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总线专题:第五讲 PROFIBUS

发布时间:2020-08-06 发布时间:
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PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写,是德国于20世纪90年代初制定的国家工业现场总线协议标准,代号为DIN19245。德国科学技术部总结了20世纪80年代德国工业界自动控制技术发展经验,认识到了适应20世纪90年代分布式计算机自动控制系统的发展需要,有必要对现有各公司自己定义的网络协议加以规范化,公开化,使得不同厂家生产的自动控制设备在网络通信级能够兼容,以利于整体提高工业自动化系统的标准化水平,因此于1987年将该任务列为德国国家项目,由13家大公司(Siemens、ABB等)及5家研究所经过2年多的时间完成。1991~1995年PROFIBUS-FMS,PROFIBUS-DP及PROFIBUS-PA先后被批准实施。1996年3月PROFIBUS被CENELEC(欧洲电工标准化委员会)批准为欧洲标准,2001年1月4日,IEC61158被正式通过的现场总线国际标准中,类型3就是PROFIBUS。

1989年成立PROFIBUS User Organigzation(PNO),即PROFIBUS用户组织,由制造商、用户和研究所组成。1995年又成立了国际的中央管理机构PROFIBUS International(PI),PNO是PI下的一个机构。负责研究和推广PROFIBUS。1997年7月中国PROFIBUS用户组织(CPO)在北京成立。2000年4月中国现场总线PROFIBUS技术资格中心(CPCC)成立。2001年8月中国PROFIBUS产品测试实验室(CPPTL)通过P1验收,正式开业,目前已认证PROFIBUS-DP的产品。

1.PROFIBUS通信模型

PROFIBUS采用ISO/OSI参数模型中的1,2和7层,如图1所示。

(1)PROFIBUS第1层为PHY,即物理层规定了线路介质、物理连接的类型与电气特性。PROFIBUS通过采用差分电压输出的RS485实现电流连接。在线性拓扑结构下采用双绞线电缆。

(2)PROFIBUS第2层,由MAC与FLC二个子层及FMA1/2组成,现简述如下:

1)MAC。MAC是介质存取控制子层的缩写,他描述了连接到传输介质的总线存取方法。由于PROFIBUS采用的是主/从(Master/slave)通信模式,所以PROFIBUS采用了一种混合访问方法。即在主站(Master Station)之间用令牌传递的方法;而为了使从站之间也能传递信息,采用了主站对所属从站进行循环查询的方法,图2描述了上述二种方法。

2)FLC。FLC是现场总线链路控制子层的缩写,他规定了对低层接口(LLI)有效的第2层服务,提供服务访问点(SAP)的管理与LLI相关的缓冲器。

3)FMA1/2。第2层的现场总线管理(FMA1/2)完成第2层(MAC)特定的总线参数的设定和第1层(PHY)的设定。FLC和LLI之间的SAP可以通过FMA1/2激活或撤销。此外,第1层和第2层可能出现的错误事件会被传递到更高层FMA7。

(3)PROFIBUS第3层至第6层设有具体应用,但这些层要求的任何重要功能都已经集成在LLI中,如包括连接监控和数据传输的监控。

(4)PROFIBUS第7层

1)LLI。LLI是低层接口的缩写,他将现场总线信息规范(FMS)的服务映射到第2层(FLC)的服务。除了上面已经提到的监控连接或数据传输,LLI还检查在建立连接期间用于描述一个逻辑连接通道的所有重要参数,可以在LLI中选择不同的连接类型,主/主连接或主/从连接。数据交换既可是循环的还可是非循环的。

2)FMS。FMS是现场总线信息规范子层的缩写,他将用于通信管理的应用服务和用于用户的用户数据(变量、域、程序事件通告)分组。借助于此,才可能访问一个应用过程的通信对象。FMS主要用于协议数据单元(PDU)的编码和译码。

3)FMA7。与第2层类似,第7层还有现场总线管理(FMA7)。FMA7保证FMS和LLI子层的参数化以及总线参数向第2层(FMA1/2)的传递。在某些应用过程中,还可以通过FMA7把各子层的事件和错误显示给用户。

(5)PROFIBUS ALI

ALI。ALI是位于第7层之上的应用层接口的缩写,他构成了到应用过层的接口。ALI的目的是将过程对象转换为通信对象。转换的原因是每个过程对象都是由他在所谓的对象字典(OD)中的特性(数据类型、存取保护、物理地址)所描述的。



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