profibus习题及答案 - 图文

1. 查阅资料比较CAN、FF、PROFIBUS总线的实际应用情况包括应用领域、特点、趋势？

答：CAN总线能提高系统的可靠性、实时性及灵活性，世界上主要的汽车制造厂商都采用CAN总线作为数据通信系统，目前已发展成为汽车电子系统的主流总线，目前是为数不多的国际标准现场总线。目前其技术比较成熟，控制芯片已经商品化，NXP，TI，意法，Atmel等各大主流的芯片制造商，都集成了一个或多个CAN总线控制器，由此形成了一定的价格优势。

由于其高性能，高可靠及独特的设计，在现代分布式测量与控制技术领域的应用愈加广泛，在铁路、交通、自控、仪表、航空航海、机械工业等领域逐步提高了市场范围。

基金会现场总线FF是一个国际性的协会组织，有100多个会员单位，包括Foxboro、横河电机、ABB, Siemens等全球主要的过程控制供应商与最终用户。FF物理介质支持双绞线、光缆和无线发射。协议符合IEC61158-2标准。其物理介质的传输信号采用曼彻斯特编码。由于世界上大的仪表公司与用户都参加了FF，因此FF开发的现场总线产品在品种与性能上都能满足控制要求，选择范围比较广，使用方便并且价格合理。FF能实现产品的可互操作性与可互换性。功能块比较完全，用户组网及使用都比较方便。并且留有空间，可供用户开发具有独特功能的功能块。产品开发、试验及推广实力雄厚，考虑完善，产品的可靠性与实用性较高。FF总线由于其本质安全以及易于集成、便于开发、网络协议完善等特点，广泛应用于工业自动化和过程自动化领域，特别是仪表领域。在过程自动化领域中，FF总线的市场份额占有并仍将占用巨大优势。

PROFIBUS由三部分组成，即PROFIBUS-FMS(现场总线报文规范)、PEOFIBUS-DP(分散型外围设备)及PROFIBUS -PA(过程自动化)。其中，PROFIBUS -DP是专门为自动控制系统与分散I/0的设备级之间进行通信使用的。PROFIBUS-PA是专门为过程自动化设计的，可使传感器和执行器接在同一根公用的总线上，甚至在本质安全区也可接上。根据IEC1158-2国际标准，PROFIBS -PA用双线进行总线供电和数据通信。PROFIBUS-FMS用来解决车间级通用性通信任务。FMS提供强有力的通信服务，用于完成中等传输速度的循环和非循环的通信任务。PROFIBUS现场总线技术投放时间较长，因而它的渗透领域比较宽广，并且它对OSI标准的第三层到第七层进行了简化，这种结构确保了数据传输的快速和有效进行，适应性更强，同时有稳定的标准及全世界许多厂家的支持和应用，拥有全球最多的供货厂商数。目前市场份额占欧洲首位，而且PROFIBUS总线产品在市场份额中的占有率以每年25%的增长率增长，在国内PROFIBUS第一个取得国标GB/T 10308.3-2001,目前国内占有率最高，可以预见未来几年依然起主导作用，有望成为在国际上推广速度最快、用户最多、应用范围最广及最有发展前景的现场总线。

2. 比较RS485与RS232协议的区别

答：RS232：

（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

（2） 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。

（3） 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。 （4） 传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能 用在50米左右。 RS485：

（1）逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6） V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。

（2） RS-485的数据最高传输速率为10Mbps

（3）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。

（4） RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器， 即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

3. 为什么有的书籍里描述Profibus中DU数据域的数据长度最大为244而不是246？ 答：Profibus中DU数据域的最大长度是246字节，但是由于最开始的两个字节是DSAP和SSAP，作为扩展地址使用，因此用户可以使用的用户数据部分最大为244个字节。

4. CAN、FF、总线技术在主从结构上分别采取什么形式？ 答：CAN总线上的节点不分主从。

FF总线上可以有多个链路主设备和多个基本设备，但是同一个网段上只有一个LAS，由LAS按照预定的时间调度表对总线进行控制，只有得到LAS许可的设备才可以在总线上传输数据。

Profibus总线可以有多个主站和多个从站，主站以令牌环的方式取得对总线的控制权，并按照轮询表与下属的从站进行通信。

5. 描述PROFIBUS中1类主站与2类主站的功能

答：1类主站功能是控制若干从站、完成总线通信控制与管理，2类主站的作用是管理1类主站的组态数据和诊断数据，也可以完成1类主站的通信任务。用于完成各站点的数据读写、系统组态、监视、故障诊断等。

6. Profibus包含哪三个子集，分别针对哪种应用？

答：包含Profibus-DP,Profibus-PA,Profibus-FMS。

Profibus-DP,用于现场层的高速数据传送。在这一级，中央处理器（如PLC，PC）通过高速串行线同分散的现场设备（i/0，驱动器、阀门等）进行通讯。

Profibus-PA 适用于Profibus过程自动化。PA 将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来，并可用来替代4-20mA的模拟技术。

Profibus-FMS的设计旨在解决车间监控级通信任务，提供大量的通信服务。可编程序控制器（如如PLC，PC机等）之间需要比现场层更大量的数据传送，用以完成中等传输速度进行的循环与非循环的通信服务，但通信的实时性要求低于现场层。

7. 为什么一个Profibus网络上的设备个数为126而不是127个？

答：Profibus的地址域中低7位表示实际的地址，在0~127间，其中的127作为广播地址保留，而地址126则是作为初始化时的默认现场设备地址。在一个Profibus系统进入运行状态之前必须预先赋给各个站点一个明确的地址。这样在实际运行状态下，在一个网段中最多只能有126个站点（0~125）

8. 描述Profibus协议的令牌传递方式。

答：Profibus属于令牌总线网。Profibus把总线上一些智能程度高的节点（像PLC）设置为主站，智能程度低的节点（像仪表、执行器）设为从站。构成逻辑上的令牌环的节点只

包含主站。主站得到令牌后，对它所管辖的从站进行轮询，然后把得到的数据传递给下游主站。这是它与众不同的地方。这样做显然比所有节点都加入逻辑环的做法系统可靠性高。 Profibus令牌为实令牌，作为一个特别的数据帧，沿着逻辑环在总线上按站点地址的“升”序在各主站点间轮换。一个Profibus系统中可以有多个网段，但整个系统中只有一个令牌。拿到令牌的主站就具有了控制总线的权利，可以向“从属”于他的从站发起通信，交换数据。而从站在平时只能扮作一个“哑”终端，被动地等待主站前来联系。这种主-从通信是按照事先定义在主站中的“轮询”表逐一按序进行的，当该主站持有令牌的时间到达上限，或“轮询”表中的任务全部处理完，则将令牌交到下一个主站。

9. 可以采用何种方式进行Profibus-PA网段与Profibus –DP网段的互联？ 答：可以采用两种方法实现DP/PA网络互连，一是使用段耦合器，它能够双向转换RS-485和MBP-IS信号电平。从上层网络协议的角度来看，段耦合器是“透明”的，另一种是使用链接器，它有其内在的适应二端网络接口和智能控制器，内建有缓冲器和编码、解码器，能把MBP网段的各个PA设备“映像”为RS-485网段中的各个DP从站，链接器一般是“非透明”的。

10. Profibus网络中一个主机能与多个从机通信，一个从机能与多少个主机通信？ 答：如果是周期性通信：从站只能与从属的主站进行通信。 如果是非周期性通信：，从机可以与从属主机及多个2类主机进行通信。

11. 简述Profibus协议中DP-V0, DP-V1, DP-V2包含的内容。

答：DP V0：规定了周期性数据交换所需要的基本通信功能，提供了对Profibus的数据链路层DDL的基本技术描述以及站点诊断、模块诊断和特定通道的诊断功能。

DP V1：包括有依据过程自动化的需求而增加的功能，特别适用于参数赋值、操作、智能现场设备的可视化和报警处理等（类似于循环的用户数据通信）的非周期的数据通信以及更复杂类型的数据传输。DP V1有三种附加的报警类型，状态报警，刷新报警和制造商专用的报警。

DP V2：包括有根据驱动技术的需求而增加的其他功能，如同步从站模式，实现运动控制中时钟同步的数据传输、从站对从站通信、驱动器设定值的标准化配置等等。

12. Profibus-DP协议信号传输的编码方式？

答：信号传输的编码方式为NRZ（不归零）编码。

13. GSD文件的作用是什么？

答：GSD文件被称为电子设备数据文件，是由生产从站（主站）的厂商按照统一格式建立的一个电子文件。其以文本文件形式记录了从站的各种属性，并随从站设备一同提供给客户。从某种意义上讲，GSD对从站设备是一个电子版的使用手册。主站厂家均提供一个初始化和组态工具软件。在建立系统时，它首先从此手册中读取各从站GSD文件，从中取出各站点设备的数据参数，形成主站上的参数数据库。这些参数对完成正常数据交换的周期性通信是不可缺少的。

14. 画出Profibus的D型接头内部电阻接线图

15. 描述Profibus中从站间通信的通信机制

答：在Profibus-DP V2中扩展了从站间的直接数据交换功能，使两个或多个从站之间可以不经主站的中转而直接传输数据。DP V2的DxB中定义了2种类型的从站，Publisher和Subscriber。发布者指测量数据信息等的送出方，一般由传感器从站承担；接收者则一般由执行器从站承担，接收并根据前者的数据，执行控制功能。在一个Profibus系统中可以有多个Pub和Sub存在。一个Pub也可以同时具有Sub的作用，即两者可以在一个从站上实现。实际上一个从站做Pub或Sub是由其上的应用程序决定的。对整个控制系统来说，承担数据的输入功能就是Pub，承担系统的数据输出端就是Sub。

16. 简单描述通常实现工控设备的Profibus通信方案。

答：实现一个工控设备的Profibus的通信一般有3种方案。 方案1.使用单片机

Profibus是一个完全开放的国际标准，任何厂商和个人都可以根据此标准设计各自的软硬件实现方案。原则上讲，只要一个微处理器配有内部或外部串行通信接口（UART），Profibus的通信协议就可以在其上实现。即利用Profibus模型中的服务访问点，通过完全的单片机软件编程和相应的外围硬件接口来实现对Profibus-DP的状态机的控制。

采用单片机的软方案只适合与系统通信速率小于500kbps的场合，此方案的好处是可以使此站的的硬件设计十分灵活，完全按照用户的要求实现一个体积较小的特定的站点硬件平台。

方案2.使用专用的ASIC芯片

ASIC芯片继承了Profibus的Token-passing协议，负责处理与通信有关的状态机控制、将数据打包成规定格式帧、从总线上截取帧以及令牌环的管理等，使所有的与总线通信有关的任务在ASIC上得以完成。使用ASIC后，用户的开发工作的中心可以集中在对外设的应用层的控制上，而对通信协议的底层控制完全由ASIC芯片负责。

目前，使用专用的ASIC通信芯片进行Profibus开发已成为目前的主流。常采用的芯片

有西门子公司提供的LSPM2、德国赫优讯公司netX。采用此种方式开发，主要涉及到协议栈开发或授权，取决于开发实力。 方案3.使用接口模板开发

为了方便 某些最终用户快速开发的要求，可以使用 具有丰富输入输出接口功能且具有Profibus通信接口的接口模板进行开发。接口模板在类型上分为两种，主接口模板和从接口模板。主接口模板能将第三方设备作为主站设备连接到Profibus系统中，从站也是如此。目前市场接口模块也比较多，主要有Comsofl的PIC-Profibus模块和Anybus模块，西门子的IM180-184等。

17. 基于西门子PLC做一类主站的组态配置软件名称,基于PC+网卡做一类主站的组态配置

软件名称？

答：基于西门子PLC做一类主站的组态配置软件为STEP 7，基于PC+网卡做一类主站的组态配置软件为COM PROFIBUS、SIMATIC NET。

18. Profibus-PA协议每一位传输时间为多少？

答：每一位的传输时间为32us。

19. 传统的DP/PA耦合器在链接网段时，对DP侧的网速有何要求？

答：传统的耦合器Coupler一般只能连接MBP网段到低速的RS-485网段，如要求DP网段一侧的速率为45.45Kb/s或93.75Kb/s。

20. 一般赋给链接器后面的PA网段设备的地址范围是多少？

答：一般赋给链接器后面的PA网段的地址范围定为3~105，Linker本身在PA网段一侧的地址为3，PA网段中的各个从站地址为4~105。

21. Profibus-DP协议中，2类主站能否与从站进行周期性通信？

答：不能。从站与CLASS2主站间的直接进行的非周期性数据交换。这种数据通信称作MS2通信。通过MS2通信服务，可以使部分人机界面更加简单直接，部分过程控制数据能通过MS2直接取自从站，而不需要“绕”经CLASS1主站。CLASS2主站也需要与需要与从站间有一个初始化的过程，然后才能开始MS2非周期数据交换。

22. Profibus协议中SAP的作用是什么？

答：SAP的作用是在数据链路层给各种不同的数据传输任务一个标识，其作用类似于TCP/IP协议中的IP端口号，即每一个SAP点对应了一种类型的传输数据，当携带有SAP的数据进入到数据链路层接口时，会有相应的软件进程加以处理。

23. 已知主从通信的服务点类型如下，若某2类主站地址为4，从站地址为104，若主站向

从站请求读输入及从站响应主站的读输入请求时，写出其报文格式。

答：读输入数据请求报文结构：

SD LE Ler SDr DA SA FC DSAP SSAP FCS ED 68h 05h 05h 68h E8h 84h XX 38h 3Eh XX 16h 响应报文（DU中为输入数据）：

SD LE Ler SDr DA SA FC DSAP SSAP DU FCS ED 68h X X 68h 84h E8h XX 3Eh 38h XX XX 16h

24. 描述Profibus协议中的同步方式和锁存方式的差异。

答：同步方式是针对输出而言的，正常情况下，从站接收到主站发来的输出数据后，立即通过数据缓冲器把他们送到了输出缓冲器，随后通过物理输出端去控制现场的执行机构。锁存方式和同步方式的工作原理一样，只不过它是针对输入而言的。同步和锁存方式一般用在高精度定位控制，为了获得工艺所要求的结果，就必须要求对所使用的多个输入同时采样，对所控制的输出进行高精度的等时控制，而不能有先后时间上的微小差别。

25. 由于Profibus协议中组态时需要估计循环时间，请写出怎样估算信息循环时间。

答：

26. Profibus-DP中传输速率超过1.5M/s时，对接线有何特殊要求？ 答：规定当总线传输速率超过1.5 Mb/s时，不允许使用任何接头分支线路。为避免使用接头电路的出现，要尽量使用中继器来扩展网络。网段最大长度不能超过100米。建议每两个站点之间的长度最好不要小于1米。可使用特殊的连接器，该连接器中集成有感应器。

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