PROFIBUS协议分析和系统应用

　　本书在介绍了PROFIBUS与国际标准的关系后，针对使用量最广的PROFIBUSDP子系统，阐述了其物理层相关的标准、数据链路层的MAC协议、数据帧的格式和时序关系等，详细介绍了周期性数据交换MS0的各种帧格式、从站的初始化过程、系统的响应时间计算和GSD文件的编写等基本概念； 然后，介绍了PROFIBUSDP的新版本DPV1，DPV2中的非周期数据交换MS1，MS2。在此基础上，从常用的PROFIBUS通信芯片选择开始，到应用系统的规划、开发实施、常见错误的检查等详细介绍了设备开发以及应用各个环节中应注意的问题。最后，分别介绍了PROFIBUSPA、PROFInet。本书适用于准备开发PROFIBUS设备和作系统集成的专业技术人员，同时也适合想对PROFIBUS做深入了解的普通技术人员，也可供大专院校作为工业控制网络课程的教学参考书。

　　侯维岩，生于郑州。分别在郑州大学和西安电子科技大学获无线电物理和计算机应用学士学位，后在清华大学获工学硕士学位，并于1998年通过国家教委中德联合培养博士计划选拔。后分别在德国Paederborn大学和Ifak研究所参加了德国科技教育部MANET和欧盟科技委员会RFieldbus项目。于2003年回国，在2004年获得上海大学控制理论与控制工程工学博士学位。作者从事教育科研工作多年，在短距无线数字通信和工业控制领域进行了较为深入的研究，在相关领域发表论文数十篇。现在上海大学电站自动化技术重点实验室做博士后工作。

第1章PROFIBUS的发展与国际标准
1.1PROFIBUS的发展现状
1.2PROFIBUS的分类和它与国际标准的关系
1.2.1PROFIBUS的分类简介
1.2.2PROFIBUS与国际标准的关系
1.3PROFIBUS的国际化标准发展过程
1.4PROFIBUS的系统组成和通信协议简述
1.4.1PROFIBUS的系统组成
1.4.2PROFIBUS的通信协议简述
第2章PROFIBUS的物理层
2.1RS485物理传输方式
2.1.1电缆技术数据
2.1.2电缆连接头
2.1.3信号传输特性
2.2本质安全的传输方式——适用于PROFIBUSPA
2.2.1PA电缆的技术数据
2.2.2PA电缆上的信号传输和连接示意图
2.2.3FISCO模型的简述
2.3光纤电缆传输方式
2.3.1光纤电缆特性
2.3.2FO总线的连接
第3章PROFIBUS的数据链路FDL层
3.1基本的FDL层服务功能集
3.1.1数据传输功能
3.1.2管理功能
3.2数据传输格式
3.2.1UART 编码
3.2.2报文帧的格式和定义
3.3PROFIBUS的MAC协议
3.3.1PROFIBUS的Token_Passing的原理
3.3.2基于Token_Passing的主从轮询协议的运行机理详述
3.3.3PROFIBUS的主站
3.3.4逻辑环的管理
3.3.5令牌目标循环时间的设置
3.3.6数据通信任务的优先级别
3.3.7Token_Passing协议的状态机
3.4PROFIBUS的总线时序关系
第4章PROFIBUS的周期性数据交换MS0
4.1PROFIBUS的数据通信模型
4.2PROFIBUS的从站
4.2.1从站状态机
4.2.2从站的初始化过程中相关问题
4.2.3从站的逻辑结构模型
4.3从站初始化过程中的主站
4.3.1从站初始化过程中主站各种服务和SAP点
4.3.2主站的模式变化和从站的错误安全保障状态
4.3.3主站的逻辑结构
4.4从站地址的改变
4.5从站的参数赋值过程详述
4.5.1参数的编码
4.5.2参数赋值在GSD文件中的定义举例
4.5.3参数赋值帧的格式
4.6组态配置
4.6.1从站的数据结构
4.6.2组态配置的验证
4.6.3GSD中的配置部分的描述
4.7诊断
4.7.1诊断过程中的帧结构和顺序
4.7.2诊断信息详解
4.8PROFIBUSDP的GSD文件
4.8.1GSD文件的引入
4.8.2GSD文件的生成和举例
4.9PROFIBUS的周期时间
第5章非周期交换任务MS1和MS2
5.1MS1： 与Class1主站的非周期性数据通信
5.1.1链接控制
5.1.2DPV1参数赋值过程
5.1.3MS1通信的内容
5.2非周期通信中的数据模型
5.3MS1非周期数据通信中的读写服务
5.3.1MS1中的读数据服务
5.3.2MS1中的写服务
5.4MS1诊断数据信息和报警处理
5.4.1MS1中报警的产生和处理
5.4.2与报警有关的帧结构
5.5MS1的状态监控信息的处理
5.6MS2非周期性数据交换的通信
5.6.1MS2中的链接建立初始化过程
5.6.2初始化过程中的帧结构
5.6.3读写服务
5.6.4MS2中的数据传输
5.6.5轮询操作
5.6.6MS2服务Abort
5.7GSD文件的扩充（版本3）
第6章IEC61158的扩展DPV2
6.1等时同步模式
6.1.1DPV2的总线节拍时序
6.1.2等时同步模式下的时钟偏移
6.2数据在从站间的直接交换DxB
6.2.1DxB的工作方式
6.2.2初始化参数的格式
6.3上传和下载
6.4时钟同步
6.5冗余
6.5.1从站冗余
6.5.2冗余的其他方面
6.5.3地址的分配
6.5.4通信通道的切换
6.5.5冗余操作下的诊断
6.5.6针对冗余模式下的BS模块增加的错误代码
6.6GSD文件的扩充版本4（适合于DPV2）
第7章PROFIBUS站点的开发与实现
7.1PROFIBUS的站点实现方案
7.2PROFIBUS协议的ASIC芯片一览
7.3适合于简单型从站的ASIC
7.3.1LSPM2结构图和应用详解
7.3.2使用LSPM2的从站构成框图
7.4适合于智能型从站的ASIC
7.4.1SPC3
7.4.2SPC3的内部结构
7.4.3SPC3支持的数据通信
7.4.4SPC3的硬件连接图
7.4.5用于SPC3的软件
7.5SPC4系列芯片
7.6DPC31芯片
7.6.1DPC31的功能详述
7.6.2外部微处理器接口
7.6.3芯片的工艺数据
7.6.4内存和缓冲区的地址分配及通信参数的设置
7.7主站芯片——ASPC2
7.7.1ASPC2的反应时间
7.7.2ASPC2与微处理器的连接
7.8常见桥接辅助芯片介绍
7.8.1SIM11应用
7.8.2用于光纤通信系统接口的FOCSI
7.9Siemens系列ASIC的技术简单总结对比
7.10接口模板
7.10.1IM180 主站接口模块
7.10.2IM1821从站接口模块
7.10.3IM1831从站接口模块
7.10.4IM184 从站接口模块
7.11PROFIBUS的开发包
7.11.1Dev.Kit4
7.11.2Dev.KitDP/PA
7.11.3Dev.Kit PROFIsafe
7.11.4各种开发接口模板和开发包的技术汇总
第8章PROFIBUS系统的实现
8.1总体设计
8.2PROFIBUS系统的拓扑结构确定
8.3PROFIBUS的设备选型和开发
8.3.1从站方案
8.3.2主站方案
8.3.3固件的设计
8.4PROFIBUSDP系统的初始化
8.5PROFIBUS系统实现中的常见错误
8.6PROFIBUS的常用诊断工具
8.6.1网络监听器
8.6.2Siemens的硬件测试设备
第9章PROFIBUS产品的测试和认证
9.1PROFIBUS产品测试与认证
9.2步骤和过程
9.3测试中的常见错误
9.4PROFIBUS产品的认证授权
9.5PROFIBUS产品测试实验室
第10章PROFIBUSPA 介绍
10.1PROFIBUSPA的基本特点
10.2PROFIBUSPA的网关——实现DP/PA连接的接口
10.2.1几种不同的网关
10.2.2耦合器
10.2.3链接器
10.2.4YLink
10.3PA设备的初始化配置
10.3.1对透明的耦合器的初始化配置
10.3.2对非透明的链接器的初始化配置
10.3.3设备主文件
10.4设备的互操作性
10.5PA设备的非周期数据交换
10.6PROFIBUSPA总线的安装
10.6.1PA的拓扑结构
10.6.2EN610582中规定的电缆
10.6.3屏蔽和接地
10.6.4PA网段的设备数量计算
第11章PROFInet简述
11.1PROFInet的技术特色
11.2PROFInet的网络结构
11.2.1PROFInet的物理层
11.2.2PROFInet中的交换机
11.3PROFInet中的数据交换方式
11.3.1分散式现场设备（PROFInet IO）
11.3.2分布式自动化（PROFInet CBA）
11.4PROFInet通信的实时性
11.4.1PROFInet IO的通信实时性
11.4.2PROFInet CBA的组件之间的通信
11.5PROFInet与别的FCS系统的集成
11.5.1通过代理服务器的集成
11.5.2对各现场总线系统的直接集成
11.6IT功能在PROFInet中的集成
11.6.1IP地址的管理
11.6.2诊断管理
11.6.3Web服务
11.6.4OPC和PROFInet
11.7PROFIBUS和PROFInet的关系
第12章PROFIBUS的新规约简介
12.1PROFIdrive
12.2PA Devices
12.3Fluid Power
12.4SEMI.Devices
12.5Ident System
12.6Remote I/O for PA
12.7PROFIsafe
12.8PROFIBUS 上的HART
附录APROFIBUS报文帧结构汇总
A1数据链路层的报文帧
A2用于报文帧识别的SAPs
A3MS0 报文帧
A3.1改变工作站地址
A3.2诊断请求
A3.3初始化参数报文帧（Prm_Cmd.req）
A3.4对初始化参数报文帧的响应（Prm_Cmd.res）
A3.5组态配置报文帧（Chk_Cfg.req）
A3.6对配置报文帧的响应
A3.7数据交换
A3.8Read_Inputs
A3.9Read_Outputs
A3.10全程控制报文帧
A4主站对主站的通信（Class1与Class2主站）
A4.1Get_Master_Diag.req
A4.2Get_Master_Diag.res
A4.3Get_Master_Diag.req
A4.4Get_Master_Diag.res
A4.5Get_Master_Diag.req
A4.6Get_Master_Diag.res
A4.7Upload.req
A4.8Upload.res
A4.9Download.req
A4.10Download.res
A4.11Start_Seq.req
A4.12Start_Seq.res
A4.13End_Seq
A4.14Activate_Para_Brct.req
A4.15Activate_Para.req/.res
A5DPV1 报文帧
A5.1DPV1报文的综述
A5.2DPV1的初始化参数
A5.3DS_Read.req/DS_Read.res 报文帧的结构
A5.4查询报文帧的结构
A5.5MS1数据设置写入服务（DS_Write）
A5.6MS1的报警处理
A6MS2连接
A6.1在初始化请求中用户数据的结构
A6.2MS2服务报文DS_Read和DS_Write
A6.3MS2服务报文Data_Transport
A6.4MS2服务异常中止
A7PROFIBUSDP 数据类型
A7.1整型
A7.2无符号型
A7.3浮点指针（4字节）
A7.4可视性字符串/字节字符串
A7.5日期和时间
A7.6报文结构中个别数据类型的编码
A8IEC61158（DPV2）中功能扩展的报文
A8.1结构化参数
A8.2Ext_User_Prm报文
A8.3Ext_User_Prm.res数据响应
A8.4时钟报文
A8.5计时同步报文
A8.6用于Upload/Download的报文
A8.7冗余切换报文（Prm_Cmd）
A9DPV1的出错代码帧
附录B重要术语一览
附录C英文名词索引
附录DPROFIBUS国际组织
参考文献