接收器的比特同步總是從起始比特的下降沿開始，也就是說，在從二進(jìn)制“1”轉(zhuǎn)換到二進(jìn)制數(shù)“0”時(shí)開始。在比特時(shí)間的中間應(yīng)掃描起始比特和所有后繼的比特。在比特時(shí)間的中間，起始比特應(yīng)是二進(jìn)制數(shù)“0”，否則認(rèn)為同步失敗并停止同步過程。以二進(jìn)制“1”的停止比特來結(jié)束字符的同步，如果此時(shí)出現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)“0”來代替此停止比特，則應(yīng)認(rèn)為并報(bào)告一個(gè)同步差錯(cuò)或字符差錯(cuò)，并應(yīng)等待下一個(gè)起始比特的前導(dǎo)沿。
1.2  報(bào)文格式
如圖3所示，PRFIBUS-DP有以下5種報(bào)文格式。其中，SYN為同步周期，它是一個(gè)最小的時(shí)間間隔，在此時(shí)間間隔內(nèi)，每個(gè)站在它可以接收發(fā)送/請求報(bào)文幀或令牌起始部分之前，應(yīng)從傳輸介質(zhì)接收空閑狀態(tài)（idle state）(idle=二進(jìn)制“1”)。同步周期最小為33個(gè)線空閑比特；SD為起始定界符，DA是目的地址，SA是源地址，F(xiàn)C是控制幀；FCS是幀校驗(yàn)和，ED為結(jié)束定界符，值為16h，L是信息字段長度，其中SD1= 10h，用于請求FDL狀態(tài)，尋找一個(gè)新的活動(dòng)的站點(diǎn)，報(bào)文長度固定，沒有數(shù)據(jù)單元；SD2= 68h，用于SRD服務(wù)，報(bào)文的數(shù)據(jù)長度可變；SD3 = A2h，數(shù)據(jù)單元長度固定（L總為8字節(jié)）；SD4 = DCh，表示該報(bào)文為令牌報(bào)文；SC =E5h, 短確認(rèn)報(bào)文。

圖3　PROFIBUS—DP鏈路層報(bào)文格式

2　 報(bào)文診斷軟件的實(shí)現(xiàn)
2.1  實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
圖4為作者組建的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，1類主站為SIEMENS公司的CPU315-2DP PLC，PC工控機(jī)作為2 類主站，通過現(xiàn)場總線接口卡CP5611與DP 總線相連， WAGO公司的750-333、BECKHOFF公司的BK3120、SIEMENS公司的ET200-L及和利時(shí)公司的LM3107 PLC等PLC設(shè)備作為從站連接到DP網(wǎng)絡(luò)中。

圖4　PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2  軟件開發(fā)環(huán)境
軟件開發(fā)工具為VC++6.0，通過計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串口通信，將PROFIBUS—DP報(bào)文采集到上位機(jī)進(jìn)行處理。PROFIBUS-DP系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用RS485/RS232通信電纜將其RS485的一端接入PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接器的背插接口，RS232一端直接接入到PC機(jī)的串口。
2.3  軟件系統(tǒng)基本程序框圖
軟件系統(tǒng)的程序基本架構(gòu)流程圖如圖5所示。

圖5　基本程序框架流程圖

　　整個(gè)系統(tǒng)軟件包括如下幾個(gè)模塊：
1）程序主控模塊：負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)程序邏輯與主界面，調(diào)用串口通信模塊和接收顯示模塊。
2）串口通信模塊：負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)串口通信任務(wù)，PROFIBUS-DP報(bào)文數(shù)據(jù)采集及串口參數(shù)設(shè)置。

3）數(shù)據(jù)處理模塊：根據(jù)PROFIBUS-DP協(xié)議報(bào)文格式，將采集上來的數(shù)據(jù)按報(bào)文格式進(jìn)行處理，并存入臨時(shí)緩沖區(qū)。
4）接收顯示模塊：負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)的處理與顯示。
5）數(shù)據(jù)庫模塊及數(shù)據(jù)查詢模塊，用來實(shí)現(xiàn)對采集到報(bào)文的歷史數(shù)據(jù)的分析和查詢。
2.4  關(guān)鍵技術(shù)
該軟件主要是實(shí)現(xiàn)對PROFIBUS報(bào)文進(jìn)行提取，實(shí)現(xiàn)在線采集PROFIBUS-DP報(bào)文數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)鏈路層角度對各種報(bào)文進(jìn)行分析，完成各種類型報(bào)文的顯示，完成對報(bào)文種類、服務(wù)類型、地址、數(shù)據(jù)長度及數(shù)據(jù)單元等信息的提取顯示，并對診斷報(bào)文、參數(shù)化報(bào)文及組態(tài)報(bào)文等的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行詳細(xì)的分析，得出總線性能的各種參數(shù)及故障原因，將分析過的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)數(shù)據(jù)庫，存入臨時(shí)緩沖區(qū)，根據(jù)需要將分析過的報(bào)文信息存入數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)歷史查詢。
如何實(shí)現(xiàn)報(bào)文幀的提取是本軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問題。由于PROFIBUS報(bào)文格式有很多種，而且包括數(shù)據(jù)長度不固定的可變報(bào)文。雖然各種報(bào)文都具有固定的報(bào)頭、報(bào)尾，但是存在的問題是報(bào)頭報(bào)尾并不是特定的字符，有可能和報(bào)文中數(shù)據(jù)單元內(nèi)容一樣，所以這里利用報(bào)頭報(bào)尾進(jìn)行報(bào)文的提取是不可行的。作者在這里利用各種報(bào)文幀前的同步字符進(jìn)行報(bào)文提取，也就是說，在每個(gè)完整報(bào)文幀傳輸之前，其前面都有一個(gè)不小于33bit的同步時(shí)間，在報(bào)文幀中間是沒有任何間隔的，利用這一同步時(shí)間，在VC++中利用超時(shí)函數(shù)，對報(bào)文幀進(jìn)行了完整地提取。
另外，由于通信數(shù)據(jù)量很大，速度較快，這里采用了WINDOWS多線程技術(shù)。一個(gè)線程為監(jiān)視線程，監(jiān)視串口通訊，一個(gè)為數(shù)據(jù)處理主線程，另外一個(gè)為定時(shí)刷新數(shù)據(jù)庫線程。當(dāng)監(jiān)視線程監(jiān)視到串口中有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，就觸發(fā)一個(gè)消息通知數(shù)據(jù)處理主線程，數(shù)據(jù)處理主線程就去串口緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。定時(shí)器線程定時(shí)刷新數(shù)據(jù)庫顯示，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示功能。
作者在程序編寫的過程中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫不能實(shí)時(shí)刷新的情況，后來發(fā)現(xiàn)問題出在WINDOWS的WM_TIMER定時(shí)器上，由于該定時(shí)器消息優(yōu)先級(jí)較低，可能造成WM_TIMER消息的丟失，所以不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)刷新。解決的方法是采用WINDOWS的多媒體定時(shí)器。在使用多媒體定時(shí)器的過程中，定時(shí)間隔的選取又是一個(gè)關(guān)鍵的問題，定時(shí)間隔選取太小，將會(huì)耗費(fèi)大量的CPU內(nèi)存，造成系統(tǒng)“死機(jī)”, 定時(shí)間隔選取太大，又不能完成“實(shí)時(shí)”顯示功能。這里又涉及到PROFIBUS總線信息循環(huán)時(shí)間的問題，總線信息循環(huán)時(shí)間與總線傳輸?shù)牟ㄌ芈省恼镜臄?shù)量、I/O數(shù)據(jù)的數(shù)量、從站需要的延遲時(shí)間以及主站的空閑時(shí)間等有關(guān)。作者通過了大量的計(jì)算和多次實(shí)驗(yàn)調(diào)試，尋找到一個(gè)合適的定時(shí)器間隔。
2.5  顯示界面
該P(yáng)ROFIBUS-DP報(bào)文分析軟件的程序界面包括主界面、串口配置界面、報(bào)文過濾界面、報(bào)文查詢界面、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)界面以及歷史查詢界面等。
PROFIBUS-DP分析診斷軟件的運(yùn)行主界面如圖6，窗口左上部分“當(dāng)前profibus報(bào)文”組框內(nèi)存放最近采集到的PROFIBUS-DP報(bào)文信息，并可通過工具欄上的記錄移動(dòng)按鈕滾動(dòng)察看記錄；右上方“信息面板”是用來顯示所有查看報(bào)文的詳細(xì)信息。窗口下半部分以網(wǎng)格形式顯示PROFIBUS-DP歷史信息。
若需要打開串口，開始接收PROFIBUS報(bào)文信息，則可選擇“命令”菜單下的“開始接收”項(xiàng)；若需停止接收PROFIBUS報(bào)文信息，則可選擇“命令”菜單下的“停止接收”項(xiàng)；若需要配置串口參數(shù)，則可選擇“命令”菜單下的“串口配置”項(xiàng)，此時(shí)將彈出“串口配置對話框”，若需清除當(dāng)前所有記錄，可選擇“記錄”菜單下的“清除所有記錄項(xiàng)”命令，如果需要分類查看各種報(bào)文，可以選擇“查看”命令菜單下的“報(bào)文查詢”，此時(shí)將彈出“報(bào)文查詢對話框”，可根據(jù)需要進(jìn)行報(bào)文分類查看。

圖6　軟件運(yùn)行主界面

3　  結(jié)束語
該軟件經(jīng)過作者在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的反復(fù)運(yùn)行調(diào)試，結(jié)果表明該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對幾種PROFIBUS報(bào)文進(jìn)行分析，能夠完成采集、顯示、分析、存儲(chǔ)和查詢等功能，為以后的研究開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)具有一定的實(shí)用價(jià)值。

　　文章來源于：《電氣時(shí)代》2009年11期。

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