PROFIBUS现场总线由哪部分组成_PROFIBUS协议结构

PROFIBUS现场总线由哪部分组成

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。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由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）。

（1） PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。主站和从站之间采用轮询的通讯方式，主要应用于自动化系统中单元级和现场级通信。

（2） PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。

（3） PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。

PROFIBUS协议结构

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-SIO）作为参考模型的。OSI模型是现场总线技术的基础。对于工业控制底层网络来说，单个节点面向控制的信息量不大，信息传输的任务相对比较简单，但实时性、快速性的要求较高。现场总线采用的通信模型大都在OSI模型的基础上进行了不同程度的简化。

（1） PROFIBUS-DP：定义了第1、2层和用户接口。第3到7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。

（2） PROFIBUS-FMS：定义了第1、2、7层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口（Lower Layer Interface-LLI）。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。

（3） PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。

PROFIBUS基本特性

Profibus可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，与其他现场总线相比，Profibus的重要优点是具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性，它包括了加工制造、过程和数字自动化等广泛的应用领域，并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制三种方式。该系统分为主站和从站：

主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权（令牌）时，没有外界请求也可以主动发送信息。在Profibus协议中主站也称为主动站。

从站为外围设备，典型的从站包括：输入/输出装置、阀门、驱动器和测量发射器。它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。从站也称为被动站。由于从站只需总线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。

PROFIBUS的通信介质访问控制方式

PROFIBUS的通信介质访问方式为分布式令牌方式，是一种时间触发的网络协议。主节点之间为令牌环传递方式，主节点和从节点之间为主从轮询方式。当主节点得到令牌后，允许它在一定的时间内与从节点和（或）其他主节点通信。令牌在所有主节点中循环一周期的最长时间（设定周期TTR）是事先预定的，决定了各主节点的令牌具体保持时间的长短。主节点之间传输数据必须保证在事先定义的时间间隔内主节点有充足的时间完成通讯任务，主节点与从节点之间的数据交换要尽可能快且简单地完成数据传输。

为此，PROFIBUS的介质访问控制MAC协议设置了两类时钟计时器：一类是令牌运行周期计时器，用于令牌的实际运行周期TRR计时；另一类是持牌计时器，用于主节点令牌保持时间TTH计时，当令牌到达某个主节点时，此节点的周期计时器开始计时。

当令牌又一次到达主节点时，MAC将周期计时器的TRR值与设定周期值TTR的差值赋给持牌计时器，即TTH=TTR-TRR，持牌器根据该值控制信息的传送。

在持牌计时器控制信息发送时，如果令牌到达超时，即TTH《0，则此节点只可以发送一个高优先级信息；如果令牌及时到达，则此节点可以连续发送多个等待发送的高优先级信息后，直到高优先级信息全部发送完毕，或者超过持牌时间。如果发完所有待发送的高优先级信息，仍有持牌时间，则可以用同样的方式发送低优先级信息。无论发送高优先级还是低优先级信息，都只在发送前检测持牌时间是否超时，而不是预先检测发送完此信息是否超时，此种检测方法意味着信息发送不可避免地造成持牌时间超时，影响了周期性实时通信的实现。