详解PROFIBUS-DP现场总线

PROFIBUS的最大长处在于具有安稳的国际规范EN50170作确保，并经实践运用验证具有普遍性。现在已广泛运用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等范畴。
PROFIBUS由3个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，散布I/O体系）、PROFIBUS-PA（Process Automation，现场总线信息规范）和PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，进程自动化）。
PROFIBUS-DP是一种高速、低成本通讯，专门用于设备级操控体系与涣散式I/O的通讯。运用PROFIBUS-DP可替代24V DC或4~20mA信号传输。PORFIBUS-PA专为进程自动化规划，可使传感器和执行机构连在一根总线上，并有实质安全规范。PROFIBUS-FMS用于车间级监控网络，是一个令牌结构的实时多主网络。
1．PROFIBUS的协议结构
PROFIBUS协议结构是依据ISO7498国际规范，以OSI作为参阅模型的。PROFIBUS-DP界说了第1、2层和用户接口。第3到7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，并详细说明晰各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。PROFIBUS-FMS界说了第1、2、7层，运用层包含现场总线信息规范（FMS）和低层接口（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2层拜访接口。PROFIBUS-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IEC1157-2规范，PA的传输技能可确保其实质安全性，并且可通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．PROFIBUS的传输技能
PROFIBUS供给了三种数据传输型式：RS-485传输、IEC1157-2传输和光纤传输。
（1) RS-485传输技能
RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技能，一般称之为H2。RS-485传输技能用于PROFIBUS-DP与PROFIBUS-FMS。
RS-485传输技能基本特征是：网络拓扑为线性总线，两头有有源的总线终端电阻；传输速率为9.6kbps~12Mbps；介质为屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件；不带中继时每分段可衔接32个站，带中继时可多到127个站。
RS-485传输设备装置关键：悉数设备均与总线衔接；每个分段上最多可接32个站（主站或从站）；每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运转不发生差错；两个总线终端电阻有必要一向有电源；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4个；传输速率可选用9.6kbps~12Mbps，一旦设备投入运转，悉数设备均需选用同一传输速率。电缆最大长度取决于传输速率。
选用RS-485传输技能的PROFIBUS网络最好运用9针D型插头。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下运转应运用带屏蔽的电缆，屏蔽可进步电磁兼容性（EMC）。如用屏蔽织造线和屏蔽箔，应在两头与维护接地衔接，并通过尽或许的大面积屏蔽接线来复盖，以坚持杰出的传导性。
（2）IEC1157-2传输技能
IEC1l57-2的传输技能用于PROFIBUS-PA，能满意化工和石油化工业的要求。它可坚持其实质安全性，并通过总线对现场设备供电。IEC1157-2是一种位同步协议，可进行无电流的接连传输，一般称为H1。
（3）光纤传输技能
PROFIBUS体系在电磁搅扰很大的环境下运用时，可运用光纤导体，以添加高速传输的间隔。可运用两种光纤导体：一种是价格低廉的塑料纤维导体，供间隔小于50m情况下运用；另一种是玻璃纤维导体，供间隔小于1km情况下运用。
许多厂商供给专用总线插头可将RS-485信号转换成光纤导体信号或将光纤导体信号转换成RS-485信号。
3. PROFIBUS总线存取操控技能
PROFIBUS-DP、FMS、PA均选用相同的总线存取操控技能，它是通过OSI参阅模型第2层（数据链路层）来完结的，它包含确保数据可靠性技能及传输协议和报文处理。在PROFIBUS中，第2层称之为现场总线数据链路层（FDL，Fieldbus Data Link）。介质存取操控（M A C， Medium Access Control）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。PROFIBUS协议的规划要满意介质存取操控的两个基本要求：
1）在杂乱的自动化体系（主站）间的通讯，有必要确保在切当限制的时刻间隔中，任何一个站点要有满足的时刻来完结通讯使命。
2）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。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），令牌在一切主站中循环一周的最长时刻是事前规则的。在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行。主站得到总线存取令牌时可依照主-从通讯联系表与一切从站通讯，向从站发送或读取信息，也可依照主-主通讯联系表与一切主站通讯。所以或许有3种体系装备：纯主-从体系、纯主-主体系和混合体系。
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。
第2层的另一重要工作使命是确保数据的高度完整性。PROFIBUS在第2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，包含播送和挑选播送功用。
4．PROFIBUS-DP基本功用
PROFIBUS-DP用于现场设备级的高速数据传送，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还供给智能化设备所需的非周期性通讯以进行组态、确诊和报警处理。
（1）PROFIBUS-DP基本特征
选用RS-485双绞线、双线电缆或光缆传输，传输速率从9.6kbps到12Mbps。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。选用点对点（用户数据传送）或播送（操控指令）通讯。循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送。操控指令答应输入和输出同步。同步形式为输出同步；确定形式为输入同步。
DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。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。输人或输出的同步。通过总线给DP从站赋予地址。通过总线对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。 一切信息的传输按海明间隔HD=4进行。DP从站带看门狗定时器（Watchdog Timer）。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。
每个PROFIBUS-DP体系包含3种类型设备：第一类DP主站（DPM1）、第二类DP主站（DPM2）和DP从站。DPM1是是中心操控器，它在预订的周期内与涣散的站（如DP从站）交流信息。典型的DPM1如PLC、PC等；DPM2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；DP从站是进行输入和输出信息收集和发送的外围设备，是带二进制值或模拟量输入输出的I/O设备、驱动器、阀门等。
通过扩展的PROFIBUS-DP确诊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3级：本站确诊操作，即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，即一个站点的某详细I/O模块毛病；通道确诊操作，即一个独自输人/输出位的毛病。
（2）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。
PROFIBUS-DP单主站体系中，在总线体系运转阶段，只要一个活动主站。如图1所示为PROFIBUS-DP单主站体系，PLC作为主站。

图1 PROFIBUS-DP单主站体系
PROFIBUS-DP多主站体系中总线上连有多个主站。总线上的主站与各自从站构成彼此独立的子体系。如图2所示，任何一个主站均可读取DP从站的输入／输出映像，但只要一个DP主站答应对DP从站写入数据。