Profibus-DP协议规范(草案)Profibus-DP规范（草案）1范围和目的 (6)1.1目的 (6)1.2范围 (6)1.3术语 (6)1.4概述 (10)2规范性引用文件 (12)3物理层定义 (12)3.1 RS-485物理传输方式 (12)3.2电气特性 (12)3.3总线连接器 (13)3.4总线电缆 (13)3.5接地，屏蔽 (14)3.6总线终端器 (14)3.7物理层和介质冗余 (15)4链路层定义 (16)4.1数据传输功能 (16)4.2帧结构 (17)4.2.1帧字符（UART字符） (17)4.2.2传输规则 (17)4.2.3位同步 (18)4.3帧格式 (18)4.3.1无数据字段的固定长度的帧SD1 (18)4.3.2有数据字段的固定长度的帧SD3 (19)4.3.3有可变数据字段长度的帧SD2 (19)4.3.4令牌帧SD4 (20)4.4循环和系统响应时间 (21)4.4.1令牌循环时间(Token CycleTime) (21)4.4.2报文循环时间(Message CycleTime) (21)4.4.3系统反应时间(System ReactionTimes) (22)5 PROFIBUS-DP通信模型 (23)5.1协议结构 (23)5.2通信关系 (26)5.3功能概述 (30)6 PROFIBUS-DP应用层实现 (32)6.1 Prifibus DP从站状态机 (32)6.2 Prifibus DP从站初始化报文过程 (32)6.2.1检查从站是否存在 (32)6.2.2初始化前的诊断信息 (32)6.2.3设置从站参数 (33)6.2.4校验组态数据 (33)6.2.5初始化后的诊断信息 (34)6.2.6数据交换 (34)6.2.7从站参数化中Watchdog时间因子 (35)6.3保护测控装置数据在Profibus-DP中的映射 (35)6.3.1遥信及遥测 (36)6.3.2遥控功能 (36)6.3.3远方信号复归 (37)6.3.4装置对时 (37)6.3.5电度量读取 (37)6.3.6定值读写 (37)6.3.7压板读写 (38)6.3.8保护模拟量读取 (38)6.4保护管理机DP主站功能要求 (39)1 范围和目的1.1 目的本规范定义了自动化系统统一的基于串行口的传输规范和应用层规范，使得自动化系统内的设备能够在一致的传输规范上通讯以及相互联系。

1.2 范围本规范适用于电厂及变电站需要通过Profibus-DP协议相互通讯的设备，也可以在其他一些相似的系统中使用。

本规范定义了自动化系统内部基于串行口通讯传输的规定，包括了串行口物理层定义、数据链路层定义、通信模型、应用层实现、其它说明。

1.3 术语表：术语1.4 概述PROFIBUS规范定义串行现场总线的技术和功能特性。

串行现场总线的宗旨是解决数字现场设备或中、低功能系统的互连问题。

这些设备或系统，诸如传感器、执行机构、变送器、可编程控制器(PLC)、数控装置（NC）、编程设备和本地人机接口等。

现场控制系统通常以一个中央控制和管理装置为基础，它与若干个分散在现场的设备和小系统相连接。

在这种情况下，主要数据是集中地定向并循环的从现场设备传输到中央数据处理单元或上一级控制系统。

系统包括主站和从站。

当主站获得存取权（称为令牌）时，它能控制这个总线，即它无须远程请求就可以传输报文，而从站仅能应答所接收的报文或在一个远程请求后传输数据。

令牌按照由主站形成的逻辑令牌环而循环。

如果系统仅包括一个主站，如一个中央控制和管理站，则不需要令牌传递。

这是一个纯单主/多从系统。

最小配置包括一个主站和一个从站或两个主站。

物理层定义传输介质以适应不同的应用。

它包括长度、拓扑、总线接口、站点数和从9.6 kbits/s到12000 kbits/s可变的数据传输速率等。

在用户接口中，有共同的存取方式、传输协议和共同的服务。

为使系统开销最小和提高效率，基于ISO/OSI开放系统互连模型，PROFIBUS采用三层模型。

模型图如下：层7：应用层3~6层层2：数据链路层层1：物理层PROFIBUS的层次结构2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而构成为本规范的条款。

IEC61158-3：PROFIBUS规范第一部分：标准部分总论IEC61158-3：PROFIBUS规范第二部分：物理层规范和服务定义IEC61158-3：PROFIBUS规范第三部分：数据链路层服务定义IEC61158-3：PROFIBUS规范第四部分：数据链路层协议规范IEC61158-3：PROFIBUS规范第六部分：应用层协议规范IEC61158-3：PROFIBUS规范第八部分：用户规范3 物理层定义3.1 RS-485物理传输方式基于EIA定义的RS-485方式的物理层被PROFIBUS系统所采用，是PROFIBUS应用中常采用的方式，其应用即适用于高速传输的系统，也适合于简单、廉价、需快速铺设的场合。

RS-485采用平衡差分传输方式，在一个两芯卷绕且有屏蔽层的双绞电缆上传输大小相同而方向相反的电流，以削弱工业现场噪声，且避免多个节点间接地电平差异的影响。

3.2 电气特性拓扑：线性总线，在两端有终端器，短截线≤0.3米，无分支介质：屏蔽双绞线，推荐使用PROFIBUS专用线，俗称紫线，其最外层为铜丝网再里面是锡箔纸。

总线长度：≤1200米，取决于数据传输速率和电缆类型。

站数：每段不超过32（主站，从站或中继器）个站，最多可接127个站。

数据传输速率：9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500 kbits/s，可支持更高的数据传输速率，实际使用时宜采用1.5Mbps通信。

收发器芯片：例如MAX485或其他。

3.3 总线连接器每个设备通过9针D-Sub型连接器与介质连接。

连接器的插座装在设备内，而插头安装在总线电缆上。

电缆段与设备之间的连接用T型连接器来实现，它包含3个9针D-Sub型连接器（两个插头和一个插座）。

这样的T型连接器允许在不切断电缆和不中断运行的情况下断开或更换设备（在线断开）。

连接器示意图：3.4 总线电缆PROFIBUS-DP常用的有两种不同的电缆，其技术特征如下表所示，其中B 类是早期使用的产品，现在已基本不用。

在工程使用中建议使用A类电缆，其外表层的颜色为紫色，俗称紫线。

电缆（A和B）对不同传输速度时的最大长度。

3.5 接地，屏蔽如果使用屏蔽双绞电缆，则建议通过低阻抗（即低电感）连接方式连接电缆两端的屏蔽和保护地。

为了达到一个合理的电磁兼容性，这样做是必须的。

屏蔽电缆和保护地间的连接最好通过D-Sub 型连接器的金属外壳和金属固定螺钉做成。

3.6 总线终端器A 型和B 型总线电缆的两端应该分别使用RtA 和RtB 来端接。

在EIA RS-485中规定的端接电阻Rt 是以下拉电阻Rd （与数据地DGND 连接）和上拉电阻Ru （与正电压VP 连接）做补充。

当没有站进行传输（即空闲时间）时，这个补充迫使不同的状态电压（即导体间的电压）趋于一个确定值。

被指定为终止总线的站（与总线终端器共态），在总线连接器的针脚6，应该为电压正（例＋5V ±5%）。

假定电源供电电压为＋5V ±5%，则推荐如下的电阻值： Rt A =220Ω±2%，最小1/4W ； Rt B =150Ω±2%，最小1/4W ； Ru ＝R d =390Ω±2%，最小1/4W ；供给针脚6(VP)的电源在规定的压容差内应能输送至少10mA 的电流。

如上所述的两种类型电缆和电缆端接电阻的混合，对PROFIBUS 系统是允许的。

但是如果线端接和线阻抗不匹配，则最大线长必会减少到上述固定值的一半。

导线B ，红色 导线A ，绿色 Ru =RtA = 220ΩDGNVP3.7 物理层和介质冗余为了改善现场总线的可靠性，支持使用冗余的物理层PHY。

在实现时，冗余的PHY层包含分别安装两路介质（总线a和总线b）和每个站有两个完整的收发器及PROFIBUS控制器，且两路PROFIBUS能独立运行，任意一路故障不影响另一路的正常运行，下图指出冗余结构。

A网B网物理层和介质4 链路层定义数据链路层（Data Link Layer）在现场总线系统中常被称为FDL（Fieldbus Data Link），包括了介质访问控制MAC子层和现场总线链路控制子层（Fieldbus Link Control,FLC）。

两者在现场总线管理（Fieldbus Management，FMA）下共同完成“呈接上层应用层的任务，下达给物理层；呈接下层物理层的数据，上传给应用层”。

4.1 数据传输功能在主站（控制器）和从站（前端站点）之间，PROFIBUS能够周期性或非周期性地传递参数和检测、控制数据，以实现数据交换。

这是PROFIBUS的基本功能，它们通过下表所示的基本功能集而实现的。

PROFIBUS FDL层的基本功能集定义如下几种数据传输服务：发送数据需应答（SDA）此服务允许用户给单个远程站发送数据。

如果有错，将重复数据传输。

发送数据无需应答（SDN）此服务允许用户同时给单个远程站、多个远程站（群播）或同时给全部远程站（广播）发送数据，不需要任何确认。

发送和请求数据需回答（SRD）此服务允许用户给单个远程站发送数据，同时请求此远程站回答数据。

如果有错误，将重复数据传输。

循环地发送和请求数据需回答（CSRD）此服务允许用户循环地给远程站发送数据，同时请求此远程站回答数据。

4.2 帧结构4.2.1 帧字符（UART字符）每个帧由若干个帧字符（即UART字符）组成。

UART字符（UC）是为了实现异步传输的起停字符，其结构如下：传输的位顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 112027UART字符4.2.2 传输规则每个UART字符由11个位组成：一个开始位（ST），它总是为二进制“0”；8个信息位（I），它们可以是二进制“0”或“1”；一个奇偶校验位（P），它是二进制“0”或“1”和一个停止位（Sp），它总是为二进制“1”。

传输规则线空闲状态相当于信号电平为二进制“1”。

每个主动帧之前应该至少有33个线空闲位（同步时间）。

在帧的UART字符之间不允许空闲状态。

接收器检查：每个UART字符：开始位，停止位和奇偶校验位（even）；每个帧：起始定界符，DA,SA,FCS和结束定界符及在主动帧情况下的SYN时间。

如果这些检查失败，则整个帧应废弃。

4.2.3 位同步接收器的位同步总是从开始位下降沿开始，即从二进制“1”转换为二进制“0”时。

开始位和后继的各位在一个位时间内被扫描。