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Profibus现场总线及松下FP2/FPG-FMU/FNS产品介绍现场总线是应用在生产现场测量与控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多节点通信的底层控制网络。PROFIBUS是过程现场总线（ProcessFieldBus）的缩写。PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA3个兼容版本。ProfibusDP:DP:DecentralizedPeriphery,PROFIBUS-DP以DIN19245的第一部分为基础，经过优化的高速、廉价通信网络，适用于自动控制系统和设备级分散I/O之间通信。在设备级，中央控制器（如PLC、PC）通过高速串行线同分散的现场设备（如I/O、传感器、阀门、执行器等）进行通信。DP一般构成单主站系统，主从站之间采用循环数据传送方式工作，最高通信速率可达12Mbit/s。PROFIBUS-FMS完成车间级通用性通信任务，提供大量的通信服务，实现周期性和非周期性通信。PROFIBUS-PA专为过程自动化设计,用于本质安全和现场供电的场合。WhatisProfibus?Profibus协议结构应用行规（profibus行规）DP功能现场总线信息规范（FMS）未使用未使用现场总线数据链路IEC接口RS485/光纤IEC1158-2物理层（1）数据链路层（2）（3）-（6）应用层（7）用户应用领域：制造，过程和楼宇自动化物理层：现场总线的物理层规定了总线介质、网络拓扑、传输距离、传输速率、站点数以及总线接口。它提供有关同步和比特流在物理媒体上的传输手段。数据链路层：数据链路层主要实现介质存取控制MAC和数据通信服务功能。MAC保证令牌的按序传递，在任意时刻总线上只有一个节点发送数据，避免信息的碰撞延时。数据通信服务提供点对点，点对多点和广播通信功能，所有电文海明距离等于4，保证数据的完整性。应用层：在DP和PA中没有应用层，只有复杂场合使用的FMS中有应用层。应用层由低层接口LLI和现场总线信息规范FMS2部分组成，FMS描述通信对象，提供应用服务；LLI主要实现将FMS的服务映射到数据链路层，通信连接的建立、监视和释放以及数据流控制。Profibus协议层PROFIBUS–DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。①传输技术：RS－485双绞线．双线电缆或光缆。波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。②总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主－从传送。总线上最大站点（主－从设备）数为126。③通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主－从用户数据传送和非循环主－主数据传送。④运行模式：运行．清除．停止。⑤同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步。Profibus-DP特点⑥功能：DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。各DP从站的动态激活和可激活。DP从站组态的检查。强大的诊断功能，三级诊断诊断信息。输入或输出的同步。通过总线给DP从站赋予地址。通过布线对DP主站（DPM1）进行配置，每DP从站的输入和输出数据最大为246字节。⑦可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD＝４进行。DP从站带看门狗定时器（WatchdogTimer）。对DP从站的输入／输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。⑧设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程．组态．诊断的设备。第一类DP主站（DPM1）是中央可编程控制器，如PLC．PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器．阀门等。Profibus-DP特点PROFIBUS–DP基本特征①速率：在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传送512bit/s输入和512bit/s输出，在12Ｍbit/s时只需１毫秒。②诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级：（本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高．压力过低。）（模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。）（通过诊断操作：一个单独输入／输出位的故障。）（２）PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数．站地址．输入／输出地址。输入／输出数据格式．诊断信息格式及所使用的总线参数。每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种坏同类型设备：①一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。②二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器．组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。③DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I／O设备．驱动器．HMI．阀门等）。④单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。⑤多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个DPMI．指定的若干从站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入／输出映象，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。（３）系统行为系统行为主要取决于DPM1的操作状态，这此状态由本地或总线的配置设备所控制。主要有以下三种状态：（停止：在这种状态下，DPM1和DP从站之间没有数据传输。）（清除：在这种状态下，DPM1读取DP从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全状态。）（运行：在这种状态下，DPM1处于数据传输阶段,循环数据通信时，DPM1从DP站读取输入信息并向从站写入输出信息。）①DPM1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一个有关的DP从站。②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从站将不在发送用户数据。在次之后,DPM1转入清除状态。（４）DPM1和DP从站间的循环数据传输DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1按照确定的递归顺序自动进行。在对总线系统进行组态时，用户对DP从站与DPM1的关系作出规定，确定哪些DP从站被纳入信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。DMP1和DP从站之间的数据传送分三个阶段：参数设定．组态．数据交换。在参数设定阶段，每个从站将自己的实际组态数据与从DPM1接受到的组态数据进行比较。只有当实际数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传输阶段。因此，设备类型．数据格式．长度以及输入输出数量必须与实际组态一致。（５）DPM1和系统组态设备间的循环数据传输除主－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组态。（６）同步和锁定模式除DPM1设备自动执行的用户数据循环传输外，DP主站设备也可向单独的DP从站．一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令通过有选择的广播命令发送的。使用这一功能将打开DP从站的同步及锁定模式，用于DP从站的事件控制同步。主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在这种模式中，所编址的从站输出数据锁定在当前状态下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接收到输出的数据，但它的输出状态保持不变；当接收到下一同步命令时，所存储的输出数据才发送到外围设备上。用户可通过非同步命令退出同步模式。锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。锁定模式将从站的输入数据锁定在当前状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以更新。用户可以通过非锁定命令退出锁定模式。（７）保护机制对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。每个从站都采用独立的控制定时器。在规定的监视间隔时间中，如数据传输发生差错，定时器就会超时。一旦发生超时，用户就会得到这个信息。如果错误自动反应功能“使能”，DPM1将脱离操作状态，并将所有关联从站的输出置于故障安全状态，并进入清除状态。2.扩展DP功能DP扩展功能是对DP基本功能的补充，与DP基本功能兼容。（１）DPM1与DP从站间非循环的数据传输。（２）带DDLM读和DDLM写的非循环读／写功能，可读写从站任何希望数据。（３）报警响应，DP基本功能允许DP从站用诊断信息向主站自发地传输事件，而新增的DDLM－ALAM－ACK功能被用来直接响应从DP从站上接收的报警数据。（４）DPM2与从站间的非循环的数据传输。3．电子设备数据文件（GSD）为了将不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件（电子设备数据库文件）方式将这些品的功能参数（如I／O点数．诊断信息．波特率．时间监视等）。标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根据GSD所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。GSD文件可分为三个部分：（1）总规范：包括了生产厂商和设备名称．硬件和软件版本．波特率．监视时间间隔．总线插头指定信号。（2）与DP有关的规范：包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数．上装／下装能力。（3）与DP从站有关的规范：包括了与从站有关的一切规范，如输入／输出通道数．类型．诊断数据等。4．PROFIBUS-DP行规PROFIBUS–DP协议明确规定了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的含义是在PROFIBUS行规中具体说明的。另外，行规还具体规定了PROFIBUS－DP如何用于应用领域。使用行规可使不同厂商所生产的不同设备互换使用，而工厂操作人员毋须关心两者之间的差异。因为与应用有关的含义在行规中均作了精确的规定说明。下面是PROFIBUS－DP行规，括弧中数字是文件编号：（１）NC／RC行规（3.052）（２）编码器行规（3.062）（３）变速传动行规（3.071）（４）操作员控制和过程监视行规（HMI）松下电工株式会社可编程控制器FP2，FPG现场总线单元FMU，FNS主站单元从站单元FP2-FMU及FNS单元FPG-FMU及FNS单元主站单元从站单元ProfibusDP通信规格①⑤⑥⑨①⑤⑨⑥DPV1-MsideDP-V1sideProfibusDP通信接线PowerunitCPUunitFP2-DPV1-MunitFP2SHPLCFP2-DPV1-SunitFPGCPUFPG-DPV1-SPROFIBUSDPNETWORKOtherdevicesFP2-DPV1-SunitPROFIBUSDPNETWORKProfibusMasterunitEthernetunitEthernetSecondaryPnetworkProfibus主站通信用FBProfibus从站通信用FB