西门子一级代理商PLC中国(授权)广东省汕头代理商

1.什么是PRIFOIBUS？

答：PROFIBUS是一个用在自动化技术的现场总线标准，在1987年由德国西门子公司等十四家公司及五个研究机构所推动，PROFIBUS是程序总线网络（PROcess FIeld BUS）的简称。

 PROFIBUS是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化．流程工业自动化和楼宇．交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

2.起源

PROFIBUS的历史可追溯到1987年联邦德国开始的一个合作计划，此计划有十四家公司及五个研究机构参与，目标是要推动一种串列现场总线，可满足现场设备接口的基本需求。为了这个目的，参与的成员同意支持有关工厂生产及程序自动化的共通技术研究。

PROFIBUS在1993年提出了架构较简单，速度也提升许多的PROFIBUS DP（DP代表Decentralized Peripherals）。

PROFIBUS DP主要是用在PROFIBUS主站和其远程从站之间的确定性通信，但仍允许主站及主站之间的通信。

 PROFIBUS DP（分布式周边，Decentralized Peripherals）用在工厂自动化的应用中，可以由中央控制器控制许多的传感器及执行器，也可以利用标准或选用的诊断机能得知各模块的状态。PROFIBUS网络通讯的本质是RS485串口通讯。

PROFIBUS－DP：定义了第一．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS－DP设备的设备行为。

这种精简的结构特别适合数据的高速传送，PROFIBUS-DP 用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从方式，以及这两种方式的混合。

3.PROFIBUS的通信模型

ISO的OSI模型如下图所示，而PROFIBUS只使用了ISO/OSI的第1层、第2层和第7层（PROFIBUS-DP只使用第1、2层），第3层至第6层没有使用，另外在应用层之上外加了一个用户层，是PROFIBUS的行规。PROFIBUS的协议模型的结构比较简洁，这样做提高了数据传输的效率，也符合工业通信实时性高、数据量小的特点和要求。

    PROFIBUS协议模型与OSI模型↑

4.PROFIBUS的通信组成
PROFIBUS-DP是PROFIBUS协议的主体。PROFIBUS-DP是专为工业控制现场层的分散设备之间的通信而设计的。PROFIBUS-DP的结构如上图所示。现场的传感器、执行器、控制器和触摸屏等都是常见的连接在总线上的现场设备，通过总线实现不同现场设备的通信。

每个PROFIBUS-DP系统包括各种类型的设备（装置）。根据不同的任务定义分为三种设备类型，分别为1类DP主站、2类DP主站和DP 从站。
PROFIBUS系统的Zui小配置为1个主站和1个从站。1个主站和多个从站的PROFIBUS系统称为单主站系统，如下图所示。在这种操作模式下可以达到Zui短的总线周期。当PROFIBUS系统的总线上有多个主站时，称为多主站系统，如图所示。多主站系统在原理上比单主站系统复杂。PROFIBUS协议既支持单主站系统，也支持多主站系统。

            单主站的PROFIBUS系统↑

                 PROFIBUS通信方式↑

5. PROFIBUS的通信方式
PROFIBUS支持主从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种模式。主站与主站之间采用的是令牌的传输方式，主站在获得令牌后通过轮询的方式与从站通信。若只有一个主站，并且有多个从站，则为主从系统；若只有多个主站，没有从站，则为纯主站系统；若有多个主站，每个主站均有隶属于自己的多个从站，则为多主多从混合系统。
多主多从混合系统是PROFIBUS的一般情况，主站与主站之间为令牌方式，主站与从站之间是主从方式，如图7-4所示。

6.PROFIBUS-FMS/DP的物理层
（1）传输速率与传输距离
PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP物理层相同，本节将主要讲DP网络，所有内容也适应于FMS。PROFIBUS-DP一般使用EIA485传输技术，传输介质可以选择A型和B型两种导线，A型为屏蔽双绞线，B型为普通双绞线。
使用双绞线的传输速率有9.6kbit/s、19.2kbit/s、93.75kbit/s、187.5kbit/s、500kbit/s、1500kbit/s、12 000kbit/s，随着通信速率的增加，传输距离也相应地降低为1200m、1200m、1200m、1000m、400m、200m、100m。

（2）网段
由于总线驱动能力的限制，PROFIBUS-DP物理层需要分段。每个网段Zui多允许有32个节点，电缆长度Zui长为1000m，如下图所示。在应用中，实际允许的电缆长度与波特率有关。当站点数量或传输距离超过限制时，均需要增加中继器，以保证总线的驱动能力。

              PROFIBUS的网段↑
中继器属于物理层的设备，所有符合EIA485标准的中继器均可以用于PROFIBUS网络。

在Zui大配置时，总线系统可以分为4个段。DP网的Zui大配置为：（第一段：2主站+29个从站+中继器）+（第二段：30个从站+中继器）+（第三段：31个从站+中继器）。
（4）拓扑结构
PROFIBUS网络的拓扑结构可以采用总线型、环形以及冗余等结构。使用双绞线作为传输介质时，一般采用总线型结构。
（5）终端电阻
EIA485要求必须按其特征阻抗进行终端匹配。所谓终端匹配就是在信号传输线的两头各串入一个与电缆特征阻抗相等的电阻。任何一个网段中，总线上终端匹配电阻数目为2，配置在总线两端的位置上。
在PROFIBUS-DP规范中，其终端匹配电阻为220。
（6）光纤
PROFIBUS系统的物理层还可以使用光纤，两个光纤模块（OLM）的Zui大距离可以达到10～15km。采用光纤作为物理层的情况，在PROFIBUS的应用中相对较少。
PROFIBUS-PA/FMS的物理层相对复杂，在此不做介绍。
7 .PROFIBUS-FMS/DP的数据链路层
数据链路层是PROFIBUS协议的第2层，它介于物理层与应用层之间。设立数据链路层的主要目的是将一条原始的、有差错的物理线路变为对应用层无差错的数据链路。为了实现这个目的，数据链路层必须执行链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能。
数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。媒体是长期的，连接是有生存期的。在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络的过程。这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。
尽管PROFIBUS FMS/DP/PA的物理层不尽相同，但是它们的数据链路层是一致的。
PROFIBUS的数据链路层负责生成和管理数据帧，控制和维护各站点对公共的总线的占用。PROFIBUS对总线的管理是按照令牌和主从相结合的方式进行的。
所有主动站点之间是通过令牌方式控制总线的，主站和从站之间是主从方式。
PROFIBUS的数据链路层是在物理层之上，实现数据链路功能，为上层（FDL用户）提供FDL数据接口。
现场总线管理（FMA）是在现场总线中起控制与管理作用的系统功能。在PROFIBUS模型中，FMA分布在所有层，与PROFIBUS的通信服务相伴相生。