[转帖]PROFIBUS现场总线简介

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                      PROFIBUS现场总线简介
PROFIBUS是联邦德国于九十年代初制定的国家工业现场总线协议标准，代号DIN19245，由十三家工业企业及五家研究所经过两年多的时间完成。1996年经欧洲电工委员会批准被列为欧洲标准EN50170。根据欧洲标准化规则，EN50170于当年自动地在法律上得到欧洲所有国家标准化机构的认可。德国注销了原有的PROFIBUS国家标准DIN19245，以EN50170取而代之。从现在起，欧洲所有公开的招标都是在EN50170的基础上进行的。EN50170在保护投资方面为生产厂家和用户提供了一个最高的标准。
PROFIBUS 提供一个从传感器直至管理层的透明网络。正因为如此，PROFIBUS 可以在许多方面——从汽车工业、机器制造业、食品工业、运输业直到环保工程等，获得应用。近年来，PROFIBUS在众多的现场总线中占据首位，并以其约占40%的市场份额居欧洲之冠。
作为开放式通信系统工业标准，PROFIBUS现场总线公布了网络各层协议的所有规范。按照这些规范设计设备网络接口，不同的设备可以实现网络互联。这给控制设备的生产厂家、系统设计安装调试单位和用户带来了极大的方便。用户可根据需要选择不同的设备，构成相应的系统，以减少设备的冗余度，降低成本，也为以后系统的扩充提供了方便。
PROFIBUS现场总线技术的特点?
PROFIBUS为多主多从结构，可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统。网络协议以 ISO/OSI参考模型为基础，对第三层到第六层进行了简化。
PROFIBUS协议的第一部分是物理层和链路层协议。物理层采用RS-485标准通信规范，传输介质为双绞线，其技术指标如下：
技术标准：EN50170
接口标准：EIA RS－485
网络插口：SUB－D9芯插头
波 特 率：9.6K，19.2K，93.75K，187.5K，500K
响应时间：<20ms
编码方式：IEC规定之ManchesterⅡ标准
拓扑结构：两端带有终端器的总线结构
传输距离：波特率9.6K，19.2K，93.75K时 1200m
          波特率187.5K时600m
          波特率500K时200m （可通过中继器增加传输距离）
站 点 数：主站+从站共126个
电 缆：屏蔽双绞线，截面>0.22mm ，阻抗120 W
PROFIBUS链路层又称FDL，它采用混合介质存取方式，即主站间按令牌方式，主站和从站间按主从方式工作。令牌是一条特殊的电文，它在主站之间按照地址的升序传递总线控制权（即令牌），得到令牌的主站可在一定的时间内执行本站的工作。这种方式保证了在任一时刻只能有一个站点发送数据，并且任一个主站在一个特定的时间片内都可以得到总线操作权，这就完全避免了冲突。链路层保证损坏或掉电的站点从环中排除，新上电的主站加入令牌环。链路层的另一个主要任务是保证数据的无差错传输，这是通过海明间距＝4、按照国际标准IEC870－5－1制定的特殊的起始和结束界定符、每个字节的奇偶校验和每条电文的CRC循环校验保证的。

PROFIBUS链路层提供的服务有：
SDA （发送数据并要求回答）
SDN （发送数据，不要求回答）
SRD （发送数据并要求回送数据）
CSRD（循环发送数据并要求回送数据）
PROFIBUS的最大电文长度为255个字节。电文由标识符、源及目的地址、数据长度、数据、命令字和循环校验码等构成，有效数据最长246字节。
PROFIBUS协议的第二部分是应用层协议(FMS)，第三部分为DP协议，它们都使用相同的底层协议，用于不同的应用领域。
FMS定义了应用层（第七层）的内容。由于PROFIBUS没有第三层到第六层，所以这几层的必要功能在一个称为“底层接口”（LLI）的模块中完成，由LLI将这些功能映射到FMS中。FMS提供了多种强有力的通信服务，这些服务是著名的MAP协议中MMS服务的一个子集。为使这些功能适应不同应用领域当中真正的实际需要，FMS包括称为“行规”（PROFILE）的特殊定义。行规规定不同制造商制造的、遵从同一行规的PRIFIBUS设备应具有相同的通信功能。行规中除通信参数的选择外，还包括队状态和错误的解释及针对应用的定义等许多信息。目前已经完成的有大楼自动化、驱动器、传感器和执行器、可编程控制器、纺织机器和低压开关设备等行规，这些行规的制定为用户使用提供了极大的方便，也是PROFIBUS得到广泛应用的一个重要原因。
PROFIBUS协议的第三部分是PROFIBUS的DP协议，用于传感器和执行器级的高速数据传输。它以PROFIBUS-FDL为基础，根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充。DP的传输速率可达12Mbit/S，一般构成单主站系统，主站、从站间采用循环数据传送方式（CSRD）工作。PROFIBUS-DP广泛地应用在德国西门子公司生产的控制设备当中。DP和FMS可混合工作。
PROFIBUS协议的第四部分是PROFIBUS的PA协议,适用于对安全性要求较高的场合，这由PROFIBUS的第四部分描述，PA实现了IEC1158-2规定的通信规程，设备行规定义了设备各自的功能，设备描述语言（DDL）及功能块允许对设备进行完全的内部操作。
综上所述，PROFIBUS严格的定义和完善的功能使其成为开放式系统的典范。特别需要指出的是，除了使用专门的ASIC芯片之外，PROFIBUS也可以用通用电子器件实现（如8050，8086，V25等），价格低廉，容易推广。这些特点使得它在短短几年内在化工、冶金、机械加工以及其它自动控制领域得到了迅速普及和应用。
PROFIBUS现场总线的应用
据1997年统计，世界上已有约100多万台PROFIBUS仪表在自动化设备中应用，而且每年增长20-30%。目前，世界上约有650家厂商加入了PROFIBUS用户协会并提供上千种PROFIBUS产品。以著名的西门子公司为例，它可提供一百多种PROFIBUS产品并已经把它们应用在中国的许多自动控制系统中。
为在中国推广应用PROFIBUS工业现场总线标准，PROFIBUS中国用户协会于1997年7月成立。协会的会员由生产厂商（包括国际PROFIBUS用户协会成员在中国开办的合资或独资企业）、科研单位、学校、厂矿企业及其他用户组成。协会的宗旨是竭城为广大用户服务，通过举办技术讲座及发行不定期内部刊物等手段介绍国际国内PROFIBUS发展及应用的最新动态，宣传和介绍有关生产厂家的最新产品及应用实例，促进用户之间的信息交流。