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1.1 PROFIBUS的发展现状1

第1章　PROFIBUS的发展与国际标准1

1.2 PROFIBUS的分类和它与国际标准的关系2

1.2.1 PROFIBUS的分类简介2

1.2.2　PROFIBUS与国际标准的关系2

1.3 PROFIBUS的国际化标准发展过程6

1.4 PROFIBUS的系统组成和通信协议简述9

1.4.1 PROFIBUS的系统组成9

1.4.2 PROFIBUS的通信协议简述9

第2章　PROFIBUS的物理层11

2.1 RS-485物理传输方式11

2.1.1 电缆技术数据11

2.1.2　电缆连接头12

2.1.3　信号传输特性13

2.2　本质安全的传输方式——适用于PROFIBUS-PA15

2.2.2 PA电缆上的信号传输和连接示意图16

2.2.1 PA电缆的技术数据16

2.2.3 FISCO模型的简述18

2.3　光纤电缆传输方式19

2.3.1　光纤电缆特性20

2.3.2 FO总线的连接20

第3章　PROFIBUS的数据链路FDL层22

3.1　基本的FDL层服务功能集22

3.1.1　数据传输功能22

3.1.2　管理功能24

3.2　数据传输格式25

3.2.1 UART编码25

3.2.2　报文帧的格式和定义26

3.3 PROFIBUS的MAC协议31

3.3.1 PROFIBUS的Token_Passing的原理31

3.3.2　基于Token_Passing的主从轮询协议的运行机理详述32

3.3.3 PROFIBUS的主站34

3.3.4　逻辑环的管理36

3.3.5　令牌目标循环时间的设置38

3.3.6　数据通信任务的优先级别39

3.3.7 Token_Passing协议的状态机40

3.4 PROFIBUS的总线时序关系41

第4章　PROFIBUS的周期性数据交换MS043

4.1 PROFIBUS的数据通信模型43

4.2 PROFIBUS的从站45

4.2.1　从站状态机45

4.2.2　从站的初始化过程中相关问题46

4.2.3　从站的逻辑结构模型47

4.3　从站初始化过程中的主站48

4.3.1　从站初始化过程中主站各种服务和SAP点48

4.3.2　主站的模式变化和从站的错误安全保障状态49

4.3.3　主站的逻辑结构50

4.4　从站地址的改变51

4.5　从站的参数赋值过程详述52

4.5.1　参数的编码53

4.5.2　参数赋值在GSD文件中的定义举例56

4.5.3　参数赋值帧的格式57

4.6　组态配置58

4.6.1　从站的数据结构58

4.6.2　组态配置的验证61

4.6.3 GSD中的配置部分的描述63

4.7　诊断63

4.7.1　诊断过程中的帧结构和顺序64

4.7.2　诊断信息详解65

4.8 PROFIBUS-DP的GSD文件72

4.8.1 GSD文件的引入72

4.8.2 GSD文件的生成和举例73

4.9 PROFIBUS的周期时间76

第5章　非周期交换任务MS1和MS279

5.1.2 DP-V1参数赋值过程80

5.1 MS1：与Class1主站的非周期性数据通信80

5.1.1　链接控制80

5.1.3 MS1通信的内容82

5.2　非周期通信中的数据模型83

5.3 MS1非周期数据通信中的读写服务84

5.3.1 MS1中的读数据服务84

5.3.2 MS1中的写服务87

5.4 MS1诊断数据信息和报警处理87

5.4.1 MS1中报警的产生和处理88

5.4.2　与报警有关的帧结构89

5.5 MS1的状态监控信息的处理92

5.6 MS2非周期性数据交换的通信94

5.6.1 MS2中的链接建立初始化过程95

5.6.2　初始化过程中的帧结构96

5.6.4 MS2中的数据传输97

5.6.3　读写服务97

5.6.5　轮询操作98

5.6.6 MS2服务Abort98

5.7 GSD文件的扩充（版本3）99

第6章　IEC61158的扩展DP-V2101

6.1　等时同步模式101

6.1.1 DP-V2的总线节拍时序102

6.1.2　等时同步模式下的时钟偏移104

6.2　数据在从站间的直接交换DxB106

6.2.1　DxB的工作方式106

6.2.2　初始化参数的格式107

6.3　上传和下载110

6.4　时钟同步113

6.5　冗余116

6.5.1　从站冗余117

6.5.2　冗余的其他方面117

6.5.4　通信通道的切换118

6.5.3　地址的分配118

6.5.5　冗余操作下的诊断123

6.5.6　针对冗余模式下的BS模块增加的错误代码123

6.6 GSD文件的扩充版本4（适合于DP-V2）124

第7章　PROFIBUS站点的开发与实现126

7.1 PROFIBUS的站点实现方案126

7.2 PROFIBUS协议的ASIC芯片一览128

7.3　适合于简单型从站的ASIC130

7.3.1 LSPM2结构图和应用详解130

7.3.2　使用LSPM2的从站构成框图133

7.4　适合于智能型从站的ASIC133

7.4.1 SPC3134

7.4.2 SPC3的内部结构134

7.4.3 SPC3支持的数据通信138

7.4.4 SPC3的硬件连接图139

7.4.5　用于SPC3的软件140

7.5 SPC4系列芯片141

7.6 DPC31芯片142

7.6.1 DPC31的功能详述142

7.6.2　外部微处理器接口144

7.6.3　芯片的工艺数据144

7.6.4 内存和缓冲区的地址分配及通信参数的设置144

7.7　主站芯片——ASPC2144

7.7.1 ASPC2的反应时间145

7.7.2 ASPC2与微处理器的连接146

7.8　常见桥接辅助芯片介绍148

7.8.1 SIM11应用148

7.8.2 用于光纤通信系统接口的FOCSI149

7.9 Siemens系列ASIC的技术简单总结对比151

7.10　接口模板151

7.10.1 IM180主站接口模块152

7.10.2 IM182-1从站接口模块153

7.10.3 IM183-1从站接口模块154

7.11 PROFIBUS的开发包156

7.10.4 IM184从站接口模块156

7.11.1 Dev.Kit4157

7.11.2 Dev.Kit-DP/PA157

7.11.3　Dev.Kit PROFIsafe159

7.11.4　各种开发接口模板和开发包的技术汇总159

第8章　PROFIBUS系统的实现161

8.1　总体设计161

8.2 PROFIBUS系统的拓扑结构确定162

8.3 PROFIBUS的设备选型和开发166

8.3.1　从站方案166

8.3.2 主站方案168

8.3.3　固件的设计168

8.4 PROFIBUS-DP系统的初始化169

8.5 PROFIBUS系统实现中的常见错误171

8.6.1　网络监听器173

8.6 PROFIBUS的常用诊断工具173

8.6.2 Siemens的硬件测试设备175

第9章　PROFIBUS产品的测试和认证177

9.1 PROFIBUS产品测试与认证177

9.2　步骤和过程178

9.3　测试中的常见错误180

9.4 PROFIBUS产品的认证授权183

9.5 PROFIBUS产品测试实验室183

第10章　PROFIBUS-PA介绍188

10.1 PROFIBUS-PA的基本特点188

10.2 PROFIBUS-PA的网关——实现DP/PA连接的接口189

10.2.1　几种不同的网关189

10.2.2　耦合器190

10.2.3　链接器191

10.3.1　对透明的耦合器的初始化配置192

10.3.2　对非透明的链接器的初始化配置192

10.3 PA设备的初始化配置192

10.2.4 Y-Link192

10.3.3　设备主文件193

10.4　设备的互操作性193

10.5 PA设备的非周期数据交换194

10.6 PROFIBUS-PA总线的安装195

10.6.1 PA的拓扑结构195

10.6.2 EN61058-2中规定的电缆195

10.6.3　屏蔽和接地196

10.6.4 PA网段的设备数量计算197

第11章　PROFInet简述199

11.1 PROFInet的技术特色200

11.2 PROFInet的网络结构200

11.2.1 PROFInet的物理层201

11.2.2 PROFInet中的交换机201

11.3 PROFInet中的数据交换方式202

11.3.1　分散式现场设备（PROFInet IO）202

11.3.2 分布式自动化（PROFInet CBA）204

11.4 PROFInet通信的实时性205

11.4.1 PROFInet IO的通信实时性207

11.4.2 PROFInet CBA的组件之间的通信207

11.5 PROFInet与别的FCS系统的集成208

11.5.1　通过代理服务器的集成208

11.6.1 IP地址的管理209

11.6.2　诊断管理209

11.6 IT功能在PROFInet中的集成209

11.5.2　对各现场总线系统的直接集成209

11.6.3 Web服务210

11.6.4　OPC和PROFInet210

11.7 PROFIBUS和PROFInet的关系211

第12章　PROFIBUS的新规约简介214

12.1 PROFIdrive214

12.2 PA Devices216

12.6 Remote I/O for PA218

12.5 Ident System218

12.4 SEMI.Devices218

12.3 Fluid Power218

12.7 PROFIsafe219

12.8 PROFIBUS上的HART220

附录A PROFIBUS报文帧结构汇总222

A1　数据链路层的报文帧222

A2　用于报文帧识别的SAPs223

A3 MS0报文帧224

A3.1　改变工作站地址224

A3.2　诊断请求224

A3.3　初始化参数报文帧（Prm_Cmd.req）227

A3.4 对初始化参数报文帧的响应（Prm_Cmd.res）228

A3.5　组态配置报文帧（Chk_Cfg.req）228

A3.6　对配置报文帧的响应229

A3.9　Read_Outputs230

A3.10　全程控制报文帧230

A3.8 Read_Inputs230

A3.7　数据交换230

A4　主站对主站的通信（Class1与Class2主站）231

A4.1 Get_Master_Diag.req231

A4.2 Get_Master_Diag.res232

A4.3 Get_Master_Diag.req232

A4.4　Get_Master_Diag.res233

A4.6 Get_Master_Diag.res234

A4.5　Get_Master_Diag.req234

A4.7 Upload.req235

A4.8 Upload.res236

A4.9 Download.req236

A4.10 Download.res237

A4.11 Start_Seq.req238

A4.12 Start_Seq.res238

A4.13 End_Seq239

A4.14 Activate_Para_Brct.req239

A5.1 DP-V1报文的综述240

A4.15 Activate_Para.req/.res240

A5 DP-V1报文帧240

A5.2 DP-V1的初始化参数241

A5.3 DS_Read.req/DS_Read.res报文帧的结构242

A5.4　查询报文帧的结构244

A5.5 MS1数据设置写入服务（DS_Write）245

A5.6 MS1的报警处理246

A6 MS2连接248

A6.1 在初始化请求中用户数据的结构248

A6.2 MS2服务报文DS_Read和DS_Write248

A6.3 MS2服务报文Data_Transport248

A6.4 MS2服务异常中止249

A7 PROFIBUS-DP数据类型250

A7.1　整型250

A7.2　无符号型250

A7.3　浮点指针（4字节）250

A7.5 日期和时间251

A7.4　可视性字符串／字节字符串251

A7.6　报文结构中个别数据类型的编码252

A8 IEC61158（DP-V2）中功能扩展的报文253

A8.1　结构化参数253

A8.2 Ext_User_Prm报文254

A8.3 Ext_User_Prm.res数据响应255

A8.4　时钟报文255

A8.5　计时同步报文257

A8.6　用于Upload/Download的报文259

A8.7　冗余切换报文（Prm_Cmd）260

A9 DP-V1的出错代码帧263

附录B　重要术语一览265

附录C　英文名词索引268

附录D PROFIBUS国际组织270

参考文献276