内容：
榜首章：现场总线技能及Profibus
1.1现场总线技能的由来
1.1.1CIMS体系结构及工业数据结构的层次区分
依据工厂办理、出产进程及功用要求，CIMS体系结构可分为5层，即工厂级、车间级、单元级、作业站级和现场级。简化的CIMS则分为3层，即工厂级、车间级和现场级。在一个现代化工厂环境中，在大规模的工业出产进程操控中，工业数据结构相同分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。如图1-1所示。
图1-1：简化的CIMS网络体系结构
1.1.2现场级与车间级主动化监控及信息集成是工厂主动化及CIMS不行短少的重要部分。
现场级与车间级主动化监控及信息集成体系首要完结底层设备单机操控、连机操控、通讯连网、在线设备状况监测及现场设备运转、出产数据的收集、存储、核算等功用，确保现场设备高质量完结出产使命，并将现场设备出产及运转数据信息传送到工厂办理层，向工厂级MIS体系数据库供给数据。一起也可承受工厂办理层下达的出产办理及调度指令并履行之。因而，现场级与车间级监控及信息集成体系是完结工厂主动化及CIMS体系的根底。
1.1.3传统的现场级与车间级主动化监控及信息集成体系
传统的现场级与车间级主动化监控及信息集成体系（包含：依据PC、PLC、DCS产品的散布式操控体系），其首要特色之一是，现场层设备与操控器之间的衔接是1对1（一个I/O点对设备的一个测控点）所谓I/O接线方法，信号传递4-20mA（传送模仿量信息）或24VDC（传送开关量信息）信号。如图1-2所示：
图1-2：传统的现场级与车间级主动化监控及信息集成体系
1.1.4体系首要缺陷
（1）信息集成才能不强：操控器与现场设备之间靠I/O连线衔接，传送4-20mA模仿量信号或24VDC等开关量信号，并以此监控现场设备。这样，操控器获取信息量有限，很多的数据如设备参数、毛病及毛病纪录等数据很难得到。底层数据不全、信息集成才能不强，不能彻底满意CIMS体系对底层数据的要求。
（2）体系不敞开、可集成性差、专业性不强：除现场设备均靠标准4-20mA/24VDC衔接，体系其它软、硬件一般只能运用一家产品。不同厂家产品之间缺少互操作性、交换性，因而可集成性差。这种体系很少留出接口，答应其它厂商将自己特长的操控技能，如操控算法、工艺流程、配方等集成到通用体系中去，因而，面向职业的监控体系很少。
（3）可靠性不易确保：关于大规模的散布式体系，很多的I/O电缆及敷设施工，不只添加本钱，也添加了体系的不行靠性。
（4）可维护性不高：由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线毛病确诊、报警、记载功用不强。另一方面也很难完结现场设备的长途参数设定、修正等参数化功用，影响了体系的可维护性。
1.1.5现场设备的串行通讯接口是现场总线技能的原形
由于大规模%&&&&&%的展开，许多传感器、履行机构、驱动设备等现场设备智能化，即内置CPU操控器，完结比如线性化、量程转化、数字滤波乃至回路调理等功用。因而，关于这些智能现场设备添加一个串行数据接口（如RS-232/485）是十分便利的。有了这样的接口，操控器就能够按其规则协议，经过串行通讯方法（而不是I/O方法）完结对现场设备的监控。假如想象悉数或大部分现场设备都具有串行通讯接口并具有共同的通讯协议，操控器只需一根通讯电缆就可将涣散的现场设备衔接，完结对悉数现场设备的监控，这便是现场总线技能的初始主意。
1.2.4现场总线技能的产生
依据以上初始主意，运用一根通讯电缆，将悉数具有共同的通讯协议通讯接口的现场设备衔接，这样，在设备层传递的不再是I/O（4-20mA/24VDC）信号，而是依据现场总线的数字化通讯，由数字化通讯网络构成现场级与车间级主动化监控及信息集成体系。
1.2现场总线技能概念
1.2.1现场总线技能
现在，公认的现场总线技能概念描绘如下：现场总线是设备在出产进程区域的现场设备/外表与操控室内的主动操控设备/体系之间的一种串行、数字式、多点通讯的数据总线。其间，“出产进程”包含断续出产进程和接连出产进程两类。
或许，现场总线是以单个涣散的、数字化、智能化的丈量和操控设备作为网络节点，用总线相衔接，完结彼此交流信息，一起完结主动操控功用的网络体系与操控体系。
1.2.2现场总线技能产生的意义
（1）现场总线（Fieldbus）技能是完结现场级操控设备数字化通讯的一种工业现场层网络通讯技能；是一次工业现场级设备通讯的数字化革新。现场总线技能可运用一条通讯电缆将现场设备（智能化、带有通讯接口）衔接，用数字化通讯代替4-20mA/24VDC信号，完结现场设备操控、监测、长途参数化等功用。
（2）传统的现场级主动化监控体系选用1对1连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以完结设备之间及体系与外界之间的信息交流，使自控体系成为工厂中的“信息孤岛”，严峻限制了企业信息集成及企业归纳主动化的完结。
（3）依据现场总线的主动化监控体系选用核算机数字化通讯技能，使自控体系与设备参加工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的掩盖规模一向延伸到出产现场。在CIMS体系中，现场总线是工厂核算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技能根底。
1.2.3依据现场总线的现场级与车间级主动化监控及信息集成体系
依据现场总线技能的现场级与车间级主动化监控及信息集成体系如图1-3所示：
图3：依据现场总线的现场级与车间级主动化监控及信息集成体系
1.2.4依据现场总线的主动化监控及信息集成体系首要长处
（1）增强了现场级信息集成才能
现场总线可从现场设备获取很多丰厚信息，能够更好的满意工厂主动化及CIMS体系的信息集成要求。现场总线是数字化通讯网络，它不单纯代替4-20mA信号，还可完结设备状况、毛病、参数信息传送。体系除完结长途操控，还可完结长途参数化作业。
（2）敞开式、互操作性、交换性、可集成性
不同厂家产品只需运用同一总线标准，就具有互操作性、交换性，因而设备具有很好的可集成性。体系为敞开式，答应其它厂商将自己特长的操控技能，如操控算法、工艺流程、配方等集成到通用体系中去，因而，商场上将有许多面向职业特色的监控体系。
（3）体系可靠性高、可维护性好
依据现场总线的主动化监控体系选用总线衔接方法代替1对1的I/O连线，关于大规模I/O体系来说，减少了由接线点构成的不行靠要素。一起，体系具有现场级设备的在线毛病确诊、报警、记载功用，可完结现场设备的长途参数设定、修正等参数化作业，也增强了体系的可维护性。
（4）降低了体系及工程本钱
对大规模、大规模I/O的散布式体系来说，省去了很多的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，降低了体系及工程本钱。
1.3现场总线标准
现场总线技能得以完结的一个关键问题，是要在主动化职业中构成一个制作商们一起恪守的现场总线通讯协议技能标准，制作商们能依照标准出产品，体系集成商门能依照标准将不同产品组成体系。这就提出了现场总线标准的问题。世界上闻名主动化产品及现场设备出产厂家，意识到现场总线技能是未来展开方向，纷繁结成企业联盟，推出自己的总线标准及产品，在商场上培育用户、扩大影响，并活跃支撑世界标准安排拟定现场总线世界标准。能否使自己总线技能标准在未来世界标准中占有较大比例成份，联系到该公司相关产品出路、用户的信赖及企业的声誉。而前史经历证明：世界标准都是选用一个或几个商场上最成功的技能为根底。因而，各大世界公司在拟定现场总线世界标准中的竟争，表现了各公司在技能领先地位上的竞赛，而其终究仍是要归结到商场实力的竞赛。
听说现在世界上现有各种总线及总线标准不下二百多种。具有必定影响和已占有必定商场比例的总线有如下几种：
1.3.1Profibus现场总线
1996年3月15日同意为欧洲标准，即DIN50170V.2。Profibus产品在世界商场上已被遍及承受，商场比例占欧洲首位，年增长率25%。现在支撑PROFIBUS标准的产品超越1500多种，别离来自世界上250多个出产厂家。在世界规模内已设备运转的PROFIBUS设备已超越200万台，到1998年5月，适用于进程主动化的PROFIBUS-PA外表设备在19个国家的40个用户厂家投入现场运转。1985年组成了PROFIBUS世界支撑中心；1989年12月树立了PROFIBUS用户安排（PNO）。现在在世界各地相继组成了20个区域性的用户安排，企业会员近650家。1997年7月组成了我国现场总线（PROFIBUS）专业委员会，并筹建现场总线PROFIBUS产品演示及认证的试验室。
Profibus首要运用范畴有：
。制作业主动化：轿车制作（机器人、装配线、冲压线等）、造纸、纺织。
。进程操控主动化：石化、制药、水泥、食物、啤酒。
。电力：发电、输配电。
。楼宇：空调、风机、照明。
。铁路交通：信号体系
1.3.2FF现场总线
1994年由ISP基金会和WorldFIP(北美)两大集团兼并树立FF基金会，其主旨在于开宣布契合IEC和ISO标准的、仅有的世界现场总线（FundationFieldbus）。低速总线（H1）协议已于1996年宣布。已完结开发的高速总线（H2）拟于1998年内表。1997年5月树立了我国现场总线（FF）专业委员会，并筹建FF现场总线产品认证中心。现在，FF现场总线的运用范畴以进程主动化为主。如：化工、电力厂试验体系、废水处理、油田等职业。
1.3.3LONWORKS总线
LONWORKS现场总线全称为LONWORKSNetWorks,即散布式智能操控网络技能，期望推出能够合适各种现场总线运用场合的测控网络。现在LONGWORKS运用规模广泛，首要包含工业操控、楼宇主动化、数据收集、SCADA体系等。国内首要运用于楼宇主动化方面。
1.3.4CANBUS现场总线
CANBUS现场总线已由ISO/TC22技能委员会同意为世界标准IOS11898（通讯速率小于1Mbps）和ISO11519（通讯速率小于125Kbps）。CANBUS首要产品运用于轿车制作、公共交通车辆、机器人、液压体系、涣散型I/O。别的在电梯、医疗器械、东西机床、楼宇主动化等场合均有所运用。
1.3.5WorldFIP现场总线
90~91年FIP现场总线成为法国国家安全标准。96年成为欧洲标准（EN50170V.3）。下一步方针是接近IEC标准，现在技能上已做好充分准备。WorldFIP世界安排在北京设有办事处，即WorldFIP我国信息中心，担任我国的技能支撑。WorldFIP现场总线选用单一总线结构来习惯不同运用范畴的需求，不同运用范畴选用不同的总线速率。进程操控选用31.25Kbit/s,制作业为1Mbit/s,驱动操控为1-2.5Mbit/s。选用总线裁定器和优先级来办理总线上（包含各支线）的各操控站的通讯。可进行1对1、1对多点（组）、1对整体等多重通讯方法。在运用体系中，可选用双总线结构，其间一条总线为备用线，添加了体系运转的安全性。
WorldFIP现场总线适用规模广泛，在进程主动化、制作业主动化、电力及楼宇主动化方面都有很好的运用。
1.3.6P-NET现场总线
P-NET现场总线筹建于己于1983年。1984年推出选用多重主站现场总线的榜首批产品。1986年通讯协议中参加了多重网络结构和多重接口功用。1987年推出P-NET的多重接口产品。1987年P-NET标准成为敞开式的完好标准，成为丹麦的国家标准。1996年成为欧洲总线标准的一部分（EN50170V.1）。1997年组成世界P-NET用户安排，现有企业会员近百家，总部设在丹麦的Siekeborg，并在德国、英国、葡萄牙和加拿大等地设有区域性安排分部。P-NET现场总线在欧洲及北美区域得到广泛运用，其间包含石油化工、动力、交通、轻工、建材、环保工程和制作业等运用范畴。
1.4怎么面临很多的现场总线标准
面临世界上各种门户的现场总线及标准，为深入研讨国外先进的现场总线技能，推进我国现场总线技能和产品的研讨开发，构成契合我国国情的和实践的标准体系，维护我国出产企业和用户的出资效益，我国外表标准化职业的主管单位-仪器外表归纳技能经济研讨所遵从标准化作业程序，于己于1998年7月22日至多3日在北京我国科技礼堂举办了“现场总线的标准化与我国主动化技能展开”研讨会。会议邀请了Profibus、FF、WorldFIP、P-NET世界安排专家代表，介绍了世界盛行现场总线技能及标准化状况。研讨会上中外专家就现场总线世界标准化的展开展开了热列评论，并提出以下见地与定见：
(1)期望IEC能尽早按预期方针完结共同标准的拟定。
(2)按现在进展估量，近年内IEC很难完结预期方针。
(3)现在IEC提出的主张计划只限于进程主动化，难于满意其它运用范畴要求，不行能成为仅有标准，很或许构成多种标准体系共存。
(4)在共同标准框架下做多种通讯协议接口，或许是共同标准的一种合适的处理计划。
对我国展开现场总线技能方针，专家和代表们以为，结合我国国情，一方面应活跃盯梢IEC世界标准化的展开，展开我国的技能研讨和产品开发。另一方面在共同的IEC标准未构成之前，活跃展开对其它先进的现场总线技能研讨，特别是对已有老练运用经历、运用范畴掩盖面大的现场总线技能的盯梢研讨。
1.5对面临挑选的用户谈个人观点并提出主张
从用户视点动身，怎么面临很多现场总线标准作出挑选，笔者在此宣布个人观点，并提出一点主张以供用户参阅。
（1）标准？从标准展开的前史看，谁的技能将成为世界标准，或在世界标准中占有较大成份，首要取决于它在实践运用中获得多大的效果，取决于该项技能及产品在世界商场上的占有比例。也便是说，谁能占有商场谁将得全国。另一方面，世界标准化安排依据科学技能飞速展开现状及厂商用户对标准拟定的要求，对标准的拟定及同意手续作出相应的改动，即简化了标准的拟定程序和手续，并供认存在所谓事实上的标准，即那些在商场中已占有较大比例、具有很大的用户成功运用经历的技能标准，如咱们熟知的TCP/IP通讯协议标准。
（2）挑选总线？在现在世界上现场总线群雄并起局势下，用户应从实践运用工程特色动身去挑选。由于没有一种可一应俱全、合适悉数运用范畴的现场总线技能。应着重调查这种总线在本职业中的运用成绩。如制作业主动化、电力主动化及进程操控主动化三个范畴，在数据实时呼应要求方面就大不一样。
（3）挑选产品？用户应尽量挑选世界知名度大、具有用户多、产品运用根底好的公司产品，由于这些公司的现场总线技能被世界标准选用的或许性大。即便没有被世界标准选用，大公司为考虑诺言，会提出原有技能与世界标准的接口，而不会置公司诺言于不论，丢掉老客户不论。
（4）活跃盯梢、勇于进步！假如由于世界IEC还没有共同现场总线标准，就不敢运用这项先进技能是大可不必的。这将会使企业损失一次尽早进步企业主动化水平的机遇，或损失一次进步本企业产品水平的机遇，然后导致企业在未来同行竞赛中处于下风。世界IEC要共同现场总线标准不是一朝一夕的事，坐等机遇消逝为下策，只要活跃盯梢、英勇进步方为企业展开上策。
第二章：现场总线Profibus技能关键
本章从Profibus协议标准视点，概要阐明晰PROFIBUS技能关键。使读者可快速了解PROFIBUS技能概貌。
2.1Profibus概貌
(1)Profibus是一种世界化、敞开式、不依赖于设备出产商的现场总线标准。广泛适用于制作业主动化、流程工业主动化和楼宇、交通、电力等其他范畴主动化。
(2)Profibus由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。
(3)Profibus-DP：是一种高速低本钱通讯，用于设备级操控体系与涣散式I/O的通讯。运用PROFIBUS-DP可代替办24VDC或4-20mA信号传输。
(4)Profibus-PA：专为进程主动化规划，可使传感器和履行机构联在一根总线上，并有本征安全标准。
(5)Profibus-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。
(7)Profibus是一种用于工厂主动化车间级监控和现场设备层数据通讯与操控的现场总线技能。可完结现场设备层到车间级监控的涣散式数字操控和现场通讯网络，然后为完结工厂归纳主动化和现场设备智能化供给了可行的处理计划。
2.2PRFIBUS根本特性
2.2.1Profibus协议结构
Profibus协议结构是依据ISO7498世界准，以敞开式体系互联网络（OpenSystemInterconnection—SIO）作为参阅模型的。该模型共有七层，如下图2-1所示：
图2-1：Profibus协议结构
(1)Profibus-DP：界说了榜首、二层和用户接口。第三到七层未加描绘。用户接口规则了用户及体系以及不同设备可调用的运用功用，并详细阐明晰各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
(2)Profibus-FMS：界说了榜首、二、七层，运用层包含现场总线信息标准（FieldbusMessageSpecification-FMS）和低层接口（LowerLayerInterface—LLI）。FMS包含了运用协议并向用户供给了可广泛选用的强有力的通讯服务。LLI和谐不同的通讯联系并供给不依赖设备的第二层拜访接口。
(3)Profibus-PA：PA的数据传输选用扩展的PROFIBUS-DP协议。别的，PA还描绘了现场设备行为的PA行规。依据IEC1158-2标准，PA的传输技能可确保其本征安全性，并且可经过总线给现场设备供电。运用衔接器可在DP上扩展PA网络。
2.2.2Profibus传输技能
Profibus供给了三种数据传输类型：
·用于DP和FMS的RS485传输。
·用于PA的IEC1158-2传输。
·光纤
2.2.2.1用于DP/FMS的RS485传输技能
由于DP与FMS体系运用了相同的传输技能和共同的总线拜访协议，因而，这两套体系可在同一根电缆上一起操作。
RS-485传输是Profibus最常用的一种传输技能。这种技能一般称之为H2。选用的电缆是屏蔽双绞铜线。
RS-485传输技能根本特征：
·网络拓扑：线性总线，两头有有源的总线终端电阻。
·传输速率：9.6Kbit/s~12Mbit/s
·介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）。
·站点数：每分段32个站（不带中继），可多到127个站（带中继）。
·插头衔接：最好运用9针D型插头。
2.2.2.2RS-485传输设备设备关键
(1)悉数设备均与总线衔接。
(2)每个分段上最多可接32个站（主站或从站）。
(3)每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运转不产生过失。两个总线终端电阻有必要永久有电源。见图2-2所示。
(4)当分段站超越32个时，有必要运用中继器用以衔接各总线段。串联的中继器一般不超越3个。见图2-3所示：
图2-2：PROFIBUD-DP和Profibus-FMS的电缆接线和总线终端电阻
图2-2:每个分段上最多可接32个站（主站或从站）
(5)电缆最大长度取决于传输速率。如运用A型电缆，则传输速率与长度如下表2-1：
表2-1
(6)A型电缆参数：
阻抗：135-165W电容：〈30pf/m回路电阻：110W
线规：0.64mm导线面积：>0.34mmW
(7)RS-485的传输技能的Profibus网络最好运用9针D型插头，插头针脚界说和接线见图2-2所示。
(8)当衔接各站时，应确保数据线不要拧绞，体系在高电磁发射环境（如轿车制作业）下运转应运用带屛蔽的电缆，屏蔽可进步电磁兼容性（EMC）。
(9)如用屏蔽织造线和屏蔽箔，应在两头与维护接地衔接，并经过尽或许的大面积屏蔽接线来复盖，以坚持杰出的传导性。别的主张数据线有必要与高压线阻隔。
(10)超越500Kbit/s的数据传输速率时应防止运用短截线段，应运用商场上现有的插头可使数据输入和输出电缆直接与插头衔接，并且总线插头可在任何时候接通或断开而并不中止其它站的数据通讯。
2.2.2.3用于PA的IEC1158-2传输技能
(1)数据IEC1158-2的传输技能用于Profibus-PA，能满意化工和石油化工业的要求。它可坚持其本征安全性，并经过总线对现场设备供电。
(2)IEC1158-2是一种位同步协议，一般称为H1。
(3)IEC1158-2技能用于Profibus-PA，其传输以下列原理为依据：
·每段只要一个电源作为供电设备。
·当站收发信息时，不向总线供电。
·每站现场设备所耗费的为常量稳态根本电流。
·现场设备其效果好像无源的电流吸收设备。
·主总线两头起无源终端线效果。
·答应运用线性、树型和星型网络。
·为进步可靠性，规划时可选用冗余的总线段。
·为了调制的意图，假定每个总线站至少需用10mA根本电流才能使设备发动。通讯信号的产生是经过发送设备的调制，从±9mA到根本电流之间。
(4)IEC1158-2传输技能特性:
·数据传输：数字式、位同步、曼彻斯特编码。
·传输速率：31.25Kbit/s，电压式。
·数据可靠性：前同步信号，选用开始和中止限制符防止过失。
·电缆：双绞线，屏蔽式或非屏蔽式。
·长途电源供电：可选附件，经过数据线。
·防爆型：能进行本征及非本征安全操作。
·拓扑：线型或树型，或两者相结合。
·站数：每段最多32个，总数最多为126个。
·中继器：最多可扩展至4台。
2.2.2.4IEC1158传输设备设备关键
(1)分段藕合器将IEC1158-2传输技能总线段与RS-485传输技能总线段衔接。藕合器使RS-485信号与IEC1158-2信号相适配。它们为现场设备的长途电源供电，供电设备可限制IEC1158-2总线的电流和电压。
(2)Profibus-PA的网络拓扑有树型和线型结构，或是两种拓扑的混合，见图2-3
图2-3
(3)现场配电箱仍持续用来衔接现场设备并放置总线终端电阻器。选用树型结构时连在现场总线分段的悉数现场设备都并联地接在现场配电箱上。
(4)主张运用下列参阅电缆，也可运用更粗截面导体的其它电缆。
·电缆规划：双绞线屏蔽电缆
·导线面积（额定值）：0.8mm2(AWG18)
·回路电阻（直流）：44W/Km
·阻抗（31.25千赫时）：100W±20%
·39千赫时衰减：3dB/Km
·%&&&&&%不平衡度：2nF/Km
(5)主总线电缆的两头各有一个无源终端器，内有串联的RC元件，R=100W，C=1mF。当总线站极性反向衔接时，它对总线的功用不会有任何影响。
(6)衔接到一个段上的站数目最多是32个。假如运用本征安全型及总线供电，站的数量将进一步受到限制。即便不需求本征安全性，长途供电设备电源也要受到限制。
(7)线路最长长度的承认，依据经历先核算一下电流的需求，从表2-2中选用一种供电电源单元，再依据表2-3中线的长度选定哪种电缆。
表2-2标准供电设备（操作值）
表2-3IEC1158-2传输设备的线路长度
(8)外接电源：假如外接电源设备，依据EN50020标准带有恰当的阻隔设备，将总线供电设备与外接电源设备连在本征安全总线上是答应的。
2.2.2.5光纤传输技能
(1)Profibus体系在电磁搅扰很大的环境下运用时，可运用光纤导体，以添加高速传输的距离。
(2)可运用两种光纤导体，一是价格低廉的塑料纤维导体，供距离小于50米状况下运用。另一种是玻璃纤维导体，供距离大于1公里状况下运用。
(3)许多厂商供给专用总线插头可将RS-485信号转化成光纤导体信号或将光纤导体信号转化成RS-485信号。
2.2.3Profibus总线存取协议
(1)三种Profibus（DP、FMS、PA）均运用共同的总线存取协议。该协议是经过OSI参阅模型第二层（数据链路层）来完结的。它包含了确保数据可靠性技能及传输协议和报文处理。
(2)在Profibus中，第二层称之为现场总线数据链路层（FieldbusDataLink—FDL）。介质存取操控（MediumAccessControl—MAC）详细操控数据传输的程序，MAC有必要确保在任何一个时刻只要一个站点发送数据。
(3)Profibus协议的规划要满意介质存取操控的两个根本要求：
·在杂乱的主动化体系（主站）间的通讯，有必要确保在切当限制的时刻距离中，任何一个站点要有满意的时刻来完结通讯使命。
·在杂乱的程序操控器和简略的I/O设备（从站）间通讯，应尽或许快速又简略地完结数据的实时传输。
因而，Profibus总线存取协议，主站之间选用令牌传送方法，主站与从站之间选用主从方法。
(4)令牌传递程序确保每个主站在一个切当规则的时刻内得到总线存取权（令牌）。在Profibus中，令牌传递仅在各主站之间进行。
(5)主站得到总线存取令牌时可与从站通讯。每个主站均可向从站发送或读取信息。因而，或许有以下三种体系装备：
·纯主—从体系
·纯主—主体系
·混合体系
(6)图2-4是一个由3个主站、7个从站构成的Profibus体系。3个主站之间构成令牌逻辑环。当某主站得到令牌报文后，该主站可在必定时刻内履行主站作业。在这段时刻内，它可依照主—从通讯联系表与悉数从站通讯，也可依照主—主通讯联系表与悉数主站通讯。
图2-4：3个主站、7个从站构成的Profibus体系
(7)在总线体系初建时，主站介质存取操控MAC的使命是拟定总线上的站点分配并树立逻辑环。在总线运转期间，断电或损坏的主站有必要从环中扫除，新上电的主站有必要参加逻辑环。
(8)第二层的另一重要作业使命是确保数据的可靠性。Profibus第二层的数据结构格局可确保数据的高度完好性。
(9)Profibus第二层依照非衔接的形式操作，除供给点对点逻辑数据传输外，还供给多点通讯，其间包含播送及有挑选播送功用。
2.3Profibus-DP
Profibus-DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时刻有必要要比主站（PLC）程序循环时刻短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还供给智能化现场设备所需的非周期性通讯以进行组态、确诊和报警处理。
2.3.1Profibus-DP的根本功用
(1)传输技能：RS-485双绞线、双线电缆或光缆。波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。
(2)总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主—从传送。支撑单主或多主体系。总线上最多站点（主—从设备）数为126。
(3)通讯：点对点（用户数据传送）或播送（操控指令）。循环主—从用户数据传送和非循环主—主数据传送。
(4)运转形式：运转、铲除、中止。
(5)同步：操控指令答应输入和输出同步。同步形式：输出同步；承认形式：输入同步。
(6)功用：DP主站和DP从站间的循环用户数据传送。各DP从站的动态激活和可激活。DP从站组态的查看。强壮的确诊功用，三级确诊信息。输入或输出的同步。经过总线给DP从站赋予地址。经过总线对DP主站（DPM1）进行装备。每DP从站的输入和输出数据最大为246字节。
(7)可靠性和维护机制：悉数信息的传输按海明距离HD=4进行。DP从站带看门狗定时器（WatchdogTimer）。对DP从站的输入/输出进行存取维护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监督。
(8)设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程、组态、确诊的设备。榜首类DP主站（DPM1）是中心可编程序操控器，如PLC、PC等。DP从站是带二进制值或模仿量输入输出的驱动器、阀门等。
2.3.1.1Profibus-DP根本特征
(1)速率：在一个有着32个站点的散布体系中，Profibus-DP对悉数站点传送512bit/s输入和512bit/s输出，在12Mbit/s时只需1毫秒。
(2)确诊功用：经过扩展的Profibus-DP确诊能能对毛病进行快速定位。确诊信息在总线上传输并由主站收集。确诊信息分三级：
·本站确诊操作：本站设备的一般操作状况，如温度过高、压力过低。
·模块确诊操作：一个站点的某详细I/O模块毛病。
·通道确诊操作：一个独自输入/输出位的毛病。
2.3.1.2Profibus-DP体系装备和设备类型
Profibus-DP答应构成单主站或多主站体系。在同一总线上最多可衔接126个站点。体系装备的描绘包含：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格局、确诊信息格局及所运用的总线参数。每个PROFIBUS-DP体系可包含以下三种不同类型设备：
(1)一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中心操控器，它在预订的信息周期内与涣散的站（如DP从站）交流信息。典型的DPM1如PLC或PC。
(2)二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP体系组态操作时运用，完结体系操作和监督意图。
(3)DP从站：DP从站是进行输入和输出信息收集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。
(4)单主站体系：在总线体系的运转阶段，只要一个活动主站。如图2-5所示：
图2-5：单主站体系
(2)多主站体系：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成彼此独立的子体系。每个子体系包含一个DPM1、指定的若干从站及或许的DPM2设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入/输出映象，但只要一个DP主站答应对DP从站写入数据。如图2-6所示：
图2-6：多主站体系
2.3.1.3体系行为
体系行为首要取决于DPM1的操作状况，这些状况由本地或总线的装备设备所操控。首要有以下三种状况：
·中止：在这种状况下，DPM1和DP从站之间没有数据传输。
·铲除：在这种状况下，DPM1读取DP从站的输入信息并使输出信息坚持在毛病安全状况。
·运转：在这种状况下，DPM1处于数据传输阶段，循环数据通讯时，DPM1从DP从站读取输入信息并向从站写入输出信息。
(1)DPM1设备在一个预先设定的时刻距离内，以有挑选的播送方法将其本地状况周期性地
发送到每一个有关的DP从站。如图2-6所示。
(2)假如在DPM1的数据传输阶段中产生过错，DPM1将悉数有关的DP从站的输出数据当即转入铲除状况，而DP从站将不在发送用户数据。在次之后，DPM1转入铲除状况。
图2-6：Profibus-DP用户数据传输
2.3.1.4DPM1和DP从站间的循环数据传输
DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1依照承认的递归次序主动进行。在对总线体系进行组态时，用户对DP从站与DPM1的联系作出规则，承认哪些DP从站被归入信息交流的循环周期，哪些被排挤在外。
DPM1和DP从站间的数据传送分三个阶段：参数设定、组态、数据交流。在参数设定阶段，每个从站将自己的实践组态数据与从DPM1承受到的组态数据进行比较。只要当实践数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传输阶段。因而，设备类型、数据格局、长度以及输入输出数量有必要与实践组态共同。
2.3.1.5DPM1和体系组态设备间的循环数据传输
除主—从功用外，Profibus-DP答应主—主之间的数据通讯，这些功用使组态和确诊设备经过总线对体系进行组态。
2.3.1.6同步和承认形式
除DPM1设备主动履行的用户数据循环传输外，DP主站设备也可向独自的DP从站、一组从站或整体从站一起发送操控指令。这些指令经过有挑选的播送指令发送的。运用这一功用将翻开DP从站的同步及承认形式，用于DP从站的事情操控同步。
主站发送同步指令后，所选的从站进入同步形式。在这种形式中，所编址的从站输出数据承认在当时状况下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接纳到输出的数据，但它的输出状况坚持不变；当接纳到下一同步指令时，所存储的输出数据才发送到外围设备上。用户可经过非同步指令退出同步形式。
承认操控指令使得编址的从站进入承认形式。承认形式将从站的输入数据承认在当时状况下，直到主站发送下一个承认指令时才能够更新。用户能够经过非承认指令退出承认形式。
2.3.1.7维护机制
对DP主站DPM1运用数据操控定时器对从站的数据传输进行监督。每个从站都选用独立的操控定时器。在规则的监督距离时刻中，如数据传输产生过失，定时器就会超时。一旦产生超时，用户就会得到这个信息。假如过错主动反响功用“使能”，DPM1将脱离操作状况，并将悉数相关从站的输出置于毛病安全状况，并进入铲除状况。
对DP从站运用看门狗操控器检测主站和传输线路毛病。假如在必定的时刻距离内发现没有主机的数据通讯，从站主动将输出进入毛病安全状况。
2.3.2扩展DP功用
DP扩展功用是对DP根本功用的弥补，与DP根本功用兼容。
2.3.2.1DPM1与DP从站间的扩展数据通讯
(1)DPM1与DP从站间非循环的数据传输。
(2)带DDLM读和DDLM写的非循环读/写功用，可读写从站任何期望数据。
(3)报警呼应，DP根本功用答应DP从站用确诊信息向主站自发地传输事情，而新增的DDLM-ALAM-ACK功用被用来直接呼应从DP从站上接纳的报警数据。
(3)DPM2与从站间的非循环的数据传输。
2.3.3电子设备数据文件（GSD）
为了将不同厂家出产的Profibus产品集成在一起，出产厂家有必要以GSD文件（电子设备数据库文件）方法供给这些产品的功用参数（如I/O点数、确诊信息、波特率、时刻监督等）。标准的GSD数据将通讯扩大到操作员操控级。运用依据GSD文件所作的组态东西可将不同厂商出产的设备集成在同一总线体系中。如图2-7所示。
图2-7：依据GSD文件敞开式组态
GSD文件可分为三个部分：
(1)总标准：包含了出产厂商和设备称号、硬件和软件版别、波特率、监督时刻距离、总线插头指定信号。
(2)与DP有关的标准：包含适用于主站的各项参数，如答应从站个数、上装/下装才能。
(3)与DP从站有关的标准：包含了与从站有关的悉数标准，如输入/输出通道数、类型、确诊数据等。
2.3.4Profibus—DP行规
Profibus—DP协议明确规则了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的意义是在PROFIBUS行规中详细阐明的。别的，行规还详细规则了PROFIBUS—DP怎么用于运用范畴。运用行规可使不同厂商所出产的不同设备交换运用，而工厂操作人员毋须关怀两者之间的差异，由于与运用有关的参数意义在行规中均作了准确的规则阐明。下面是PROFIBUS-DP行规，括弧中数字是文件编号：
·NC/RC行规（3.052）
·编码器行规（3.062）
·变速传动行规（3.071）
·操作员操控和进程监督行规（HMI）
2.4Profibus-PA
Profibus—PA适用于PROFIBUS的进程主动化。PA将主动化体系和进程操控体系与压力、温度和液位变送器等现场设备衔接起来，PA可用来代替4—20mA的模仿技能。PROFIBUS—PA具有如下特性：
(1)合适进程主动化运用的行规使不同厂家出产的现场设备具有交换性。
(2)添加和去除总线站点，即便在本征安全区域也不会影响到其它站。
(3)在进程主动化的Profibus—PA段与制作业主动化的PROFIBUS—DP总线段之间经过藕合器衔接，并使可完结两段间的通明通讯。
(4)运用与IEC1158—2技能相同的双绞线完结长途供电和数据传送。
(5)在潜在的爆破危险区可运用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。
2.4.1Profibus—PA传输协议
Profibus—PA选用PROFIBUS—DP的根本功用来传送丈量值和状况。并用扩展的PROFIBUS—DP功用来制定现场设备的参数和进行设备操作。PROFIBUS—PA榜首层选用IEC1158—2技能，第二层和榜首层之间的接口在DIN19245系列标准的第四部分作出了规则。
2.4.2Profibus—PA设备行规
Profibus—PA行规确保了不同厂商所出产的现场设备的交换性和互操作性，它是PROFIBUS—PA的一个组成部分。PA行规的使命是选用各种类型现场设备真实需求通讯的功用，并供给这些设备功用和设备行为的悉数必要标准。
现在，PA行规已对悉数通用的丈量变送器和其它挑选的一些设备类型作了详细规则，这些设备如：
·测压力、液位、温度和流量的变送器
·数字量输入和输出
·模仿量输入和输出
·阀门
·定位器
2.5Profibus-FMS
Profibus—FMS的规划旨在处理车间监控级通讯。在这一层，可编程序操控器（如PLC、PC机等）之间需求比现场层更很多的数据传送，但通讯的实时性要求低于现场层。
2.5.1Profibus-FMS运用层
运用层供给了供用户运用的通讯服务。这些服务包含拜访变量、程序传递、事情操控等。Profibus—FMS运用层包含下列两部分：
·现场总线信息标准（FieldbusMessageSpecification-FMS）：描绘了通讯目标和运用服务。
·低层接口(LowerLayerInterface-LLI)：FMS服务到第二层的接口。
2.5.2Profibus-FMS通讯模型
Profibus—FMS使用通讯联系将涣散的运用进程共同到一个共用的进程中。在运用进程中，可用来通讯的那部分现场设备称虚拟设备VFD（VirtualfieldDevice）。在实践现场设备与VFD之间建立一个通讯联系表。通讯联系表是VFD通讯变量的调集，如零件数、毛病率、停机时刻等。VFD经过通讯联系表完结对实践现场设备的通讯。
2.5.3通讯目标与通讯字典（OD）
(1)FMS面向目标通讯，它承认5种静态通讯目标：简略变量、数组、记载、域和事情，还承认2种动态通讯目标：程序调用和变量表。
(2)每个FMS设备的悉数通讯目标都填入目标字典（OD）。对简略设备，OD能够予界说，对杂乱设备，OD能够本地或长途经过组态加到设备中去。静态通讯目标进入静态目标字典，动态通讯目标进入动态通讯字典。每个目标均有一个仅有的索引，为防止非授权存取，每个通讯目标可选用存取维护。
2.5.4Profibus-FMS服务
FMS服务项目是ISO9506制作信息标准MMS（ManufacturingMessageSpecification）服务项意图子集。这些服务项目在现场总线运用中已被优化，并且还加上了通讯目标的办理和网络办理。
Profibus—FMS供给很多的办理和服务，满意了不同设备对通讯提出的广泛需求，服务项意图选用取决于特定的运用，详细的运用范畴在FMS行规中规则。
2.5.5低层接口（LLI）
第七层到第二层服务的映射由LLI来处理，其首要使命包含数据流操控和联接监督。用户经过称之为通讯联系的逻辑通道与其他运用进程进行通讯。FMS设备的悉数通讯联系都列入通讯联系表CRL(CommunicationRelationshipList)。每个通讯联系经过通讯索引（CREF）来查找，CRL中包含了CREF和第二层及LLI地址间的联系。
2.5.6网络办理
FMS还供给网络办理功用，有由现场总线办理层第七层来完结。其首要功用有：上、下联系办理、装备办理、毛病办理等。
2.5.7Profibus-FMS行规
FMS供给了规模广泛的功用来确保它的遍及运用。在不同的运用范畴中，详细需求的功用规模有必要与详细运用要求相习惯。设备的功用有必要结合运用来界说。这些习惯性界说称之为行规。行规供给了设备的可交换性，确保不同厂商出产的设备具有相同的通讯功用。FMS对行规做了如下规则（括号中的数字是文件编号）：
·操控间的通讯（3.002）
·搂宇主动化（3.011）
·低压开关设备（3.032）
2.6Profibus特色总述
与其它现场总线体系比较，Profibus的最大长处在于具有安稳的世界标准EN50170作确保，并经实践运用验证具有遍及性。现在已运用的范畴包含加工制作、进程操控和楼宇主动化等。PROFIBUS敞开性和不依赖于厂商的通讯的想象，已在10多万成功运用中得以完结。商场调查承认，在德国和欧洲商场中PROFIBUS占敞开性工业现场总线体系的商场比例超越40%。PROFIBUS有世界闻名主动化技能装备的出产厂商支撑，它们都具有各自的技能优势并能供给广泛的优质新产品和技能服务。
