PROFIBUS-DP通信的其他应用

    1．FDL通信

   FDL是PROFIBUS的第2层——现场总线数据链路层(Fieldbus Data link)的缩写，用于实现PROFIBUS主站之间的通信。它是安全系数很高的发送/接收双向数据通信服务，可以有效地检测出通信的错误。

   PROFIBUS网络中的FDL连接与工业以太网中的ISO、ISO - on - TCP、TCP、UDP连接统称为S5兼容的连接，它们使用相同的通信功能(FC) AG_RECV和AG_SEND。

   FDL数据传输是双向的，可以在FDL连接上同时进行发送和接收。两个站都具有同样的权限，每个站都可以触发发送和接收过程。FDL支持SDA（有确认的数据发送）和SDN（无确认的数据发送）、自由第2层通信、广播通信和多点传送通信。

    只有PROFIBUS通信处理器(CP)才支持FDL的数据通信，例如，用于S7- 300系列PLC的CP 342 -5和CP 343 -5，用于S7 - 400系列PLC的CP 443 -5，以及用于上位机的CP 5512、CP 5612、CP 5613 PROFIBUS网卡。通信处理器可以同时与多个主站建立通信连接，大多数通信处理器的FDL连接个数最多16个。S7连接采用OSI（开放系统互连模型）的第1、2和7层，专门用于西门子PLC之间的大数据量通信。因为FDL只使用OSI模型的第1、2层，传输请求由硬件发起，传输速率快，但是传输的数据量较小（仅240B）。

    2．直接数据交换

    直接数据交换(Direct Data Exchange，DX)又称为交叉通信，主要用于智能从站接收DP从站的数据，以及多主站系统的从站发送数据到其他主站。

    直接数据交换通信采用广播式通信方式，从站作为生产者( Publisher)，可以不经过主站将信息直接发送给作为消费者( Subscribers)的从站。这样从站可以直接接收别的从站发送的数据。可以理解为图6-63中的3号从站向它的主站发送数据时，4号智能从站或其他主站“偷听”发送的部分或全部数据。

    图6-63    HW Config中的DP网络

    下面是直接数据交换的几种应用场合：

   (1)单主站系统中DP从站发送数据到智能从站

    通过直接数据交换，DP从站发送的数据可以被同一个PROFIBUS- DP子网的智能从站接收。所有具有直接数据发送功能的DP从站（包括非智能从站），都能提供用于DP从站之间的直接数据交换的数据，只有主站和智能DP从站才能接收这些数据。

   (2)多主站系统中从站发送数据到其他主站

    同一个物理PROFIBUS- DP子网中有几个DP主站的系统称为多主站系统。有直接数据交换功能的DP从站发送的数据，可以被同一个物理DP子网中其他主站直接读取。

   (3)从站发送数据到其他主站系统的智能从站

    在多主站系统中，有直接数据发送功能的DP从站发送的数据，可以被同一个物理DP网络中其他主站系统的智能从站读取。

    3．一组从站的输出同步与输入冻结

   (1)同步输出与解除同步

    通常情况下，DP主站周期性地将输出数据发送到DP从站的输出模块上。DP主站调用用SFC 11发送SYNC（同步）控制命令，组态的DP从站组中的所有从站将切换到同步模式，DP主站将当前的输出数据发送给从站，并指示相关DP从站冻结各自的输出。DP从站组将主站的输出数据存放在它们的内部缓冲区，将它们送到输出模块，并保持输出状态不变。这样可以同步激活一组DP从站上的输出数据。

    每执行一次SYNC控制命令，该组从站将新的输出数据发送到输出模块上。只有用SFC11发送控制命令UNSYNC，才能解除DP从站组的SYNC模式，使该组DP从站返回正常的循环数据传送状态，即DP主站发送的数据立即被传送到从站的输出点。

   (2)输入信号的冻结与解除冻结

    通常情况下，DP主站按照PROFIBUS- DP的总线周期，周期性地读取DP从站的输入数据，供CPL使用=如果需要得到一组DP从站同一时刻的输入数据，可以通过SFC 11将FREEZE（冻结）命令发送到该组DP从站来实现。

    当FREEZE命令被发送到一组DP从站时，组内所有的DP从站切换到FREEZE模式，即它们的输入模块上的信号被冻结，并将它们传送到CPU的过程映像输入区，以便DP主站来读取这些信号。接收到下一个FREEZE命令时，DP从站更新和重新冻结它们的输入数据。只有用SFC 11发送UNFREEZE命令，才能解除DP从站的FREEZE模式，使DP主站重新开始周期性地接收从站当前的输入状态。

    在暖启动和热启动后，DP从站不进入SYNC或FREEZE模式，只有当它们接收到由DP主站发出的第一个SYNC或FREEZE命令之后，才进入SYNC或FREEZE模式。

    4．用SFC 12激活和禁止DP从站

    如果系统中有已经组态，但是并不存在、有故障或当前不需要的DP从站或PROFINET 10设备，CPU仍然会不断地访问它们。如果用SFC 12“D_ACT_DP”禁止这些从站或10设备，CPU将停止访问它们，这样可以缩短DP总线周期。如果用SFC 12禁止了IE/PB link PN IO（以太网与PROFIBUS的链接器），所有从属的PROFINET IO设备也将停止运行，这一事件将被报告。可以在需要时用SFC 12来激活被禁止的DP从站或PROFINET 10设备，还可以查询它们当前处于激活状态还是处于禁止状态。

    某些设备有大量的选件可供使用，但是机器制造厂商交付的具体设备仅仅是选定组件的组合。制造商将这些可能的机器选件组态为DP从站或PROFINET IO设备，以便创建包含所有可能的选件的通用用户程序。使用SFC 12，用户程序可以激活当前需要的选件，禁止那些当前不需要的选件。

    5．PROFIBUS子网的恒定总线周期

    与主站机架中的集中式I/O相比，PROFIBUS -DP网络上的分布式I/O没有确定的过程响应时间。以图6-64中的系统为例，如果CPU从ET 200S读人一个输入信号，执行用户程序后发送给ET 200M的一个输出点，整个过程由图中的T1~T7这7段时间组成：

    图6-64    DP网络的信号传输

   T1：读入输入信号的转换时间。

   T2和T6：从站模块背板总线上的循环时间。

   T4：主站CPU程序执行时间。

   T3和T5：PROFIBUS - DP总线上的轮询时间。

    T7：输出信号传送到输出端子的时间。

   T1~T7决定了整个过程的响应时间。上述7段时间并非全部是固定不变的，它们之间也没有同步的关系，因此总的处理周期不是恒定的。

    某些生产过程（例如运动控制和闭环控制）要求控制系统具有迅速准确的响应时间。通过PROFIBUS的等时模式，可以实现从分布式I/O的输入响应、CPU的处理和输出到分布式I/O的端子，有一个确定的和相等的时间，时间响应的确定性甚至可能优于集中式I/O。

    等时模式整个过程的响应时间是由恒定的DP总线周期和同步的单个时间段构成的。DP主站周期性地发送给各从站一个作为时钟脉冲的全局控制帧( GC)，用它来同步接收和发送从站数据。总线循环时间的固定和各段时间的同步保证了过程响应时间的恒定。与非等时模式相比，总线循环时间减少了等待读取数据和发送数据的时间，使响应变得更加迅速。

    在每个恒定的总线周期，DP主站首先处理与各从站的循环数据交换，然后处理中断、总线接收、诊断服务等非循环部分，可能还需要处理与PG/OP的通信（见图6-65）。DP主站随后将保持一段等待的时间，直到组态的恒定DP总线周期时间到，以便对可能的网络干扰进行补偿，并重新获取可能重发的消息帧。此后，全局控制帧( GC)启动新的DP周期。

    为确保在新的DP总线周期启动时读取从分布式I/O输入的一致性状态信息，必须在时间Ti内提前执行读取过程。Ti包括输入信号的准备和转换时间，以及DP从站背板总线上的传送时间。Ti结束时，所有的输入数据刚好传送到从站的接口模块，此时DP主站发送全局控制帧( GC)，开始轮询DP从站。当所有从站上的数据都已经准备好后，触发同步循环中断OB61，开始执行OB61中的程序。在OB61中，调用SFC 126“SYNC- PI”来更新过程映像分区的输入，而在OB61结束之前，调用SFC 127“SYNC-PO”来更新过程映像分区的输出。在输出时间To内，将上一个周期的程序执行结果输出到被控过程，然后开始下一个周期Ti时间内的数据读取过程。

    图6-65    恒定总线周期示意图

    时间To将确保用户程序的过程响应以相等的时间输出到从站的端子上。To包括主站与所有DP从站的数据交换时间、用于电子模块的信号准备和转换时间，以及DP从站背板总线的输出处理时间。可以在组态时设置Ti和To。

    从图6-65可以看出，通信处理、执行用户程序和读、写分布式I/O是并行（即同时）进行的，这样能提高运行效率，减少所需的总线周期。

    循环同步只适用于ET200M和ET 200S，不能用于集中式I/O设备。