PROFIBUS现场总线

Profibus现场总线是一种化、开放式、不依赖于生产商的现场总线标准，广泛应用于工业自动化。Profibus根据应用特点分为Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-Pa三个兼容版本。其中Profibus-DP是一种高速（数据传输速率9.6kbit/s～12Mbit/s）的经济的设备级网络，主要用于现场控制器与分散I/O之间的通信，可满足交直流调速系统快速响应的时间要求；Profibus-PA采用IECII58-2标准，传输速率为31.25kbit/s，并提供本质安全特性，适用于安全性要求较高及由总线供电的场合；Profibus-FMS主要解决车间级通信问题，完成中等传输速度的循环或非循环数据交换任务。

总线拓朴结构

根据现场设备到控制器的连接方式，现场总线的拓扑结构可有多种形式，通常采用以下三种：线形、树形和环形。Profibus采用的是线形结构，其特点是简明，用一根总干线从控制器连到机械装置（控制对象），总线电缆从主干电缆分支到现场设备处，控制器扫描所有I/O站上的输入，必要时还可发送信息到输出通道。在这种总线结构下，可实现多主式和对等工通信，可以两个控制器共享同一个系统中的信息和I/O站。另外，不需关闭总线系统就可以把一个I/O设备从总线上拆下，这给总线系统的维护带来了很大方便。

Profibus-DP的设备类型

根据实际设计需要，本系统采用Profibus-DP。每个Profibus-DP系统包括以下三种不同类型的设备：

（1）DP主站类型1 它是Profibus-DP应用的中心部件，在一个规定的、重复的信息周期内，*控制器或PC机与分布式从站（DP从站）交换信息。非循环传输的数据与循环的测量值相比不是经常变动的，因此这种数据与快速循环的有用数据一起传输，但它以较低的优先级传输。主站中的中断确认保证由DP从站来的中断可靠传输。

（2）DP主站类型2 这种类型的设备（如编程器、组态设备或操作设备）用于DP系统的启动、组态或用于正常运行过程（如诊断）中的系统操作。此类型的主站可以读取由设备来的输入、输出、诊断和组态数据。

（3）DP从站 一个DP从站是一个I/O设备，它读取输入信息并向I/O提供输出信息，输入和输出信息数取决于设备类型，zui大为244字节。

Profibus-DP的通信协议

Profibus现场总线采用了OSI模型的物理层、数据链路层，如图1所示。其传输速率为9.6kbps～12Mbps，zui大传输距离在12Mbps时为100m，在1.5Mbps时为400m，可用中断器延长到10km。其传输介质既可以是双绞线，也可以是光缆，zui多可挂接127个站点。

Profibus-DP物理层与ISO/OSI参考模型的*层相同，采用EIA-RS485协议，根据数据传输速率的不同，可选用双绞线和光纤两种传输介质。

Profibus-DP数据链路层协议媒体访问控制（MAL）部分采用受控访问的令牌总线（Token Bus）和主从方式。令牌总线与局域网IEEE8024协议一致，令牌在总线上的各主站间传递，持有令牌的主站获得总线控制权，该主站依照关系表与从站或与其它主站进行通信。主从方式的数据链路协议与局域网标准不同，它符合HDLC中的非平衡正常响应模式（NRM）。该模式的工作特点是：总线上一个主站控制着多个从站，主站与每一个从站建立一条逻辑链路；主站发出命令，从站给出响应；从站可以连续发送多个帧，直到无信息发送、达到发送数量或被主站停止为止。数据链数中帧的传输过程分为三个阶段：数据链路建立、帧传输和链路释放。正常响应模式主站与从站之间传输帧的格式如图2所示。

F为帧标志字段（8位）。A为从站地址字段。控制字段C表示帧类型、编号、命令和控制信息，它将HDLC帧分为三种类型：信息帧、监控帧和无编号帧。其中信息帧用于应用数据的传输并捎带应答；监迭帧用于监视链路上的正常操作，对链路状态作出各种响应（如认可帧、请求重传或暂停等）；无编号帧（不含信息字段）用于传输各种无编号命令和响应，例如建立链路工作模式、释放链路及报告特殊情况等。信息字段由PKW+PZD的应用数据构成，PKW用于读写参数值，如写入控制字或读出状态字等，一般为4KB长，而PZD用于存储控制器的具体控制值、设置站点或状态字的参数，一般为2～10B长，如PZD的第二个字节可设为0#～7#设备的起停止位。FCS是帧校验字段，它对整个帧的内容进行循环冗余码（CRC）校验。HDLC帧zui长可达24B。

Profibus-DP并未采用ISO/OSI的应用层，而是自行设置一用户层。该层定义了DP的功能、规范与扩展要求等。

综上所述可知，Profibus-DP的实时性远高于其它局域网，因而特别适用于工业现场。

Profibus-DP