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【西门子PROFIBUS详细介绍】

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
组成
PROFIBUS是过程现场总线（Process Field Bus ）的缩写，于1989年正式成为现场总线的国际标准。在多种自动化的领域中占据主导地位，全世界的设备节点数已经超过2000万。它由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS－PA（Process Automation ）．PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。其中PROFIBUS－DP应用于现场级，它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之间的通讯，总线周期一般小于10ms，使用协议第1、2层和用户接口，确保数据传输的快速和有效进行。；PROFIBUS－PA适用于过程自动化，可使传感器和执行器接在一根共用的总线上，可应用于本征安全领域；PROFIBUS－FMS用于车间级监控网络，它是令牌结构的实时多主网络，用来完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换。主要使用主-从方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换
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，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。
性能
与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作，并经实际应用验证具有普遍性。已应用的领域包括加工制造．过程控制和自动化等。PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过40%。PROFIBUS有国际自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的新产品和技术服务。
结构
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层。　（1）PROFIBUS－DP：定义了．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。　（2）PROFIBUS－FMS：定义了．二．七层，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。　注：层为物理层，第二层为数据链路层，第三层为网络层，第四层为传输层，第五层为会话层，第六层为表达层，第七层为应用层。需要注意的是，第三~六层在Profibus中没有具体应用，但是这些层要求的任何重要功能都已经集成在低层接口（LLI）中。
特点
Profibus作为业界应用广泛的现场总线技术，除具有一般总线的优点外还有自身的特点，具体表现如下：
（1）大传输信息长度为255B，大数据长度为244B，典型长度为120B。
（2）网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。
（3）传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6Kb/s到12Mb/s不等。
（4）站点数取决于信号特性，如对屏蔽双绞线，每段为32个站点（无转发器），多127个站点带转发器。
（5）传输介质为屏蔽/非屏蔽双绞线或光纤。
（6）当用双绞线时，传输距离长可达9.6km，用光纤时，大传输长度为90km。
（7）传输技术为DP和FMS的RS-485传输、PA的IEC1158-2传输和光纤传输。
（8）采用单一的总线方位协议，包括主站之间的令牌传递与从站之间的主从方式。
（9）数据传输服务包括循环和非循环两类。
应用
典型的工厂自动化系统应该是三级网络结构，基于现场总线Profibus-DP/PA控制系统位于工厂自动化系统中的低层，即现场级和车间级。现场总线Profibus是面向现场级和车间级的数字化通信网络。
1.现场设备层
主要功能是连接现场设备，如分散式I/O、传感器、驱动器、执行机构、开关、 灯设备，完成现场设备控制及设备间连锁控制。主站负责总线通信管理及所有从站的通信。总线上所有设备生产工艺控制程序均储存 在主站中，并由主站执行。
2.车间监控层
车间级监控用来完成车间中生产设备之间的连接，如一个车间三条生产线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。车间级监控包括生产设备状态在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具有诸如生产统计、生产调度等车间级生产管理功能。车间级监控通常要设立车间监控室，在操作员工作站及打印设备上。车间级监控网络可采用Profibus-FMS，它是一个多主网络，在这，数据传输速度不是重要的，而是要能够传送大容量信息。
3.工厂管理层
车间操作员工作站可通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为主网的一个子网，通过交换机、网桥或路由器等连接到厂区骨干网上，将车间数据集成到工厂管理层。
车间管理层通常所说的以太网，即IEEE 802.3 和IETF TCP/IP的通信协议标准。工厂骨干网可根据工厂实际情况，采用如FDDI或ATM等网络。
Profibus作为业界应用广泛的现场总线技术，除具有一般总线的优点外还有自身的特点，具体表现如下：
（1）大传输信息长度为255B，大数据长度为244B，典型长度为120B。
（2）网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。
（3）传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6Kb/s到12Mb/s不等。
（4）站点数取决于信号特性，如对屏蔽双绞线，每段为32个站点（无转发器），多127个站点带转发器。
（5）传输介质为屏蔽/非屏蔽双绞线或光纤。
（6）当用双绞线时，传输距离长可达9.6km，用光纤时，大传输长度为90km。
（7）传输技术为DP和FMS的RS-485传输、PA的IEC1158-2传输和光纤传输。
（8）采用单一的总线方位协议，包括主站之间的令牌传递与从站之间的主从方式。
（9）数据传输服务包括循环和非循环两类