PROFIBUS 规范2.docx

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PROFIBUS规范2

PROFIBUS规范—标准部分

第二部分：

物理层规范和服务定义

PROFIBUSSpecification-NormativeParts

Part2:

PhysicallayerSpecificationandServiceDefinition

第二部分物理层规范和服务定义

目录页码

1

范围...........范围....................................................................................................................................3

2

引用标准和附加引用材料...............................................................................................3

3

概论...................................................................................................................................4

3.1

术语...................................................................................................................................4

3.1.1

定义....................................................................................................................................4

3.1.2

缩略语..............................................................................................................................6

3.2

基本特性...........................................................................................................................12

3.3

特征..................................................................................................................................13

3.4

范围.................................................................................................................................14

4

数据传输（物理介质，物理层）..................................................................................15

4.1

类型1..............................................................................................................................16

4.1.1

电气特性..........................................................................................................................16

4.1.2

连接器技术、机械和电气规范......................................................................................18

4.1.2.1

总线连接器.....................................................................................................................18

4.1.2.2

接点规定.........................................................................................................................18

4.1.2.3

总线电缆..........................................................................................................................19

4.1.2.4

接地，屏蔽.......................................................................................................................20

4.1.2.5

总线终端器......................................................................................................................20

4.1.3

传输方法.........................................................................................................................20

4.1.3.1

位编码..............................................................................................................................20

4.1.3.2

收发器控制.....................................................................................................................23

4.2.

物理层（PHY）和介质存取及传输协议（FDL）间的接口.....................................21

4.2.1

交互作用的概述............................................................................................................21

4.2.2

服务和交互作用的详细规范........................................................................................22

4.2.3

电气要求和编码............................................................................................................22

4.3

物理层和介质冗余（可选）........................................................................................23

附录2-A

（信息）............................................................................................................................24

实例.

24

2-A.1

中继器...............................................................................................................................24

2-A.2

PROFIBUS控制器的结构..............................................................................................25

2-A.3

若干个总线与一个控制站连接的系统..........................................................................26

2-A.4

冗余控制站....................................................................................................................27

2-A.5

总线分析/诊断单元（总线监视器）..............................................................................28

2-A.6

报文速率、系统响应时间和令牌轮转时间的特性.....................................................29

1范围

本规范定义串行现场总线的功能、电气和机械的特性。

串行现场总线是为自动化系统现场的应用而设计的。

这些应用的一个重要要求是使用简单的传输介质（2或4线电缆），多种总线拓扑，如线性或树型总线拓扑。

更进一步的要求是支持实现低功耗、低成本和实时特性（即，确保响应时间）。

在许多情况下，也必须考虑电磁干扰，有时还需考虑有易爆气体的危险区域。

本规范既支持没有总线控制能力的简单的输入/输出现场设备，还支持有总线控制能力的较高级的（智能的）设备，如可编程逻辑控制器（PLC）等。

为了满足上述这些要求，采用有效地发送短报文和在商品化的集成电路中实现协议，如带内部UART（通用的异步收发器）的单片微处理器。

本规范的目的是花最小的成本使多家制造商生产的现场设备互连，并将它们集成为一个分散的控制系统，且确保实现通信。

通常，这称之谓“开放系统互连（OSI）”。

进一步的目标是透明的、容易地访问更高一级的控制系统。

由本规范提供的开放协议确保灵活性并允许实现具有多种系统配置和功能结构的不同的应用。

本规范的这一部分根据ISO/OSI分层模型（参考ISO7498）定义物理介质和物理层。

数据链路层、数据链路层与应用层之间的接口及管理层将在第三部分、第四部分中说明。

物理层（类型1）是根据EIA标准RS-485制定的，它不包含本质安全（IS）的要求。

类型2（根据GB/T16657.2）包含本质安全的要求。

本规范的第五、六、七部分描述应用层和相关的管理。

2引用标准和附加引用材料

DIN19241-2:

1985测量，控制，调节；位串行过程总线接口系统；传输协议各单元与

通信结构

DIN66259-3:

1983平衡双流互换电路的电气特性

DIN57800/VDE0800:

1984远程通信技术；设备的建立与运营

DINVDE0160:

1988带电子仪器的强电设备装置

来源于DIN标准：

BeuthVerlagGmbH

Burggrafenstr.6

D-10772Berlin

Germany

CCITTV.11：

1976平衡的双向电流交互电路的电气特性，此电路通常用于数据通信现场的带集成电路的装置。

CCITTV.24：

1964对数据终端装置和数据终止电路装置间互换电路的定义表。

IEC807-3：

1990频率低于3MHz的矩形接连器，第三部分。

IEC870-5-1：

1990远程控制设备和系统，第五部分：

传输协议；第一节：

传输帧格式。

IEC870-5-2：

1992远程控制设备和系统，第五部分：

传输协议；第二节：

链路传输过程。

GB/T9469：

1998分布式过程控制系统的过程数据通路，类型C（PROWAYC）。

GB/T15969.2：

1992可编程控制器，第二部分：

设备要求和测试。

GB/T16657.2：

1993在工业控制系统中用的现场总线标准，第二部分：

物理层规范和服务定义。

ISO1177：

1985信息处理―面向传输的开始/停止和同步字符的字符结构

ISO2022：

1986信息处理―ISO7位和8位编码字符集―编码扩充技术。

ISO7498：

1984信息处理系统，开放系统互连基本参考模型

ISO8802-2：

1998信息处理系统，局域网―第二部分：

逻辑链控制

ISO/IECJTC1/局域网标准：

逻辑链路控制－类型3操作，应答无联接服务。

SC6N4960：

1988

EIARS-422-A：

1978平衡电压数字接口电路的电气特性

EIARS-485：

1983在平衡数字多点系统中使用的发送器和接收器的电气特性标准。

3概论

3.1术语

由于技术术语的多义性和对现有国际性总线标准关联的需求，因此，对有限范围内的技术术语给予明确的定义是必要的。

3.1.1定义

定义含义

应答帧从远程（响应的）FDL实体向本地（发起的）FDL实体传送

一个“事务处理”的状态

主动帧一个数据帧或请求帧，在所有“事务处理”中它是第一个被

传输的帧

非循环服务一个FDL服务，它包括单个数据传输或数据交换，例如，

单个“事务处理”

地址扩展一个LSAP地址或总线ID，它在帧的DATA_UNIT的开始处

被传输。

位时间FDL符号周期，即传输一个位所需的时间

确认确认原语，例如，通知本地FDL用户一次事务处理的成功或失败

及状态，当有请求数据时，还传送请求数据给本地FDL用户。

控制器类型一个站的通用实现类型（速度）和作用（role）

当前主站现在持有令牌的主站（令牌持有者），它是所有传输的发起者。

循环服务按本地FDL用户指定的轮询表对多个远程FDL用户重复一个非循

环FDL服务

数据帧一个主动帧，它把发送数据从本地FDL用户送到远程FDL用户

数据请求帧一个主动帧，它把发送数据和请求数据的请求从本地FDL用户送

到远程FDL用户

实体协议的硬件/软件的具体体现

FDL状态FDL实体的“令牌环”状态，该实体在回答帧的FC字段中传送。

现场总线管理协议/实体，它初始化、监视、报告和管理FDL和PHY实体的

运行

帧在总线上传输的数据包（“packet”）

帧首帧最前端的部分，它标识帧的SA,DA和FC

GAP维护一个FDL实体为了测定在它的GAP中所有FDL实体

的FDL状态所采取的动作（请求FDL状态）。

指示指示原语，例如，通知数据帧或请求帧要到达的远程FDL用户，

若有发送数据时，将发送数据传送给远程FDL用户。

活动表所有在活动的主站和从站的表（一个站活动与否取决于它的FDL

状态）

本地FDL用户在当前主站中的FDL用户，当前主站启动当前数据传输事务处理

轮询循环对当前轮询表中所有请求都执行一次

轮询表由当前循环请求所寻址的远程FDL用户的顺序表

请求数据由远程FDL用户提供给本地FDL用户的数据

远程FDL用户一个“事务处理”所寻址的（响应的）FDL用户

回答帧一个回答或应答帧，它完成一个需确认的事务处理。

请求请求原语，例如，为了发送发送数据和/或请求请求数据或装入

更新，从本地FDL用户向本地FDL实体传送一个请求。

请求帧一个主动帧，它把为了获得请求数据的请求从本地FDL

用户送到远程FDL用户。

响应帧一个回答帧，它把请求数据从远程FDL用户送到本地FDL

用户。

发送数据由本地FDL用户提供给远程FDL用户的数据

令牌持有者主站中FDL实体的一种属性，它把控制总线存取的唯一

权力给予此主站。

（当前主站）。

事务处理在发起的（本地）FDL或FMA1/2用户与响应的（远程）

FDL用户或FDL/FMA1/2实体间进行的一个完整的确认或非确认

的交互作用（数据传输）。

需确认的由如下成份组成的事务处理：

单个主动帧和响应它的回答帧以及因发起主站收到非期望的回答帧而引起的重试。

无需确认的由单个数据帧组成的事务处理

令牌传递此事务处理由令牌帧、成功传递的确认和对不存在站的空闲地址

（此地址在GAPL中，但对请求FDL状态帧不响应）所必须的重

试组成。

3.1.2缩略语

A主动站

ACK应答帧

APP应用层7,OSI模型中的第7层

AWG美国线规

BusID总线标识,一种地址扩展（区域/段地址），它标识一个特别的PROFIBUS段

作为PROFIBUS段（FDL）之间的支持路线

CCITT国际电话/电报咨询委员会

CNC计算机数值控制

CNTR控制信号

Con确认原语

CSRD循环地发送和请求数据需回答，是一种FDL服务

DA帧的目的地址

DAE帧的目的地址扩展，它传送DSAP和/或目的BusID

DGND数据地（PHY,RS-485）

DIN德国工业标准

DMA直接存储器存取

DPRAM双口RAM（随机存取存储器）

DS未连接的站，该站的本地FDL/PHY控制器不在逻辑令牌环中或从总线上断开

（服务原语的参数L/M_status值之一）

DSAP目的服务存取点，标识远程FDL用户的LSAP

ED帧的结束定界符

EIA电子工业协会

EMC电磁兼容性

EMI电磁干扰

EXT帧的地址扩展字段

FC帧的帧控制（帧类型）字

FCB帧（FC字段）的帧计数位，用于去除丢失或重复的帧

FCS帧的帧检验序列（检验和），用于检查错误的帧

FCV帧计数位有效，指示FCB是否要被评估

FDL现场总线数据链路层，OSI模型中的第2层

FMA1/2现场总线第1层和第2层管理

FOW光纤波导

GGAP更新因子，在GAP维护（修改）循环之间令牌轮转次数

GAP在逻辑令牌环中从本站（TS）到下一站（NS）间的站地址范围，地址超过HSA

的站除外。

GAPLGAP表，它包含本站的GAP中的所有站的状态

Hd海明距离，帧完整性的一种度量，能接收伪帧的最小的位出错数

HSA安装在此PROFIBUS总线段中的最高站地址IEC国际电工委员会

IEEE美国电气与电子工程师学会

ind指示原语

ISO国际标准化组织

L信息字段长度，帧的此部分由FCS检查

LAS主动站（主站）表

LE在帧的固定部分之前规定帧长度的字段

LEr为了增加帧完整性重复帧长度的字段

LR本地资源不可用或不充分（服务原语的参数L/M-Staus值之一）

LS本地服务在服务存取点或在本地LSAP未被激活服务原语的参数L/M_status值

之一）

LSAP链路服务存取点，标识特定站中的一个FDL用户

LSB一个字段或八位位组中的最低有效位

L_pdu链路协议数据单元

L_pci链路协议控制信息

L_sdu链路服务数据单位

LSS总线选择开关（PHY），选择两条冗余介质中的一条

M主站，这种站在令牌环中占有位置，是一个全功能的站，它的FDL用户能起

动数据传送事务处理

MC报文循环

mp每一轮询表的重试数

MSAP管理服务存取点，本站的FMA1/2实体使用它来与其他FMA1/2实体通信

MSB一个字段或八位位组的最高有效位

mt每令牌轮转的重试数

n站数

na主动站（主站）数

NA无应答/响应

NIL本地的现存值，但在本标准中不确定

NO不行，（服务原语的参数L/M_Status值之一）

np从站（被动站）数）

NR无响应，FDL/FMA数据应答否定，而发送数据通过（服务原语的参数

L/M_Status值之一）。

NRZ不归零（PHY），一种编码技术，仅当后继数据位有不同的值时才发生转变。

NS下一个站（FDL），本主站将传递令牌给它

OK行，依规则完成了服务（服务原语的参数L/M_Status值之一）

OSI开放系统互连

PBCPROFIBUS控制器

PC可编程序控制器

PHY物理层,OSI模型中的第1层

PI并行接口

PON站进入通电状态

PS前一站（FDL），令牌是由它传递给本主站的

R接收器（PHY）

Rd对总线终端器的DGND的下拉电阻

RAM随机存取存储器

RDH响应FDL数据高且无资源发送数据，服务原语的参数L/M_Status值之一）

RDL响应FDL/FMA1/2数据低且对发送数据无资源服务原语的参数L/M_Status值之

一）

RET重试

REP中继器,一种装置，用它来扩展PROFIBUS系统支持的距离和站数。

Req请求原语

Res保留

Ru对总线终端器VP的上拉电阻

RP备用电源

RR发送数据无资源且不响应FDL数据（否定的应答），（服务原语的参数L/M_Status值之一）

RS在远程服务存取点上无服务或无激活的Rem_add（否定的应答），（服务原

语的参数L/M-Status值之一）

RSAP回答服务存取点，一种LSAP，在此服务存取点可得到请求数据。

Rsys系统速率,全部报文循环速率，需确认的FDL事务处理以此速率执行

Rt总线终端器的线路终端电阻

RxD接收数据信号（PHY，RS-485）

S从站，此站永远不能持有令牌，是一个简单功能站，它的FDL用户仅能响应主

站中发起的FDL用户的请求。

SA帧的源地址SAE帧的源地址扩展，它传送SSAP和/或源BusID

SAP服务存取点，在不同协议层中的实体之间相互作用的点

SC单字符应答帧

SD帧的起始定界符

SDA发送数据需应答（