PROFIBUS协议分析和系统应用PDF电子书下载

1.1 PROFIBUS的发展现状 1

第1章　PROFIBUS的发展与国际标准 1

1.2 PROFIBUS的分类和它与国际标准的关系 2

1.2.1 PROFIBUS的分类简介 2

1.2.2　PROFIBUS与国际标准的关系 2

1.3 PROFIBUS的国际化标准发展过程 6

1.4 PROFIBUS的系统组成和通信协议简述 9

1.4.1 PROFIBUS的系统组成 9

1.4.2 PROFIBUS的通信协议简述 9

第2章　PROFIBUS的物理层 11

2.1 RS-485物理传输方式 11

2.1.1 电缆技术数据 11

2.1.2　电缆连接头 12

2.1.3　信号传输特性 13

2.2　本质安全的传输方式——适用于PROFIBUS-PA 15

2.2.2 PA电缆上的信号传输和连接示意图 16

2.2.1 PA电缆的技术数据 16

2.2.3 FISCO模型的简述 18

2.3　光纤电缆传输方式 19

2.3.1　光纤电缆特性 20

2.3.2 FO总线的连接 20

第3章　PROFIBUS的数据链路FDL层 22

3.1　基本的FDL层服务功能集 22

3.1.1　数据传输功能 22

3.1.2　管理功能 24

3.2　数据传输格式 25

3.2.1 UART编码 25

3.2.2　报文帧的格式和定义 26

3.3 PROFIBUS的MAC协议 31

3.3.1 PROFIBUS的Token_Passing的原理 31

3.3.2　基于Token_Passing的主从轮询协议的运行机理详述 32

3.3.3 PROFIBUS的主站 34

3.3.4　逻辑环的管理 36

3.3.5　令牌目标循环时间的设置 38

3.3.6　数据通信任务的优先级别 39

3.3.7 Token_Passing协议的状态机 40

3.4 PROFIBUS的总线时序关系 41

第4章　PROFIBUS的周期性数据交换MS0 43

4.1 PROFIBUS的数据通信模型 43

4.2 PROFIBUS的从站 45

4.2.1　从站状态机 45

4.2.2　从站的初始化过程中相关问题 46

4.2.3　从站的逻辑结构模型 47

4.3　从站初始化过程中的主站 48

4.3.1　从站初始化过程中主站各种服务和SAP点 48

4.3.2　主站的模式变化和从站的错误安全保障状态 49

4.3.3　主站的逻辑结构 50

4.4　从站地址的改变 51

4.5　从站的参数赋值过程详述 52

4.5.1　参数的编码 53

4.5.2　参数赋值在GSD文件中的定义举例 56

4.5.3　参数赋值帧的格式 57

4.6　组态配置 58

4.6.1　从站的数据结构 58

4.6.2　组态配置的验证 61

4.6.3 GSD中的配置部分的描述 63

4.7　诊断 63

4.7.1　诊断过程中的帧结构和顺序 64

4.7.2　诊断信息详解 65

4.8 PROFIBUS-DP的GSD文件 72

4.8.1 GSD文件的引入 72

4.8.2 GSD文件的生成和举例 73

4.9 PROFIBUS的周期时间 76

第5章　非周期交换任务MS1和MS2 79

5.1.2 DP-V1参数赋值过程 80

5.1 MS1：与Class1主站的非周期性数据通信 80

5.1.1　链接控制 80

5.1.3 MS1通信的内容 82

5.2　非周期通信中的数据模型 83

5.3 MS1非周期数据通信中的读写服务 84

5.3.1 MS1中的读数据服务 84

5.3.2 MS1中的写服务 87

5.4 MS1诊断数据信息和报警处理 87

5.4.1 MS1中报警的产生和处理 88

5.4.2　与报警有关的帧结构 89

5.5 MS1的状态监控信息的处理 92

5.6 MS2非周期性数据交换的通信 94

5.6.1 MS2中的链接建立初始化过程 95

5.6.2　初始化过程中的帧结构 96

5.6.4 MS2中的数据传输 97

5.6.3　读写服务 97

5.6.5　轮询操作 98

5.6.6 MS2服务Abort 98

5.7 GSD文件的扩充（版本3） 99

第6章　IEC61158的扩展DP-V2 101

6.1　等时同步模式 101

6.1.1 DP-V2的总线节拍时序 102

6.1.2　等时同步模式下的时钟偏移 104

6.2　数据在从站间的直接交换DxB 106

6.2.1　DxB的工作方式 106

6.2.2　初始化参数的格式 107

6.3　上传和下载 110

6.4　时钟同步 113

6.5　冗余 116

6.5.1　从站冗余 117

6.5.2　冗余的其他方面 117

6.5.4　通信通道的切换 118

6.5.3　地址的分配 118

6.5.5　冗余操作下的诊断 123

6.5.6　针对冗余模式下的BS模块增加的错误代码 123

6.6 GSD文件的扩充版本4（适合于DP-V2） 124

第7章　PROFIBUS站点的开发与实现 126

7.1 PROFIBUS的站点实现方案 126

7.2 PROFIBUS协议的ASIC芯片一览 128

7.3　适合于简单型从站的ASIC 130

7.3.1 LSPM2结构图和应用详解 130

7.3.2　使用LSPM2的从站构成框图 133

7.4　适合于智能型从站的ASIC 133

7.4.1 SPC3 134

7.4.2 SPC3的内部结构 134

7.4.3 SPC3支持的数据通信 138

7.4.4 SPC3的硬件连接图 139

7.4.5　用于SPC3的软件 140

7.5 SPC4系列芯片 141

7.6 DPC31芯片 142

7.6.1 DPC31的功能详述 142

7.6.2　外部微处理器接口 144

7.6.3　芯片的工艺数据 144

7.6.4 内存和缓冲区的地址分配及通信参数的设置 144

7.7　主站芯片——ASPC2 144

7.7.1 ASPC2的反应时间 145

7.7.2 ASPC2与微处理器的连接 146

7.8　常见桥接辅助芯片介绍 148

7.8.1 SIM11应用 148

7.8.2 用于光纤通信系统接口的FOCSI 149

7.9 Siemens系列ASIC的技术简单总结对比 151

7.10　接口模板 151

7.10.1 IM180主站接口模块 152

7.10.2 IM182-1从站接口模块 153

7.10.3 IM183-1从站接口模块 154

7.11 PROFIBUS的开发包 156

7.10.4 IM184从站接口模块 156

7.11.1 Dev.Kit4 157

7.11.2 Dev.Kit-DP/PA 157

7.11.3　Dev.Kit PROFIsafe 159

7.11.4　各种开发接口模板和开发包的技术汇总 159

第8章　PROFIBUS系统的实现 161

8.1　总体设计 161

8.2 PROFIBUS系统的拓扑结构确定 162

8.3 PROFIBUS的设备选型和开发 166

8.3.1　从站方案 166

8.3.2 主站方案 168

8.3.3　固件的设计 168

8.4 PROFIBUS-DP系统的初始化 169

8.5 PROFIBUS系统实现中的常见错误 171

8.6.1　网络监听器 173

8.6 PROFIBUS的常用诊断工具 173

8.6.2 Siemens的硬件测试设备 175

第9章　PROFIBUS产品的测试和认证 177

9.1 PROFIBUS产品测试与认证 177

9.2　步骤和过程 178

9.3　测试中的常见错误 180

9.4 PROFIBUS产品的认证授权 183

9.5 PROFIBUS产品测试实验室 183

第10章　PROFIBUS-PA介绍 188

10.1 PROFIBUS-PA的基本特点 188

10.2 PROFIBUS-PA的网关——实现DP/PA连接的接口 189

10.2.1　几种不同的网关 189

10.2.2　耦合器 190

10.2.3　链接器 191

10.3.1　对透明的耦合器的初始化配置 192

10.3.2　对非透明的链接器的初始化配置 192

10.3 PA设备的初始化配置 192

10.2.4 Y-Link 192

10.3.3　设备主文件 193

10.4　设备的互操作性 193

10.5 PA设备的非周期数据交换 194

10.6 PROFIBUS-PA总线的安装 195

10.6.1 PA的拓扑结构 195

10.6.2 EN61058-2中规定的电缆 195

10.6.3　屏蔽和接地 196

10.6.4 PA网段的设备数量计算 197

第11章　PROFInet简述 199

11.1 PROFInet的技术特色 200

11.2 PROFInet的网络结构 200

11.2.1 PROFInet的物理层 201

11.2.2 PROFInet中的交换机 201

11.3 PROFInet中的数据交换方式 202

11.3.1　分散式现场设备（PROFInet IO） 202

11.3.2 分布式自动化（PROFInet CBA） 204

11.4 PROFInet通信的实时性 205

11.4.1 PROFInet IO的通信实时性 207

11.4.2 PROFInet CBA的组件之间的通信 207

11.5 PROFInet与别的FCS系统的集成 208

11.5.1　通过代理服务器的集成 208

11.6.1 IP地址的管理 209

11.6.2　诊断管理 209

11.6 IT功能在PROFInet中的集成 209

11.5.2　对各现场总线系统的直接集成 209

11.6.3 Web服务 210

11.6.4　OPC和PROFInet 210

11.7 PROFIBUS和PROFInet的关系 211

第12章　PROFIBUS的新规约简介 214

12.1 PROFIdrive 214

12.2 PA Devices 216

12.6 Remote I/O for PA 218

12.5 Ident System 218

12.4 SEMI.Devices 218

12.3 Fluid Power 218

12.7 PROFIsafe 219

12.8 PROFIBUS上的HART 220

附录A PROFIBUS报文帧结构汇总 222

A1　数据链路层的报文帧 222

A2　用于报文帧识别的SAPs 223

A3 MS0报文帧 224

A3.1　改变工作站地址 224

A3.2　诊断请求 224

A3.3　初始化参数报文帧（Prm_Cmd.req） 227

A3.4 对初始化参数报文帧的响应（Prm_Cmd.res） 228

A3.5　组态配置报文帧（Chk_Cfg.req） 228

A3.6　对配置报文帧的响应 229

A3.9　Read_Outputs 230

A3.10　全程控制报文帧 230

A3.8 Read_Inputs 230

A3.7　数据交换 230

A4　主站对主站的通信（Class1与Class2主站） 231

A4.1 Get_Master_Diag.req 231

A4.2 Get_Master_Diag.res 232

A4.3 Get_Master_Diag.req 232

A4.4　Get_Master_Diag.res 233

A4.6 Get_Master_Diag.res 234

A4.5　Get_Master_Diag.req 234

A4.7 Upload.req 235

A4.8 Upload.res 236

A4.9 Download.req 236

A4.10 Download.res 237

A4.11 Start_Seq.req 238

A4.12 Start_Seq.res 238

A4.13 End_Seq 239

A4.14 Activate_Para_Brct.req 239

A5.1 DP-V1报文的综述 240

A4.15 Activate_Para.req/.res 240

A5 DP-V1报文帧 240

A5.2 DP-V1的初始化参数 241

A5.3 DS_Read.req/DS_Read.res报文帧的结构 242

A5.4　查询报文帧的结构 244

A5.5 MS1数据设置写入服务（DS_Write） 245

A5.6 MS1的报警处理 246

A6 MS2连接 248

A6.1 在初始化请求中用户数据的结构 248

A6.2 MS2服务报文DS_Read和DS_Write 248

A6.3 MS2服务报文Data_Transport 248

A6.4 MS2服务异常中止 249

A7 PROFIBUS-DP数据类型 250

A7.1　整型 250

A7.2　无符号型 250

A7.3　浮点指针（4字节） 250

A7.5 日期和时间 251

A7.4　可视性字符串／字节字符串 251

A7.6　报文结构中个别数据类型的编码 252

A8 IEC61158（DP-V2）中功能扩展的报文 253

A8.1　结构化参数 253

A8.2 Ext_User_Prm报文 254

A8.3 Ext_User_Prm.res数据响应 255

A8.4　时钟报文 255

A8.5　计时同步报文 257

A8.6　用于Upload/Download的报文 259

A8.7　冗余切换报文（Prm_Cmd） 260

A9 DP-V1的出错代码帧 263

附录B　重要术语一览 265

附录C　英文名词索引 268

附录D PROFIBUS国际组织 270

参考文献 276