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2023-09-20
PROFIBUS-DP系统工作原理及应用
【摘要】：下面以图6-8所示的PROFIBUS-DP系统为例，介绍PROFIBUS系统的工作过程。这是一个由多个主站和多个从站组成的PROFIBUS-DP系统，包括2个1类主站、1个2类主站和4个从站。图6-8 PROFIBUS-DP系统实例系统从上电到进入正常数据交换工作状态的整个过程可以概括为以下四个工作阶段。LAS的形成即标志着逻辑令牌环初始化的完成。由DP从站提交的诊断数据包括符合标准的诊断部分以及此DP从站专用的外部诊断信息。图6-10 DP从站报告出现诊断报文的流程
下面以图6-8所示的PROFIBUS-DP系统为例，介绍PROFIBUS系统的工作过程。这是一个由多个主站和多个从站组成的PROFIBUS-DP系统，包括2个1类主站、1个2类主站和4个从站。2号从站和4号从站受控于1号主站，5号从站和9号从站受控于6号主站，主站在得到令牌后对其控制的从站进行数据交换。通过用户设置，2类主站可以对1类主站或从站进行管理监控。上述系统搭建过程可以通过特定的组态软件（如Step7）组态而成，由于篇幅所限这里只讨论1类主站和从站的通信过程，而不讨论有关2类主站的通信过程。
图6-8 PROFIBUS-DP系统实例
系统从上电到进入正常数据交换工作状态的整个过程可以概括为以下四个工作阶段。
1.主站和从站的初始化
上电后，主站和从站进入Offline状态，执行自检。当所需要的参数都被初始化后（主站需要加载总线参数集，从站需要加载相应的诊断响应信息等），主站开始监听总线令牌，而从站开始等待主站对其设置参数。
2.总线上令牌环的建立
主站准备好进入总线令牌环，处于听令牌状态。在一定时间（Time-out）内主站如果没有听到总线上有信号传递，就开始自己生成令牌并初始化令牌环。然后该主站做一次对全体可能主站地址的状态询问，根据收到应答的结果确定活动主站表LAS和本主站所辖站地址范围GAP，GAP是指从本站地址（This Station，TS）到令牌环中的后继站地址NS之间的地址范围。LAS的形成即标志着逻辑令牌环初始化的完成。
3.主站与从站通信的初始化
DP系统的工作过程如图6-9所示，在主站可以与DP从站设备交换用户数据之前，主站必须设置DP从站的参数并配置此从站的通信接口，因此主站首先检查DP从站是否在总线上。如果从站在总线上，则主站通过请求从站的诊断数据来检查DP从站的准备情况。如果DP从站报告它已准备好接收参数，则主站给DP从站设置参数数据并检查通信接口配置，在正常情况下DP从站将分别给予确认。收到从站的确认回答后，主站再请求从站的诊断数据以查明从站是否准备好进行用户数据交换。只有在这些工作正确完成后，主站才能开始循环地与DP从站交换用户数据。在上述过程中，交换了下述三种数据。
图6-9 DP系统的工作过程(www.chuimin.cn)
（1）参数数据
参数数据包括预先给DP从站的一些本地和全局参数以及一些特征和功能。参数报文的结构除包括标准规定的部分外，必要时还包括DP从站和制造商特有的部分。参数报文的长度不超过244B，重要的参数包括从站状态参数、看门狗定时器参数、从站制造商标识符、从站分组及用户自定义的从站应用参数等。
（2）通信接口配置数据
DP从站的输入/输出数据的格式通过标识符来描述。标识符指定了在用户数据交换时输入/输出字节或字的长度及数据的一致刷新要求。在检查通信接口配置时，主站发送标识符给DP从站，以检查在从站中实际存在的输入/输出区域是否与标识符所设定的一致。如果一致，则可以进入主从用户数据交换阶段。
（3）诊断数据
在启动阶段，主站使用诊断请求报文来检查是否存在DP从站和从站是否准备接收参数报文。由DP从站提交的诊断数据包括符合标准的诊断部分以及此DP从站专用的外部诊断信息。DP从站发送诊断报文告知DP主站它的运行状态、出错时间及原因等。
4.用户的交换数据通信
如果前面所述的过程没有错误而且DP从站的通信接口配置与主站的请求相符，则DP从站发送诊断报文报告它已为循环地交换用户数据做好准备。从此时起，主站与DP从站交换用户数据。在交换用户数据期间，DP从站只响应对其设置参数和通信接口配置检查正确的主站发来的Data Exchange请求帧报文，如循环地向从站输出数据或者循环地读取从站数据。其他主站的用户数据报文均被此DP从站拒绝。在此阶段，当从站出现故障或其他诊断信息时，将会中断正常的用户数据交换。DP从站可以使用将应答时的报文服务级别从低优先级改变为高优先级来告知主站当前有诊断报文中断或其他状态信息。然后，主站发出诊断请求，请求DP从站的实际诊断报文或状态信息。处理后，DP从站和主站返回到交换用户数据状态，主站和DP从站可以双向交换最多244B的用户数据。DP从站报告出现诊断报文的流程如图6-10所示。
图6-10 DP从站报告出现诊断报文的流程
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