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06 第6章 常用现场总线的应用.pptx

页数：104页文件大小：4.94 MB来源： 集散控制系统ppt课件

本课件为《集散控制系统》第六章，按ControlNet、DeviceNet与PROFIBUS三条主线展开：先讲ControlNet的协议规范、生产者/消费者通信模式与确定性可重复特性，再讲DeviceNet的对象模型、报文传送、预定义主从连接组与汽车总装生产线组网实例，最后系统介绍PROFIBUS的传输技术、GSD文件与DP、PA、FMS三个系列。

第六章常用现场总线的应用章节封面，标示本章以ControlNet、DeviceNet与PROFIBUS三种总线为主线
第六章知识点与学习目标页，列出了解CAN与INTERBUS应用、掌握ControlNet、DeviceNet和PROFIBUS应用三项要求
ControlNet总线概述页，说明其由ControlNet International管理的开放属性与面向全球成员单位的测试服务
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第1页：第六章常用现场总线的应用封面

本章为《集散控制系统》第六章，围绕 CAN 现场总线的基本应用、INTERBUS 现场总线的应用，以及 ControlNet、DeviceNet 和 PROFIBUS 三种现场总线的应用展开。

第2页：知识点与学习目标

知识点

  • 了解 CAN 现场总线的基本应用
  • 了解 INTERBUS 现场总线的应用
  • 掌握 ControlNet、DeviceNet 和 PROFIBUS 三种现场总线的应用

第3页：控制层现场总线ControlNet

ControlNet 是开放的现场总线，截止 1999 年底在全世界范围内已经拥有近 70 家成员单位，由独立性国际组织控制网（ControlNet International）负责管理。

ControlNet International 旨在维护和发行 ControlNet 技术规范，管理成员单位的共同的市场推广工作，同时提供各个厂商产品的一致性和互操作性测试服务，保证 ControlNet 的开放性。

第4页：ControlNet的实时性与确定性

ControlNet 是一种新的面向控制层的实时性现场总线网络，在同一物理层介质链上提供时间关键性 I/O 数据和报文数据，包括程序的上载/下载、组态数据和端到端的报文传递等通信支持，是具有高度确定性、可重复的高速控制和数据采集网络。

确定性
预见数据何时能够可靠传输到目标的能力。
可重复性
数据的传输时间不受网络节点添加/删除情况或网络繁忙状况影响而保持恒定的能力。

第5页：ControlNet适用的应用场合

ControlNet 非常适用于一些控制关系有复杂关联、要求控制信息同步、协调实时控制、数据传输速度要求较高的应用场合，比如：

  • 协同工作的驱动系统
  • 焊接控制、运动控制、视觉系统
  • 复杂的批次控制
  • 有大量数据传输要求的过程控制系统
  • 有多个控制器和人机界面共存的系统

第6页：ControlNet协议规范（物理层与数据链路层）

（1）物理层与介质
物理层和介质部分的规范规定了同轴电缆和光缆介质标准与设计的一些参考信息。
（2）数据链路层
数据链路层管理介质的存取权，网络的存取控制通过一种称为同时间域多点存取 CTDMA（Concurrent Time Domain Multiple Access）的时间滑动算法实现。

第7页：ControlNet协议规范（网络层与对象模型）

（3）网络与传输层
ControlNet 是基于连接（Connection）的网络，网络与传输层的角色就是建立和维护连接。
（4）数据管理
定义了数据类型规范的文法、数据类型取值范围以及不同数据类型适用的操作。
（4）对象模型
对象的建模代表了网络设备的可见的一些行为，协议内容包括对象建模和术语、对象编址、对象模型、对象规范格式和规则、对象规范扩展方法、新对象创建规范等。

第8页：ControlNet设备描述与通信模式

（5）设备描述
通过定义每一类型设备的核心标准，可以实现不同厂商相似设备间互操作性和互换性。
（6）生产者/消费者通信模式
传统的网络通信模型是源/目的型或者称点到点的通信方式，传送的报文中都包含明确的源和地址信息；当同一数据源上的数据向网络上其它多个节点发送数据时，必须经过多次才能实现，大大增加了网络的负担，降低了通信的效率。

第9页：生产者/消费者模式的优势

生产者/消费者模式允许网络上的不同节点同时存取同一个源的数据。数据被分配一个唯一的标识，根据具体的标识，网络上多个不同的节点可以接收到来自同一发送者的数据，每个数据源一次性把数据发送到网络，其它节点选择性地收取这些数据，不浪费带宽，提高了系统生产率。

  • 数据只须产生一次，不管有多少个节点需要接收这个数据；
  • 数据经过同样的时间传送到不同的节点，可以实现通信的精确同步。

第10页：ControlNet的优点

ControlNet 的优点：

  1. 同一链路上满足 I/O 数据、实时互锁、端到端报文传输和编程/组态信息等应用的多样的通信要求；
  2. 确定性的、可重复的控制网络，适合离散控制和过程控制；
  3. 同一链路上允许多个控制器同时共存；
  4. 输入数据和端到端信息的多路发送支持；
  5. 可选的介质冗余和本征安全；
  6. 安装和维护的简单性；
  7. 网络上节点居于对等地位，可以从任意节点实现网络存取；
  8. 灵活的拓扑结构（总线形、树形、星形等）和介质选择（同轴电缆、光纤和其它）。

第11页：ControlNet的体系结构

本节标题：ControlNet 的体系结构。

图示给出 ControlNet 在控制层的网络分层与节点连接方式。

第12页：设备层现场总线DeviceNet

DeviceNet 不仅可以作为设备级的网络，还可以作为控制级的网络，通过设备网提供的服务还可以实现以太网上的实时控制。

设备网最初由罗克韦尔自动化公司设计，目前其管理组织 ODVA（Open DeviceNet Vendors Association）致力于支持设备网产品和设备网规范的进一步开发。至今全球已有超过 600 家厂商提供 DeviceNet 的接入产品，除了 ODVA 以外，Rockwell、GE、ABB、Omron 等跨国集团也致力于 DeviceNet 的推广。可以预见 DeviceNet 有可能成为设备级的主流网络。

第13页：DeviceNet的技术规范

本节标题：DeviceNet 的技术规范。

后续内容依次介绍物理层与物理媒体、与 CAN 的关系、连接的概念、生产/消费者模型、报文传送与数据通信方式。

第14页：（1）DeviceNet的物理层和物理媒体

设备网物理层规范定义了设备网的总线拓扑结构以及网络元件，具体包括接地、粗缆和细缆混合结构、网络端接和电源分配。设备网所采用的典型的拓扑结构是干线—分支方式。

第15页：（2）DeviceNet与CAN

DeviceNet 的数据链路层完全遵循 CAN 规范的定义，并通过 CAN 控制器芯片实现。

在总线空闲时每个节点都可以尝试发送，但如果多于两个的节点开始发送，发送权的竞争需要通过标识符位仲裁来解决；网络上每个节点拥有一个唯一的标识符，这个标识符的值决定了总线冲突仲裁时优先级的大小。

第16页：（3）DeviceNet中连接的概念

DeviceNet 为在设备之间建立逻辑连接，实现空闲超时释放连接和将长信息分组传送，采用了面向对象的框架结构。设备网是基于连接的网络，网络上的任意两个节点在开始通信之前，必须事先建立连接。

在 DeviceNet 中，每一个连接由一个 11 位的被称为信息标识符或连接符的字符串来识别，该 11 位的连接标识符包括了设备媒体访问控制标识符（MAC ID）和信息标识符（Message ID）。

第17页：（4）生产/消费者模型

生产者/消费者模型与典型的源/目的模式相比，多个消费者可以同时接收到来自同一个生产者发送的信息，而不用逐个指定源/目的，更为灵活、高效。

需要接收数据的设备则监听网络上所传送的报文，并根据其标识选择接收（即「消费」）合适的报文。按照生产者/消费者模型，在网络上传送的报文不一定再专属于某个固定的源/目的地，网络可以支持多点发送，大大节约了带宽。

第18页：（5）DeviceNet的报文传送

设备网定义了 I/O 报文和显式报文。

I/O 报文
适用于实时性要求较高和面向控制的数据，通常使用优先级高的连接标识符，通过一点或多点连接进行信息交换。
显式报文
适用于两个设备间多用途的点对点报文传递，是典型的请求—响应通信方式，常用于节点的配置、问题诊断等，通常使用优先级低的连接标识符。

第19页：（6）数据通信方式

设备网支持多种数据通信方式：

  • 循环（Cyclic）：适用于一些模拟设备，可根据设备的信号发生速度灵活设定循环通信的时间间隔，降低对网络带宽的要求；
  • 状态改变（Change Of State）：用于离散设备，使用事件触发方式，当设备状态发生改变时才发生通信，而不是由主设备不断查询；
  • 选通（Strobed）：利用 8 位的报文广播，64 个二进制位的值对应网络上 64 个可能的节点，通过位的标识指定要求响应的从设备；
  • 查询（Polled）：I/O 报文直接依次发送到各个从设备（点对点）。

第20页：3、DeviceNet对象模型与设备架构

一个设备的组件被分为组件属性、服务和行为 3 部分，可按如下对象进行描述：

  1. 标识对象：包含各种属性，如供应商 ID、设备类型、产品条码、状态、序列号；
  2. 报文路由对象：向其它对象传送显式报文；
  3. 设备网对象：包含节点地址、波特率、总线关闭、总线关闭计数、参数选择及主控制台的媒体存取控制 ID 等属性；
  4. 汇编对象：将来自不同应用对象的多个属性编为一个属性，便于以一条报文发送；
  5. 连接对象：代表设备网上两个节点间虚拟连接的末端（任选项）；
  6. 参数对象：带有设备配置参数，提供访问所有参数的标准组态工具，包括数值、量程、文本等（任选项）；
  7. 应用对象：配备汇编对象或参数对象的设备网通常至少包含一个应用对象。

第21页：标准设备架构的主要内容

设备网定义标准设备架构的目的是确保设备间更好的兼容性，它主要包含以下内容：

  1. 定义设备对象模型；
  2. 定义设备的数据 I/O 模式，通常包含用于简化和加快数据传输的汇编对象的定义；
  3. 定义设备的配置参数和这些参数的公共接口，有时设备网设备还配有电子数据文档（EDS）。

第22页：4、DeviceNet的一致性测试

一致性测试的目的是检测实现 DeviceNet 协议的实体或系统与 DeviceNet 协议规范的符合程度。

根据国际标准化组织制定的协议标准分为 3 个部分：第一部分是抽象测试集；第二部分是协议实施的一致性说明，用来说明实施的要求、能力及可选择实施的情况；第三部分是用于测试的协议实施附加信息。目前在美国、欧洲和日本都有 DeviceNet 的一致性测试中心。

第23页：5、DeviceNet接口和软硬件产品

（1）设备网接口
通过插入计算机扩展槽上的设备网接口板卡，用户可以将台式、笔记本式或工业计算机作为设备网上高性能的主控/监视平台。
（2）硬件设备
包括组网元件和适用的网络设备。组网元件包括设备网线缆、连接端头、设备分接盒、电源分接器等；适用于不同控制和 I/O 设备的设备网网络适配器、扫描器和转换接口由厂商遵循设备网协议规范开发完成。
（3）工具软件
由开发商提供的界面友好的设备网配置和管理工具软件，可使配置与管理工作简单高效。

第24页：6、预定义主从连接组的定义及应用范围（一）

① 具有 UCMM 功能的设备
支持未连接信息管理（UCMM）的设备，此设备支持未连接请求信息的接收和处理。
② 无 UCMM 功能的设备
不具备 UCMM 功能的设备，这类设备的网络管理能力或所采用 CAN 控制器芯片的屏蔽能力有限。
③ 组 2 服务器
指具有 UCMM 功能并在预定义主从连接中充当服务器的设备，是 DeviceNet 从站。由于预定义主从连接中从站所接收的信息为组 2 信息，因此使用预定义主从连接组的从站称为组 2 服务器，管理这些组 2 服务器的主站为组 2 客户机。

第25页：6、预定义主从连接组的定义及应用范围（二）

⑤ 仅限组 2 服务器
指无 UCMM 功能、必须通过预定义主从连接组建立通信的从站（服务器），它们至少支持预定义主从显式信息连接，只能发送和接收预定义主从连接组所定义的标识符。
⑥ 仅限组 2 客户机
指控制仅限组 2 服务器的组 2 客户机，替它所控制的仅限组 2 服务器提供对外的 UCMM 服务。
⑦ DeviceNet 主站
主从应用中的一种节点类型，是集中管理网络 I/O 数据的设备，以扫描序列为基础扫描它的从站，一般指组 2 客户机或仅限组 2 客户机。
⑧ DeviceNet 从站
主从应用中的一种节点类型，在收到主站的扫描信息后返回 I/O 数据，一般指组 2 服务器或仅限组 2 服务器。

第26页：7、预定义主从连接的工作过程（1）

信息交换过程大体可分为未连接显式信息交换、显式信息交换和 I/O 信息交换。预定义主从连接的信息交换过程与此类似，所不同的是，预定义主从连接使用已经预先定义的信息。

（1）主从关系的确定：系统运行中，欲成为组 2 客户机的设备首先要对服务器分配所需要的预定义主从连接。

第27页：7、预定义主从连接的工作过程（2）

（2）预定义主从连接的使用过程：如果显式连接已经建立，可以通过显式连接进行 I/O 连接的分配及各种属性参数的配置。

  • I/O 连接的建立有两种途径：主站可以通过仅限组 2 未连接信息建立 I/O 连接，还可以通过显式信息连接建立 I/O 连接；
  • 建立起来的 I/O 连接是未激活的，必须通过显式连接设置 I/O 连接的 Expected_Packet_Rate 属性值来激活，激活 I/O 连接后才能进行 I/O 数据的交换。

第28页：7、预定义主从连接的工作过程（3）

（3）从站中连接实例的建立：显式实例可通过组 2 未连接显式请求信息来建立，I/O 实例的建立可以通过未连接显式信息或显式信息建立，但只能通过显式信息激活。连接实例的建立都是通过分配主从连接组（4B hex）和释放主从连接组（4C hex）两个服务进行的。

第29页：7、从站连接实例的建立与属性

① 主从连接组的分配和释放：不管连接 ID 对应的是仅限组 2 未连接显式请求信息还是显式请求信息，执行分配主从连接组时信息的数据域都采用一定的格式及内容。

② 从站连接实例的属性：建立一个实例的同时，实例的属性也进行了初始化，每个实例可以通过显式信息来改变一些属性的值。

第30页：DeviceNet的特点（一）

DeviceNet 的特点：

  1. 采用基于 CAN 的多主方式工作，网络上任一节点均在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从，一个设备网产品既可作为「客户」，又可作为「服务器」，或者两者兼顾；
  2. 逐位仲裁模式的优先级对等通信建立了用于数据传输的 Producer-Consumer 传输模型，任一设备网产品均可产生和应用报文，网络上的节点信息分为不同的优先级，可满足不同的实时要求；
  3. DeviceNet 采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间，尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪的情况。

第31页：DeviceNet的特点（二）

DeviceNet 的特点（续）：

  1. DeviceNet 的直接通信距离最远为 500m，通信速率最高可达 500Kb/s；
  2. DeviceNet 上可以容纳多达 64 个节点地址，每个节点支持的 I/O 数量没有限制；
  3. 采用短帧结构，传输时间短，受干扰的概率低，具有极好的检错效果，每帧信息都有 CRC 校验及其它检错措施，保证了数据出错率极低；
  4. DeviceNet 的通信介质为独立双绞总线，信号与电源承载于同一电缆；
  5. DeviceNet 支持设备的热插拔，无需网络断电；
  6. DeviceNet 的接入设备可选择光隔离设计，由外部供电的设备与由总线供电的设备共享总线电缆。

第32页：基于DeviceNet的汽车总装生产线控制系统

本节标题：基于 DeviceNet 的汽车总装生产线控制系统。

现场的所有信号通过 DeviceNet 网络实时传输到控制器，控制器控制信号也通过 DeviceNet 网络传输到现场设备中，因此 DeviceNet 网络的构建是整个控制系统的基础。

第33页：构建DeviceNet网络的步骤（一）

构建 DeviceNet 网络的步骤如下：

  1. 进行总体规划，合理布线；
  2. 将 DeviceNet 网络节点设备连接到网络上；
  3. 安装通信软件 RSLinx 和网络组态工具软件 RSNetWorx for DeviceNet 或 DeviceNet Manager。

第34页：构建DeviceNet网络的步骤（二）

构建 DeviceNet 网络的步骤（续）：

  1. 给将要添加到 DeviceNet 网络上的每个设备分配节点地址并设置正确的通信波特率，因为 DeviceNet 网络上每个网段所有节点的通信波特率必须一致，且不允许有节点地址重复的设备；
  2. 将编程终端（计算机或专用编程设备）连接到网络上（通过计算机通信板卡或外置通信模块）并建立通信，即在 RSLinx 下配置 DeviceNet 驱动程序：DeviceNet Driver（1784-PCD/PCIDS、1770-KFD、SDNPT driver），该操作只能在在线模式下进行。

第35页：构建DeviceNet网络的步骤（三）

构建 DeviceNet 网络的步骤（续）：

  1. 通过网络（DeviceNet 或上层网络 ControlNet、EtherNet）配置 DeviceNet 设备运行参数，如设备的 I/O 数据触发方式、设备 I/O 报文的大小及设备本身的运行参数（如变频器的启动方式、最大频率及其它运行参数）；
  2. 将设备配置参数下载到节点设备和 DeviceNet Scanner（1791-SDN）中，并保存到网络组态工具软件的配置文件中，用于离线查看网络信息或配置相同的网络。

第36页：构建DeviceNet网络的三种角色

构建 DeviceNet 网络涉及的三种角色：

  1. 主站：管理网络中相应的从站；
  2. 从站：为主站采集数据，及接受控制；
  3. 配置工具：组态网络。

第37页：组态配置所需硬件

组态配置所需硬件：

  • DC24V 电源
  • 扫描器模块（如 1747-SDN）
  • 从站设备模块（如 1791D-8B8P）
  • RS232/DeviceNet 接口模块（如 1770-KFD）

第38页：组态配置所需软件

组态配置所需软件：

  • RSLinx Gateway（通信软件）
  • RSNetWorx for DeviceNet（网络组态工具软件）
  • DeviceNet Manager（网络组态工具软件）
  • RSLogix5000（控制器编程软件）
  • RSView32（监控组态软件）

第39页：DeviceNet网络结构

本节标题：DeviceNet 网络结构。

图示给出 DeviceNet 网络的干线—分支结构与主站、从站、配置工具的连接关系。

第40页：电子数据文档（EDS）

DeviceNet 通过网络远程配置设备，依赖电子数据文档（EDS）。EDS 记录设备的类型、参数与通信特性，使组态工具能够识别并配置不同厂商的设备。

第41页：构建DeviceNet网络需要步骤

1、网络组态

  • 扫描网络：点名
  • 配置网络：分组

2、网络正常工作

  • I/O 触发方式：何时传送数据
  • 工作过程：建立连接

第42页：扫描网络：点名

扫描网络即点名，确认网络中现有那些设备：主站依次询问 1 号、2 号、3 号……直至 63 号节点，节点应答后完成扫描。

第43页：配置网络：分组

配置网络即分组，为主站指定从站：63 号主站负责 3 号和 5 号从站，3 号、5 号从站听命令并正常工作，配置完成后网络进入正常工作状态。

第44页：I/O触发方式：何时传送数据

I/O 触发方式（何时传送数据）：

  1. 轮询
  2. 位选通
  3. 状态改变（COS）
  4. 周期

第45页：轮询：点对点的直接命令

轮询方式下，主站根据一定的周期轮询相应的从站，主站轮询每个从站的周期可以不同，从站只有在主站轮询时才发送数据。

第46页：位选通：点对多点的命令

位选通方式下，主站位选通命令的数据区有 64 位，主站可以一次选通多个从站，从站被主站位选通时才发送数据。

第47页：状态改变/周期：从站的主动性

状态改变/周期方式下体现从站的主动性：

  • 主站根据一定的周期轮询相应的从站；
  • 从站以一定周期主动向主站发送数据；
  • 从站当状态变化时主动向主站发送数据。

第48页：工作过程：建立连接与身份识别

工作过程：主站与从站建立连接并进行身份识别，随后正常工作。

  • 读取 Vender_ID 返回 1；
  • 读取 Device_Type 返回 7；
  • 读取 Product_Code 返回 0x044E；
  • 读取 Produce_Len 返回 1，读取 Recieve_Len 返回 1；
  • 设置 EPR 为 250（ms），返回 250；
  • 连接响应后进入正常工作。

第49页：Profibus总线

Profibus 是德国于 20 世纪 90 年代初制定的国家工业现场总线协议标准，代号 DIN19245。

Profibus 现在已是欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，它的应用领域包括加工制造、过程和建筑自动化，如今已成为国际化的开放式现场总线标准，即 EN50170 欧洲标准。PROFIBUS 是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。

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第53页：2、总线拓扑结构

现场总线的拓扑结构通常采用线形、树形和星形三种。PROFIBUS 采用的是线形结构：用一根总干线从控制器连到机械装置（控制对象），总线电缆从主干电缆分支到现场设备处，控制器扫描所有 I/O 站上的输入，必要时还可发送信息到输出通道。

可实现多主式和对等通信，两个控制器可以共享同一个系统中的信息和 I/O 站；不需关闭总线系统就可以把一个 I/O 设备从总线上拆下，给总线系统的维护带来了很大方便。

第54页：Profibus技术指标

Profibus 技术指标

Profibus 的主要技术指标
技术项目指标参数
网络规模最多 126 个节点
网络长度100—1200m
通讯速度9.6 kbit/s—12 Mbit/s
总线拓扑总线支持段
寻址方式DP：主从，周期，轮询；DPV1：周期，轮询＋非周期数据传输
系统特性每一个网段应在两侧进行有源终结；Profibus 主站进行配置时需要使用 GSD 文件（电子数据表）

第55页：

第56页：PROFIBUS通信接口的开发

  1. PROFIBUS 是开放的、与制造商无关、无知识产权保护的标准，因此世界上任何人都可以获得这个标准并设计各自的软硬件解决方案；
  2. PROFIBUS 协议在任何微处理器上都可以实现，在微处理器内部或外部安装异步串行通信接口（UART）即可完成；但当数据传输速率超过 500K bit/s，或需要使用 IEC1158-2 传输技术时，建议使用协议专用芯片。

第57页：1、Profibus现场总线技术的主要构成

本节介绍 Profibus 现场总线技术的主要构成。

后续内容给出协议结构，即 PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS 与 PROFIBUS-PA 各自定义的层次。

第58页：（2）协议结构

（1）PROFIBUS-DP
定义了第一、二层和用户接口，第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同 PROFIBUS-DP 设备的设备行为。
（2）PROFIBUS-FMS
定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification，FMS）和低层接口（Lower Layer Interface，LLI）。
（3）PROFIBUS-PA
PA 的数据传输采用扩展的 PROFIBUS-DP 协议，另外 PA 还描述了现场设备行为的 PA 行规。

第59页：Profibus的传输技术

Profibus 提供了 3 种类型传输技术：

  1. DP 和 FMS 的 RS485 传输；
  2. PA 的 IEC1158-2 传输；
  3. 光纤（FO）。

第60页：IEC1158-2传输技术

本节标题：IEC1158-2 传输技术。

该传输技术用于 PROFIBUS-PA，支持总线供电与本质安全。

第61页：用于DP/FMS的RS485传输技术

RS-485 传输是 PROFIBUS 最常用的一种传输技术，通常称之为 H2，采用的电缆是屏蔽双绞铜线。

RS-485 传输技术基本特征
特征项目参数
网络拓扑线性总线，两端有有源的总线终端电阻
传输速率9.6K bit/s ~ 12M bit/s
介质屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）
站点数每分段 32 个站（不带中继），可多到 127 个站（带中继）
插头连接最好使用 9 针 D 型插头

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第69页：Profibus的访问控制方式

令牌访问
获得令牌的站点得到发送权，它可以向其它站点发送数据，总线上其它站点都处在接收状态，与发送帧地址匹配的站点复制数据；获得令牌的站点发送完数据后，不等待接收站的响应，就将令牌传递给它的后继站。如果持有令牌的站没有数据要发送，它就直接将令牌传递给它的后继站，如此循环反复。
主—从访问机制
主站轮询从站时，相当于依次发给从站令牌；当一个令牌总线控制帧中控制字节内容为 10H 时，表示该帧为令牌帧，在站点地址匹配条件下，令牌帧的接收者拥有令牌，允许发送数据或传递令牌。

第70页：电子设备数据文件（GSD）

为了将不同厂家生产的 PROFIBUS 产品集成在一起，生产厂家必须以 GSD 文件（电子设备数据库文件）方式提供这些产品的功能参数（如 I/O 点数、诊断信息、波特率、时间监视等）。

标准的 GSD 数据将通信扩大到操作员控制级，使用根据 GSD 文件所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。

第71页：GSD文件的组成部分

GSD 文件可分为三个部分：

  1. 总规范：包括生产厂商和设备名称、硬件和软件版本、波特率、监视时间间隔、总线插头指定信号；
  2. 与 DP 有关的规范：包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数、上装/下装能力；
  3. 与 DP 从站有关的规范：包括与从站有关的一切规范，如输入/输出通道数、类型、诊断数据等。

第72页：

第73页：① Profibus-DP

Profibus-DP 是一种高速（数据传输速率 9.6kb/s～12Mb/s）的经济的设备级网络，用于传感器和执行器级与中央控制器之间的高速数据传输，一般构成单主站系统，主站、从站间采用循环数据传送方式工作，其设计旨在用于设备一级的高速数据传送。

第74页：PROFIBUS-DP的基本功能（一）

PROFIBUS-DP 的基本功能：

  1. 传输技术：RS-485 双绞线、双线电缆或光缆，波特率从 9.6Kbit/s 到 12Mbit/s；
  2. 总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主—从传送，支持单主或多主系统，总线上最多站点（主—从设备）数为 126；
  3. 通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令），循环主—从用户数据传送和非循环主—主数据传送；
  4. 运行模式：运行、清除、停止；
  5. 同步：控制指令允许输入和输出同步，同步模式为输出同步，锁定模式为输入同步。

第75页：PROFIBUS-DP的基本功能（二）

PROFIBUS-DP 的基本功能（续）：

  1. 功能：DP 主站和 DP 从站间的循环用户数据传送；各 DP 从站的动态激活和撤销；DP 从站组态的检查；强大的诊断功能与三级诊断信息；输入或输出的同步；通过总线给 DP 从站赋予地址；通过总线对 DP 主站（DPM1）进行配置；每 DP 从站的输入和输出数据最大为 246 字节；
  2. 诊断功能：经过扩展的 PROFIBUS-DP 诊断能对故障进行快速定位，诊断信息在总线上传输并由主站采集，分三级：本站诊断操作（如温度过高、压力过低）、模块诊断操作（某具体 I/O 模块故障）、通道诊断操作（一个单独输入/输出位的故障）。

第76页：PROFIBUS-DP设备类型与配置

（8）设备类型
第二类 DP 主站（DPM2）是可进行编程、组态、诊断的设备；第一类 DP 主站（DPM1）是中央可编程序控制器，如 PLC、PC 等；DP 从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。
（9）系统配置
PROFIBUS-DP 允许构成单主站或多主站系统，在同一总线上最多可连接 126 个站点。系统配置的描述包括站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。

第77页：

第78页：

第79页：多主站系统

多主站系统中总线上连有多个主站，主站与各自从站构成相互独立的子系统，每个子系统包括一个 DPM1、指定的若干从站及可能的 DPM2 设备。任何一个主站均可读取 DP 从站的输入/输出映象，但只有一个 DP 主站允许对 DP 从站写入数据。

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第81页：多主站系统的系统行为

多主站系统的系统行为主要取决于 DPM1 的操作状态：

  • 停止：在这种状态下，DPM1 和 DP 从站之间没有数据传输；
  • 清除：在这种状态下，DPM1 读取 DP 从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全状态；
  • 运行：在这种状态下，DPM1 处于数据传输阶段，循环数据通信时 DPM1 从 DP 从站读取输入信息并向从站写入输出信息。

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第85页：② Profibus-PA

Profibus-PA 采用 IEC1158-2 标准，传输速率为 31.25kb/s，并提供本质安全特性，适用于安全性要求较高及由总线供电的场合。

Profibus-PA 是 Profibus 的过程自动化解决方案，PA 将自动化系统和过程控制系统与现场设备如压力、温度和液位变送器等连接起来，代替了 4-20mA 模拟信号传输技术，因此 PA 尤其适用于化工、石油、冶金等行业的过程自动化控制。

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第90页：PROFIBUS-PA

PROFIBUS-PA 的特点：

  1. 适合过程自动化应用的行规使不同厂家生产的现场设备具有互换性；
  2. 增加和去除总线站点，即使在本征安全地区也不会影响到其它站；
  3. 在过程自动化的 PROFIBUS-PA 段与制造业自动化的 PROFIBUS-DP 总线段之间通过耦合器连接，并可实现两段间的透明通信；
  4. 使用与 IEC1158-2 技术相同的双绞线完成远程供电和数据传送；
  5. 在潜在的爆炸危险区可使用防爆型「本征安全」或「非本征安全」。

第91页：本质安全

本质安全
指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能，具体包括失误—安全（误操作不会导致事故发生或自动阻止误操作）和故障—安全功能（设备、工艺发生故障时还能暂时正常工作或自动转变安全状态）。
现场总线的本征安全性
是一个系统的本质安全的一个部分。在控制领域爆炸性环境使用的设备，如果整个系统中含有的设备都是具有本质安全特性的，那么这个系统就具有本征安全性。

第92页：Profibus-PA的基本特性

PROFIBUS-PA 第一层采用 IEC1158-2 技术，第二层和第一层之间的接口在 DIN19245 系列标准的第四部分作出了规定。

Profibus 提供了 3 种类型传输技术：① DP 和 FMS 的 RS485 传输；② PA 的 IEC1158-2 传输；③ 光纤（FO）。

第93页：（3）Profibus-PA设备行规

PROFIBUS-PA 行规保证了不同厂商所生产的现场设备的互换性和互操作性，它是 PROFIBUS-PA 的一个组成部分。PA 行规的任务是选用各种类型现场设备真正需要通信的功能，并提供这些设备功能和设备行为的一切必要规格。

PA 行规已对所有通用的测量变送器和其它选择的一些设备类型作了具体规定，这些设备如：测压力、液位、温度和流量的变送器；数字量输入和输出；模拟量输入和输出；阀门；定位器。

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第96页：③ Profibus-FMS

Profibus-FMS 主要解决车间级通信问题，完成中等传输速度的循环或非循环数据交换任务。由于它是完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换，因此它考虑的主要是系统的功能而不是系统响应时间，应用过程通常要求的是随机的信息交换（如改变设定参数等）。

强有力的 FMS 服务向人们提供了广泛的应用范围和更大的灵活性，可用于大范围和复杂的通信系统。

第97页：PROFIBUS-FMS通信模型

PROFIBUS-FMS 利用通信关系将分散的应用过程统一到一个共用的过程中。在应用过程中，可用来通信的那部分现场设备称虚拟设备 VFD（Virtual Field Device）。

在实际现场设备与 VFD 之间设立一个通信关系表，通信关系表是 VFD 通信变量的集合，如零件数、故障率、停机时间等。VFD 通过通信关系表完成对实际现场设备的通信。

第98页：通信对象与通信字典（OD）

  1. FMS 面向对象通信，它确认 5 种静态通信对象：简单变量、数组、记录、域和事件，还确认 2 种动态通信对象：程序调用和变量表；
  2. 每个 FMS 设备的所有通信对象都填入对象字典（OD）。对简单设备，OD 可以预定义；对复杂设备，OD 可以本地或远程通过组态加到设备中去。静态通信对象进入静态对象字典，动态通信对象进入动态通信字典。每个对象均有一个唯一的索引，为避免非授权存取，每个通信对象可选用存取保护。

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