工具需要一个精确而完整 的设备数据和功能的描述。 为确保设备管理的标准化,PROFIBUS已经开发 了多种用于这种设备描述类型的方法和工具 (“集成技术”)。这些工具的性能范围为完成 特定的任务而优化,并赋于术语可伸缩的设备 集成(scaleable device integration) 工
11、厂自动化中偏爱使用GSD,但FDT的使用同样 在增加。在过程自动化中,根据要求使用EDD 和FDT。 PROFIBUS的集成工具 现场总线技术 设备描述方法 现场总线技术 GSD用已定义的数据格式来描述PROFIBUS设备的通信特 性(communication features )。GSD非常适用于简 单的应用。它由设备制造商创建并包括在设备交付中 。 通用电子设备描述语言(Electronic Device Description Language)(EDDL)用来描述PROFIBUS设备的应用特性( 设备特性)。用这种方法创建的文件(EDD)也由设备制 造商提供。基于EDD的解释程序非常
12、适用于中等复杂的 应用。 设备类型管理程序(DTM)用于复杂的应用(complex applications),是一种映象所有设备专用功能(包 括用于参数化、诊断等的用户接口)的解决方案。相 对于标准化的FDT接口而言,DTM起着设备“驱动器” 的作用,它在工程工具或控制系统中实现。 电子设备数据库文件(GSD) 现场总线技术 GSD是可读的ASCII文本文件,它包含用于通 信的通用的和设备专用的规范。每一个登入项描 述一个设备支持的特性。借助于关键字,组态工 具从GSD读取用于设备组态的设备标识、可调整 的参数、相应的数据类型和所允许的界限值。有 些关键字是强制性的,例如Vendor_Nam
13、e,另一些关 键字是可选的,例如Sync_Mode_supported。GSD代替 以前传统的手册,甚至在组态期间也支持对输入 错误和数据一致性的自动检查。 现场总线技术 电子设备数据库文件(GSD) 现场总线技术 电子设备数据库文件(GSD) 现场总线技术 GSD的结构 现场总线技术 通用规范(General specifications ) 此部分包含有关制造商的信息,设备名称,硬件 和软件版本,所支持的传输速率,用于监控时间的 可能的时间间隔,以及在总线连接器上信号分配等 。 主站规范(Master specifications ) 此部分包含所有与主站有关的参数,如最大可连 接的从站个
14、数或上装和下载选项。本部分的内容不 可用于从站设备。 从站规范(Slave specifications ) 此部分包含从站专用的信息,如I/O 通道的个数 和类型,诊断文本的规定,以及在模块化设备中有 关可用模块的信息等。 GSD编辑程序 现场总线技术 识别号 现场总线技术 电子设备描述EDD 现场总线技术 EDD应用 工程设计 调试 运行 资产管理 文档和电子商务 EDD优点 减少培训费用 可靠的操作 对所有应用仅使用一种工具 输入数据的确认 设备开发者无需专门的知识 可使用已有的EDD和文本库 普遍适用于简单设备和复杂设备 FDT/DTM 原理 现场总线技术 设备描述作为软件部件 现场总
15、线技术 用于参数化、组态、诊断和 维护的现场设备的特殊功能和对 话(dialog)以及用户接口都被 映象在一个软件部件中。此部件 称之为DTM (Device Type Manager) 并通过FDT接口集成在 工程工具或控制系统中。 行规 现场总线技术 行规(Profiles )是由制造商和用户制定的有 关设备和系统的特征、功能特性和行为的规范。 行规规范定义了属于某个行规族的设备和系统的 参数和行为特性,由于“行规一致性”的开发, 使总线上设备的可互操作性变得容易和可互换性 成为可能。行规考虑了现场设备、控制和集成方 法(工程)的应用和专用类型特殊性能。术语行 规包括少数特殊设备类别的规范和用于特定工业 应用的广泛的规范。所有行规的通用术语是应用 行规。 PROFIBUSDP行规(1) 现场总线技术 PROFIBUSDP行规(2) 现场总线技术 通用应用行规 现场总线技术 PROFIsafe PROFIBUS DP上的HART 时间标签(Time stamps) 从站冗余 用PROFIsafe的故障安全模式 现场总线技术 在PROFIBUS DP 上运行HART 设备 现场总线技术 时间标签和报警报文 现场总线技术 PROFIBUS 中的从站冗余 现场总线技术 PROFIBUS的特殊应用行规 现场总线技术
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