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2025-09-30
PROFIBUS-DP系统组成和总线访问控制
【摘要】：2类主站在PROFIBUS-DP系统中，2类主站是一个编程器或一个管理设备，可以执行一组DP系统的管理与诊断功能。从站从站是PROFIBUS-DP系统通信中的响应方，它不能主动发出数据请求。一个PROFIBUS-DP网络最多可以有127个主站，在应用实时性要求较高时，主站个数一般不超过32个。典型DP系统的组成结构如图4-5所示。在PROFIBUS-DP系统中，这种混合总线访问控制方式允许有如下的系统配置：·纯主-主系统。
1.系统组成
PROFIBUS-DP总线系统设备包括主站（主动站，有总线访问控制权，包括1类主站和2类主站）和从站（被动站，无总线访问控制权）。当主站获得总线访问控制权（令牌）时，它能占用总线，可以传输报文，而从站仅能应答所接收的报文或在收到请求后传输数据。
（1）1类主站
1类DP主站能够对从站设置参数，检查从站的通信接口配置，读取从站诊断报文，并根据已经定义好的算法与从站进行用户数据交换。1类主站还能用一组功能与2类主站进行通信。所以1类主站在DP通信系统中既可作为数据的请求方（与从站的通信），也可作为数据的响应方（与2类主站的通信）。
（2）2类主站
在PROFIBUS-DP系统中，2类主站是一个编程器或一个管理设备，可以执行一组DP系统的管理与诊断功能。
（3）从站
从站是PROFIBUS-DP系统通信中的响应方，它不能主动发出数据请求。DP从站可以与2类主站（对其设置参数并完成对其通信接口的配置）或1类主站进行数据交换，并向主站报告本地诊断信息。
2.系统结构
一个DP系统既可以是一个单主站结构，也可以是一个多主站结构。主站和从站采用统一编址方式，可选用0～127共128个地址，其中127为广播地址。一个PROFIBUS-DP网络最多可以有127个主站，在应用实时性要求较高时，主站个数一般不超过32个。
单主站结构是指网络中只有一个主站，且该主站为1类主站，网络中的从站都隶属于这个主站，从站与主站进行主从数据交换。
多主站结构是指在一条总线上连接几个主站，主站之间采用令牌传递方式获得总线控制权，获得令牌的主站和其控制的从站之间进行主从数据交换。总线上的主站和各自控制的从站构成多个独立的主从结构子系统。
典型DP系统的组成结构如图4-5所示。
图4-5 典型DP系统的组成结构
3.总线访问控制
PROFIBUS-DP系统的总线访问控制要保证两个方面的需求：一方面，总线主站节点必须在确定的时间范围内获得足够的机会来处理它自己的通信任务；另一方面，主站与从站之间的数据交换必须是快速且具有很少的协议开销。
DP系统支持使用混合的总线访问控制机制，主站之间采取令牌控制方式，令牌在主站之间传递，拥有令牌的主站拥有总线访问控制权；主站与从站之间采取主从的控制方式，主站具有总线访问控制权，从站仅在主站要求它发送时才可以使用总线。(https://www.chuimin.cn)
当一个主站获得了令牌，它就可以执行主站功能，与其他主站节点或所控制的从站节点进行通信。总线上的报文用节点地址来组织，每个PROFIBUS主站节点和从站节点都有一个地址，而且此地址在整个总线上必须是唯一的。
在PROFIBUS-DP系统中，这种混合总线访问控制方式允许有如下的系统配置：
·纯主-主系统（执行令牌传递过程）。
·纯主-从系统（执行主-从数据通信过程）。
·混合系统（执行令牌传递和主-从数据通信过程）。
（1）令牌传递过程
连接到DP网络的主站按节点地址的升序组成一个逻辑令牌环。控制令牌按顺序从一个主站传递到下一个主站。令牌提供访问总线的权利，并通过特殊的令牌帧在主站间传递。具有HAS（Highest Address Station，最高站地址）的主站将令牌传递给具有最低总线地址的主站，以使逻辑令牌环闭合。
令牌经过所有主站节点轮转一次所需的时间称为令牌循环时间（Token Rotation Time）。现场总线系统中令牌轮转一次所允许的最大时间称为目标令牌时间（Target Rotation Time，TTR），其值是可调整的。
在系统的启动总线初始化阶段，总线访问控制通过辨认主站地址来建立令牌环，并将主站地址都记录在活动主站表（List of Active Master Stations，LAS，记录系统中所有主站地址）中。对于令牌管理而言，有两个地址概念特别重要：前驱站（Previous Station，PS）地址，传递令牌给自己的站的地址；后继站（Next Station，NS）地址，将要传递令牌的目的站地址。在系统运行期间，为了从令牌环中去掉有故障的主站或在令牌环中添加新的主站而不影响总线上的数据通信，需要修改LAS。纯主-主系统中的令牌传递过程如图4-6所示。
图4-6 纯主-主系统中的令牌传递过程
（2）主-从数据通信过程
一个主站在得到令牌后，可以主动发起与从站的数据交换。主-从访问过程允许主站访问主站所控制的从站设备，主站可以发送信息给从站或从从站获取信息，其数据传递如图4-7所示。
图4-7 主-从数据通信过程
如果一个DP总线系统中有若干从站，而它的逻辑令牌环只含有一个主站，这样的系统称为纯主-从系统。
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