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PROFIBUS(Process Fieldbus)是目前世界上应用最为广泛的现场总线技术之一，是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，并在1999年12月成为国际标准IEC61158的一部分。它包括了波特率可达12Mbps的高速总线。PROFIBUS-DP（H2）和用于过程控制的本安型低速总线PROFIBUS-PA（H1），使其在结构和性能上优越于其他现场总线。与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最重要优点是它的普遍性，它包括了加工制造、过程和楼宇自动化等广泛应用领域，并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制三种方式。
PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。PROFIBUS-PA专用于过程自动化领域。PROFIBUS-FMS则用于车间级监控网络。其中应用最为广泛的是PROFIBUS-DP。
2 PROFIBUS协议结构
PROFIBUS的协议结构符合ISO的开放式系统互连模型，其协议模型如图所示，其中PROFIBUS-DP只定义了其中的第一层、第二层和用户接口，第三层到第七层未加描述。这种协议结构确保了数据传输的快速和有效。总线存取协议在第二层即现场总线数据链路层实现，包括主站之间的令牌传递方式和主站和从站之间的主从方式。
2.1 物理层
PROFIBUS提供三种传输技术：
●RS-485：用于DP/FMS，这是工程实践中使用最广泛的传输技术，网络拓扑采用线性总线，两端带有有源的总线终端电阻。传输速率从9.6Kbps到12Mbps。传输介质采用带屏蔽的双绞电缆，对抗干扰要求不高时也可取消屏蔽。每网段最多32个站，使用中继器可多达127个站。
●光纤电缆（FO）：用于DP/FMS，可选，用于电磁兼容性（EMC）要求高和长距离要求的场合。
●IEC 1158-2：用于PA，传输速率31.25Kbps，具有本质安全特性，由总线对设备供电。
一个PROFIBUS系统可连接126个站，总线系统可分为若干个段，段与段之间用中继器连接。每个总线网段最多可连接32个站，中继器也作为一个站点。要覆盖更长的距离，可建立连接段，连接段不连接任何站。应用玻璃光纤传输，在2个中继器之间的距离可达到几公里。在实际应用中，有再生和非再生的中继器，再生的中继器处理信号条件因而能增加总线系统传输范围。
PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS的编码方式为NRZ码即不归零码，在位持续期间，二值信号“0”或“1”不改变。一个字符在PROFIBUS总线上位11位，即1个起始位，8个数据位，一个偶校验位和一个停止位。在没有数据发送时，空载电位为“1”。
PROFIBUS-PA传输数据按照IEC 1158-2国际标准，编码方式为曼彻斯特码。
2.2 数据链路层
PROFIBUS-DP/PA/FMS均使用一致的数据链路层协议，该协议是通过OSI参考模型的第二层来实现的。数据链路层描述了用于数据传输中报文的一般格式、安全机制和可用的传输服务。
为了满足各种工业自动化应用场合的需要，PROFIBUS提供了两种传输存取方式：主站之间的令牌（Token）存取方式和主站和从站之间的轮询（Polling）存取方式，可以实现三种系统配置：纯主-主系统，纯主-从系统和混合系统，从而满足各种自动化应用领域的需要。
PROFIBUS标准规定了以下的传输服务：
●SDA：发送有应答的数据（仅对于FMS）。数据发送到主站或从站，在应答中发送一组短的应答。
●SRD：发送和请求有应答的数据（对DP和FMS）。在一个报文循环中发送和接收数据。
●SDN：发送没有应答的数据（对DP和FMS）。广播和有选择广播报文，即报文送达有选择的一组节点。
●CSRD：循环发送和请求数据（仅对于FMS）。
PROFIBUS-DP仅限于SRD和SDN服务，在SRD服务时，主站发送输出数据到从站和接收输入数据（若输入数据存在从站中），在规定的时间周期内应答。若从站是输出设备，则用“E5H”的短应答。SDN服务是发送数据到规定的一组从站，可按照要求触发SDN服务，对SDN报文没有应答。
数据链路层应该保证安全的传输数据，保证数据的完整性。海明距离是评价数据传输质量的判据，PROFIBUS报文的海明距离=4，可以检查以下的错误：
●字符格式错误（奇偶错误，帧错误，超限）。
●协议错误。
●错误的起始/终止定届符。
●错误的帧校验字节。
●错误的报文长度。
2.3 应用层和用户接口层
PROFIBUS-DP未使用应用层，这种结构确保了数据传输的快速和有效。在DP的用户接口层中，直接数据链路映象DDLM（Direct Data Link Mapper0）为用户接口进入第二层提供了简捷的途径。除此之外，用户接口中还规定了用户、系统以及不同设备可调用的应用功能。DP行规（Profile）详细说明了各种不同DP设备的设备行为等。
PROFIBUS-PA也未使用应用层，在PA的用户接口层，它以DP的基本功能为基础，采用扩展的DP功能。除此之外，还用PA行规描述了现场设备的各种参数和设备行为的各种要求。
PROFIBUS-FMS使用了应用层，应用层由现场信息规范FMS（Fieldbus Message Specification）和低层接口LLI（Lower Layer Interface）组成。FMS包括应用协议并向用户提供可广泛选用的强有力的通信服务；LLI协调各种通讯关系，并为FMS提供不依赖设备地访问链路层的服务。在用户接口层规定了FMS设备行规。
3 PROFIBUS-DP技术特性
PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）是一种高速和便宜的通信连接，它专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用。使用PROFIBUS-DP模块可取代24V或4～20mA的串联式信号传输。直接数据链路映像（DDLM）提供的用户接口，使得对数据链路层的存取变得简单方便，传输可使用RS－485传输技术或光纤媒体。
下面主要介绍PROFIBUS-DP的主要技术特性。
3.1 DP设备类型
每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型的设备：
●一类DP主站（DPM1）：一类DP主站是中央控制器，在预定的信息周期内与DP从站交换数据。典型的DPM1如PLC或PC。
● 二类DP主站（DPM2）：二类DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。
● DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。
PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式以及所使用的总线参数。PROFIBUS标准规定报文有效数据可到244字节，连接的站地址为0-126。其中地址126仅可以用于投运目的，不可以用于数据交换。
3.2 运行模式
●停止：DPM1与DP从站之间没有数据交换。
●清除：DPM1读取DP从站的输入信息，并使输出信息保持在故障安全状态。
●运行：DPM1处于数据交换状态，如在此阶段发生故障，系统将根据组态参数“自动清除”（Auto-clear）的设定值作出相关的反应。这些操作状态由本地或由组态设备通过总线控制。
3.3 同步和锁定
DPM1可向单个DP从站、一组DP从站或全体DP从站同时发送控制命令，此时使用同步和锁定模式实现DP从站的事件控制同步。
3.4 保护机制
为确保数据传输的安全、可靠，除所有信息传输按海明距离HD=4进行外，DP从站使用“看门狗”控制器监测主站和传输线路的故障；对DP从站的输入/输出进行存取保护；DP主站使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视等。
3.5 故障诊断功能
PROFIBUS-DP 提供广泛的诊断可能性，通过诊断信息能快速确定故障的位置，诊断信息分为三级：
●与站有关的诊断。站一般运行状态的信息，如温度过高，电压过低等
●与模块有关的诊断。设备中相关模块的信息，如模拟量输入模块有故障等
●与通道有关的诊断。输入或输出某一信号位的信息，如某条输出线断线等。
PROFIBUS-DP对错误状态提供了方便和通用的处理诊断报文的方法，当启动时，在参数化报文前和在状态机制呈现数据变换方式前，主站通常请求诊断数据。
当从站设备监测到故障时，在当前数据通信时，向主站发送高优先级的响应报文。主站在下一次总线循环时，向这一从站请求诊断报文以获得故障信息。在总线系统中的任一主站可向任一从站请求诊断数据。
DP从站的诊断信息包括6字节的标准诊断信息和用户相关的诊断信息。
3.6 电子设备数据库文件（GSD）和开放式组态
PROFIBUS设备的性能、特点和参数，对每种设备和每家生产厂商来说均各有差别。为达到PROFIBUS简便的即插即用配置，这些设备的特性参数均在电子设备数据库文件（GSD）中具体说明。组态工具利用GSD文件可将不同生产厂商的设备集成在一个总线系统中，这也是PROFIBUS开放性的一个体现。
3.7 PROFIBUS-DP行规（Profile）
PROFIBUS-DP经常统一地转送规定的数据到数据单元。在PC机用户程序中或在可编程序控制器的功能块中，由用户决定是否处理这些被发送或被接收的数据。在某些工业部门（如传动技术、编码器或操作员监督、控制），早已规定了行规（Profile），由于确定了行规，因而使用户更容易地去处理数据。
行规确定了PROFIBUS现场总线如何应用在具体的应用领域中，制造者与最终用户享受部件可交换性的利益，由于应用了行规，从而显著地降低了用户的工程费用，因为参数的意义均能事先规定。下面是几种和数控系统有关的行规：
●编码器行规：编码器行规描述了单圈和多圈分辨率的旋转编码器和旋转角编码器到PROFIBUS-DP的连接。为这两类设备规定了基本功能和补充功能，如比例、中断和扩展诊断。
●NC/RC行规：这一行规描述了不同型号的数控机床/机器人如何用PROFIBUS-DP进行控制，在规定的流程图程序中机器人的运动及其控制程序由上层自动化设备进行设定。
●传动技术行规：该行规由世界上处于领导地位的传动装置制造商联合制定，描述在转速控制的传动中如何处理要传送的数据。采用传动技术行规，不同设备制造商的传动设备可以在一个传动链路中相互交换数据。