PROFIBUS现场总线技术的研究

一．概述

随着计算机、控制、通信和网络等技术的进步，现场总线在20 世纪80 年代中期逐渐发展起来。现场总线是应用在生产现场测量与控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多节点通信的底层控制网络。PROFIBUS 是过程现场总线（ProcessField Bus）的缩写。德国科学技术部总结了20 世纪80 年代德国工业界自动控制技术的发展经验，为了适应分散控制系统的发展要求，对各公司自己定义的网络协议加以规范化、公开化，使得不同厂家生产的自动控制设备在网络通信级互相兼容、遵守同一协议，以利于提高工业标准化水平，于1987 年列为德国国家项目，由13 家大公司（如SIEMENS、ABB、AEG 等）及5 家研究所经过2 年多的时间完成。1991 年，PROFIBUS 成为德国国家标准DIN 19245,1996 年6 月成为欧洲标准EN 50170,1999 年加入IEC 61158协议。

1985 年组建了PROFIBUS 国际支持中心；1989 年12 月建立了PROFIBUS 用户组织（PNO）。目前在世界各地相继组建了20 个地区性的用户组织，企业会员近650 家。1997 年7 月组建了中国现场总线（PROFIBUS）专业委员会，并筹建现场总线PROFIBUS 产品演示及认证的实验室。

PROFIBUS 已成为国际化的开放现场总线标准，得到了众多生产厂家的支持，PROFIBUS 产品在世界市场上已被普遍接受，市场份额占欧洲首位，年增长率25%。目前支持PROFIBUS 标准的产品超过1500 多种，分别来自国际上250 多个生产厂家。在世界范围内已安装运行的PROFIBUS 设备已超过200 万台，到1998 年5月，适用于过程自动化的PROFIBUS-PA 仪表设备在19 个国家的40 个用户厂家投入现场运行。

90 年代初，PROFIBUS 由西门子引入中国，开始被国内所接受。由于得到中德两国政府有关部门的支持及西门子的大力推广，PROFIBUS 在中国发展势头良好，目前，PROFIBUS 在我国已拥有众多用户。

PROFIBUS 已成为应用广泛、技术成熟的国际标准现场总线之一，广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化等领域。

PROFIBUS 主要应用领域有：

1. 制造业自动化：汽车制造（机器人、装配线、冲压线等）、造纸、纺织。

2. 过程控制自动化：石化、制药、水泥、食品、啤酒。

3. 电力：发电、输配电。

4. 楼宇：空调、风机、照明。

5. 铁路交通：信号系统

二．技术规范

PROFIBUS 遵循ISO/OSI 模型，其通信模型由三层构成：第一层物理层、第二层数据链路层和第七层应用层。PROFIBUS 由三部分组成，PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification, 现场总线报文规范) 、PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery,散型外围设备)、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation,过程自动化)。

1．PROFIBUS-FMS

此部分是完成控制器与现场器件之间的通信及控制器之间的信息交换。它提供了大量的通信服务，如现场信息传送、数据库处理、参数设定、下载程序、从机控制和报警等，适用完成以中等传输速度进行较大数据交换的循环和非循环通信任务。由于它是完成控制器与智能现场设备之间的通信以及控制器间的信息交换，因此它主要考虑系统的功能，而不是系统的响应时间。FMS 提供了叫多种类的通信服务，应用灵活，可用于大范围和复杂的通信系统。

PROFIBUS-FMS 定义了第一、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 LayerInterface-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。

PROFIBUS-FMS 在使用RS-485 时，其通信速率为9.6Kbps-500 Kbps，距离1.6Km-4.8Km，最多可接122 个节点，使用FSK(频移链控)时，最多32 个节点，距离可达5Km，介质可为双绞线或光缆。

2．PROFIBUS-DP

PROFIBUS-DP 是一种优化的通信模块，旨意在解决设备一级的高速数据通信。在这一级，中央控制器(如PLC/PC)通过高速串行线同分散的现场设备(I/O 驱动器、阀门等)进行通信，传输速率可达12Mbit/s。一般情况下，DP 构成主站系统，主站和从站循环的方式进行数据传输;另外，DP 的扩展功能也能提供了非循环数据传输的能力。

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。

PROFIBUS-DP:RS-485 双绞线或光缆通信速率为9.6kbps-12Mbps;最大距离12Mbps 时为100m，1.5Mbps 时为200m，可用中继器加大距离，最多站数126 个。

3.PROFIBUS-PA

PROFIBUS-PA