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PROFIBUS-DP协议详解
1.PROFIBUS-DP协议概述
PROFIBUS-DP（DistributedPeripherals）是一种用于现场设备和控制器之间通信的协议，广泛应用于工业自动化领域。PROFIBUS-DP协议的主要特点是简单、快速和高效，适用于现场设备的分布式控制。它基于RS-485物理层，支持主从通信模式，通常用于连接传感器、执行器和其他现场设备。
1.1PROFIBUS-DP协议的基本概念
主站（Master）：通常是指PLC（可编程逻辑控制器）或其他高级控制器，负责发起通信和管理总线上的数据交换。
从站（Slave）：指现场设备，如传感器、执行器等，响应主站的请求并提供数据。
DP设备：支持PROFIBUS-DP协议的设备，包括主站和从站。
数据交换：主站和从站之间的数据传输，包括输入数据和输出数据。
1.2PROFIBUS-DP协议的物理层
PROFIBUS-DP协议的物理层基于RS-485标准，采用差分信号传输，支持多点通信。物理层的传输速率范围从9.6kbps到12Mbps，具体速率取决于总线长度和设备数量。
1.3PROFIBUS-DP协议的数据链路层
数据链路层负责数据的传输和错误检测。PROFIBUS-DP使用面向字符的传输协议，支持数据帧的传输和确认。数据帧分为以下几种类型：
请求帧（RequestFrame）：由主站发送，请求从站提供数据或执行操作。
响应帧（ResponseFrame）：由从站发送，响应主站的请求。
应答帧（AcknowledgmentFrame）：用于确认数据帧的接收。
1.4PROFIBUS-DP协议的应用层
应用层定义了PROFIBUS-DP协议的具体应用，包括设备配置、数据交换和故障诊断。应用层的主要功能包括：
设备配置：主站通过配置从站设备，设置其通信参数和功能。
数据交换：主站和从站之间进行实时数据交换，包括输入数据和输出数据。
故障诊断：主站可以监控从站的状态，进行故障诊断和报警。
2.PROFIBUS-DP协议的通信模型
PROFIBUS-DP协议的通信模型基于主从通信模式，主站负责管理和控制总线上的数据交换，从站响应主站的请求。通信模型包括以下几个步骤：
2.1初始化
主站初始化总线，设置通信参数，包括传输速率、总线终端电阻等。从站设备在上电后进入初始化状态，等待主站的配置。
2.2设备配置
主站通过发送配置命令，设置从站设备的通信参数和功能。配置命令包括设备地址、输入输出数据长度等。
2.3数据交换
主站和从站之间进行周期性的数据交换。主站发送请求帧，从站响应并发送数据帧。数据交换的周期通常由主站的扫描周期决定。
2.4故障诊断
主站定期检查从站的状态，通过诊断请求帧获取从站的故障信息。从站响应诊断请求，发送诊断数据帧。
3.PROFIBUS-DP协议的数据帧结构
PROFIBUS-DP协议的数据帧结构包括以下几个部分：
3.1帧头（FrameHeader）
帧头包含帧的控制信息，如帧类型、源地址和目标地址。
3.2数据字段（DataField）
数据字段包含实际传输的数据，如输入数据、输出数据或诊断信息。
3.3帧尾（FrameTrailer）
帧尾包含帧的校验信息，如CRC（循环冗余校验）。
3.4数据帧类型
请求帧（RequestFrame）：由主站发送，请求从站提供数据或执行操作。
响应帧（ResponseFrame）：由从站发送，响应主站的请求。
应答帧（AcknowledgmentFrame）：用于确认数据帧的接收。
4.PROFIBUS-DP协议的通信参数设置
4.1传输速率
传输速率的设置取决于总线长度和设备数量。常见的传输速率有9.6kbps、19.2kbps、93.75kbps、187.5kbps、500kbps和12Mbps。
4.2总线终端电阻
总线终端电阻用于防止信号反射，保证通信的稳定性和可靠性。通常在总线的两端各设置一个120欧姆的终端电阻。
4.3设备地址
每个从站设备在总线上都有一个唯一的地址，地址范围从0到127。主站通过设备地址与特定的从站进行通信。
4.4输入输出数据长度
输入输出数据长度定义了主站和从站之间交换的数据量。主站需要配置从站的输入输出数据长度，以确保数据的正确传输。
5.PROFIBUS-DP协议的编程实例
5.1使用TIAPortal进行PROFIBUS-DP通信配置
TIAPortal是西门子提供的集成化工程软件，支持PROFIBUS-DP协议的配置和编程。以下是一个使用TIAPortal进行PROFIBUS-DP通信配置的实例。
5.1.1创建新项目
打开TI