(最终)浅析PROFIBUS-DP通讯技术

浅析PROFIBUS-DP通讯技术
（215123苏州万龙电气集团股份有限公司陈林龙）
摘要：本文简要的分析了PROFIBUS-DP的基本功能，同时就其中的数据传输技术进行了重点分析，接着分析了该技术在一些领域的应用，文章最后就该技术在实际运行中可能会出现的故障做了探讨。

关键词：PROFIBUS-DP传输技术总线技术
一、PROFIBUS-DP的基本功能
中央控制器读取从设备的输入信息并发送输出信息这一过程具有周期性。

总线循环时间需要比中央控制(PLC)的程序循环时间短。

通过相关研究表明，在大多数的应用场合中程序循环的时间一般约为l0ms。

除了循环的用户数据传输外，PROFIBUS-DP同样提供了强有力的组态功能。

数据通信是由主站和从站上的监控功能进行监控的。

PROFIBUS—DP的基本功能可以总结如下：
（1）传输技术：在实际工作中可以根据最大传输速率的不同来选用电缆和光缆两种传输介质。

（2）现场总线存取：主站间的传递方式往往是令牌式传递，而主站与从站之间的传递方式为主一从传送，支持单主或多主系统。

在对总线上的设备数量进行选择时，需要根据实际情况来定。

（3）通信功能：使用点对点(用户数据传送)或广播(控制指令)；循环主一从用户数据传送和非循环主一主数据传送。

当用户数据在DPMI从站之间进行传输时，此时便需要按照确定的递归顺序自动执行。

值得注意的一点是：DPMl和DP从站之间的数据传送一般可以分为三个阶段，分别是：参数设定、组态配置、数据交换。

（4）运行模式：PROFIBUS—DP规范中对系统行为进行了详细的描述，以便能够在一定程度上保证各种设备的互换性。

系统行为的确定往往需要根据DPMl的操作状态，这些状态由本地或总体的配置设备所控制，往往有如下三种状态：（1）运行：输入和输出数据的循环传送DPM1由DP从站读取输入信息并向DP从站写入输出信息；（2）清除：DMP1读取DP从站的输入信息并使输出信息保持为故障-安全状态；（3）停止：只能进行主-主数据传送DMP1和DP从站之间没有数据传送。

二、PROFIBUS—DP数据传输技术
2.1通讯原理
PROFIBUS—DP使用了第1层（物理层）、第2层（数据链路层）和用户接口层，由于工业上的特殊需要省略了3~6层。

物理层：PROFIBUS—DP的物理层在很多地方与OSI参考模型的第1层相类似，它们的主要功能基本上都是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以透明地传送比特流。

就其传输技术而言，一般为半双工通信方式，传输速率的范围为
1
12
6.9−
⋅
−s
Mbit
k，对应
的最大通讯距离约为1200m，在实际工作中可以根据最大传输速率来选择传输电缆。

需要注意的一点是：当处于电磁干扰比较大的环境时，一般可以使用光纤导体，以便可以在一定程度上增大传输的距离。

数据链路层：就PROFIBUS—DP的数据链路层而言，其主要是通过数据链路层协议，往往能够在不可靠的物理链路上实现比较可靠的数据传输。

就其中的介质存取方式而言，可以大致的分为如下两类：（1）令牌总线方式，令牌在总线上的各主站间传递，持有令牌的主站获得总线控制权，该主站依照关系表与从站或其它主站进行通信；（2）主从方式，当主站与从站之间的周期性数据传输采用主从方式，主站向从站发送或索取信息。

应用层：在PROFIBUS—DP网中，技术人员自己定义了一个第8层—用户层，这一层与用户接触比较多，它的主要作用在于可以方便的定义DP的功能、行规及扩展功能。

2.2PROFIBUS—DP的系统结构
就系统结构中的配置而言，一般包括如下几个方面：站点数目、站点地址和输入输出数据的格式，诊断信息的格式以及所使用的总体参数。

设备的形式决定着系统输入和输出信息量的大小，就目前的技术而言，我国允许的输入和输出信息最多不超过246字节。

主站与从站之间的通信是通过主从原理来实现的，主站按轮询表依次访问从站，主站与从站之间周期地交换用户数据。

总线存取方式能够实现如下几种情况：（1）纯主主系统；（2）纯主--从系统，当系统中存在若干个从站和一个主站时，该主站便会循环地发送信息给从站或由从站获取信息；（3）两种方式共同存在，多个主站与各自的从站构成相互独立的子系统。

每个子系统存在一个DPM1、制定若干从站以及可能的DPM2设备。

三、PROFIBUS—DP技术的应用
PROFIBUS—DP技术是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制
的现场总线技术，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字化通信和现场层通信网络。

3.1PROFIBUS—DP总线用于工厂自动化系统中
就一个工厂自动化系统而言，其往往包括三级网络结构，它们分别是现场级、车间级和工厂管理级。

基于现场总线PROFIBUS—DP的控制系统一般位于自动化系统的底层，即所谓的现场级。

（1）现场设备层：该设备层的一个主要功能便是连接现场的各种相关设备，以便可以及时地完成现场设备控制及设备间的连锁控制。

（2）车间监控层：该层的主要功能在于完成车间主生产设备之间的连接。

（3）工厂管理层：如果想及时地将车间生产数据送到车间管理层，则需要将集线器与车间办公管理网进行连接。

3.2PROFIBUS—DP控制系统组成
就该控制系统而言，其大致是由如下几个部分组成的：（1）一类主站，实际指的是PLC、PC或可做一类主站的控制器，该主站的主要功能在于完成总线通信控制与管理；（2）二类主站，指的是操作员工作站、编程器、操作员接口等，其主要的功能在于完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。

（3）DP从站，主要功能在于进行输入和输出信息采集和发送到外围设备。

四、常见故障分析及解决方法
4.1DP通讯不正常
当遇到DP通讯不正常时，可以首先对上位机的硬件配置进行检查，检查其是否与现场设备的一致，同时也应该对波特率的设置进行检查，防止设置的过高。

当上位机和CPU的运行都正常时，则需要检查下位机网卡。

通过以往的检验，在检查这一部分时需要重点检查的是：（1）DP线连接是否存在松动；（2）DP接头是否存在一定的损坏；（3）DP线是否存在短路现象。

4.2通讯不定时丢失
这种情况是最常见的通讯干扰，往往也是比较难解决的干扰。

一当出现了这种情况，便需要从设备、接线、DP线长度、节点数等多环节进行逐一查找故障源。

与此同时，外部电磁干扰也能够在一定程度上导致通讯的不定时丢失。

4.3加入设备无显示并出现干扰
这一现象的出现很有可能是因为DP地址冲突所致。

上位机硬件组态中的地址与实际设备不相符，进而导致网络不能够识别。

此时便可以对地址及硬件组态进行核实以便解决这一
问题。

实际经验告诉我们，当DP线过长时也有可能导致看不到新加的设备，或即便可以看到但通讯不正常等情况．鉴于此，当遇到这一情况时，我们应从地址冲突和DP线距离两个方面查找原因，解决问题。

在实际情况中，DP通讯故障往往与电气施工不当有一定的联系，比如上述中的：DP 头接线存在问题，DP线剥离的长短不符合要求，或在现场施工过程中出现电缆拉伤、压伤等。

由信号干扰而导致的DP通讯故障并不多见。

所以在实际工作中，一旦遇到问题时，可以先从硬件入手检查判断故障原因。

五、结语
就PROFIBUS—DP的应用趋势而言，其可能会向以下几个方面重点发展：（1）PROFIBUS—DP在网络性能中的推进，考虑到控制系统对网络的性能如可靠性、实时性将会有越来越高的要求，因此PROFIBUS—DP与现场设备之间的通讯将成为研究热点；（2）为了更好地适应市场需要，相关技术人员推出了一种基于以太网通信的解决方案，该方案能够在一定程度上为PROFIBUS总线网络系统提供与以太网的有机连接。

目前，由于PROFIBUS的自身性能等各方面的优势以及PLC各大生产商的支持，得到了广泛地应用。

我相信PROFIBUS将会有更大的发展空间，有望成为在最有发展前景的现场总线。

参考文献：
［1］于浩洋，PROFIBUS现场总线概述［J］自动化与仪表，2002
［2］冯地斌，吴波PROFIBUS现场总线技术［J］自动化与仪器仪表，2002。