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Profibus概貌

Profibus現場總線是一種國際化、開放式、不依賴于生產商的現場總線標準，廣泛應用于工業自動化。Profibus根據應用特點分為Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-Pa三個兼容版本。其中Profibus-DP是一種高速（數據傳輸速率9.6kbit/s～12Mbit/s）的經濟的設備級網絡，主要用于現場控制器與分散I/O之間的通信，可滿足交直流調速系統快速響應的時間要求；Profibus-PA采用IECII58-2標準，傳輸速率為31.25kbit/s，并提供本質安全特性，適用于安全性要求較高及由總線供電的場合；Profibus-FMS主要解決車間級通信問題，完成中等傳輸速度的循環或非循環數據交換任務。

總線拓樸結構

根據現場設備到控制器的連接方式，現場總線的拓撲結構可有多種形式，通常采用以下三種：線形、樹形和環形。Profibus采用的是線形結構，其特點是簡明，用一根總干線從控制器連到機械裝置（控制對象），總線電纜從主干電纜分支到現場設備處，控制器掃描所有I/O站上的輸入，必要時還可發送信息到輸出通道。在這種總線結構下，可實現多主式和對等工通信，可以兩個控制器共享同一個系統中的信息和I/O站。另外，不需關閉總線系統就可以把一個I/O設備從總線上拆下，這給總線系統的維護帶來了很大方便。

Profibus-DP的設備類型

根據實際設計需要，本系統采用Profibus-DP。每個Profibus-DP系統包括以下三種不同類型的設備：

（1）DP主站類型1 它是Profibus-DP應用的中心部件，在一個規定的、重復的信息周期內，中央控制器或PC機與分布式從站（DP從站）交換信息。非循環傳輸的數據與循環的測量值相比不是經常變動的，因此這種數據與快速循環的有用數據一起傳輸，但它以較低的優先級傳輸。主站中的中斷確認保證由DP從站來的中斷可靠傳輸。

（2）DP主站類型2 這種類型的設備（如編程器、組態設備或操作設備）用于DP系統的啟動、組態或用于正常運行過程（如診斷）中的系統操作。此類型的主站可以讀取由設備來的輸入、輸出、診斷和組態數據。

（3）DP從站 一個DP從站是一個I/O設備，它讀取輸入信息并向I/O提供輸出信息，輸入和輸出信息數取決于設備類型，最大為244字節。

Profibus-DP的通信協議

Profibus現場總線采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層，如圖1所示。其傳輸速率為9.6kbps～12Mbps，最大傳輸距離在12Mbps時為100m，在1.5Mbps時為400m，可用中斷器延長到10km。其傳輸介質既可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。

Profibus-DP物理層與ISO/OSI參考模型的第一層相同，采用EIA-RS485協議，根據數據傳輸速率的不同，可選用雙絞線和光纖兩種傳輸介質。

Profibus-DP數據鏈路層協議媒體訪問控制（MAL）部分采用受控訪問的令牌總線（Token Bus）和主從方式。令牌總線與局域網IEEE8024協議一致，令牌在總線上的各主站間傳遞，持有令牌的主站獲得總線控制權，該主站依照關系表與從站或與其它主站進行通信。主從方式的數據鏈路協議與局域網標準不同，它符合HDLC中的非平衡正常響應模式（NRM）。該模式的工作特點是：總線上一個主站控制著多個從站，主站與每一個從站建立一條邏輯鏈路；主站發出命令，從站給出響應；從站可以連續發送多個幀，直到無信息發送、達到發送數量或被主站停止為止。數據鏈數中幀的傳輸過程分為三個階段：數據鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。正常響應模式主站與從站之間傳輸幀的格式如圖2所示。

F為幀標志字段（8位）。A為從站地址字段。控制字段C表示幀類型、編號、命令和控制信息，它將HDLC幀分為三種類型：信息幀、監控幀和無編號幀。其中信息幀用于應用數據的傳輸并捎帶應答；監迭幀用于監視鏈路上的正常操作，對鏈路狀態作出各種響應（如認可幀、請求重傳或暫停等）；無編號幀（不含信息字段）用于傳輸各種無編號命令和響應，例如建立鏈路工作模式、釋放鏈路及報告特殊情況等。信息字段由PKW+PZD的應用數據構成，PKW用于讀寫參數值，如寫入控制字或讀出狀態字等，一般為4KB長，而PZD用于存儲控制器的具體控制值、設置站點或狀態字的參數，一般為2～10B長，如PZD的第二個字節可設為0#～7#設備的起停止位。FCS是幀校驗字段，它對整個幀的內容進行循環冗余碼（CRC）校驗。HDLC幀最長可達24B。

Profibus-DP并未采用ISO/OSI的應用層，而是自行設置一用戶層。該層定義了DP的功能、規范與擴展要求等。

綜上所述可知，Profibus-DP的實時性遠高于其它局域網，因而特別適用于工業現場。