PROFIBUS总线通信协议在造纸中的应用

1. PROFIBUS概述

PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是由德国西门子公司提出的一种现场总线标准，现在已成为了一种国际性的开放式现场总线标准, 即EN50-170欧洲标准。目前世界上许多自动化技术生产厂家都为它们生产的设备提供PROFIBUS接口。PROFIBUS已经广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化，应用范围非常广泛。 PROFIBUS以其先进的技术和非凡的可靠性代表了当今现场总线的发展方向。

PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS—DP，PROFIBUS—FMS，PROFIBUS—PA。三个版本，分别用于不同的场合，如图1所示。

PROFIBUS—DP：经过优化的高速、廉价的通信连接，专为设备级分散I／O之间通信设计，使用PROFIBUS—DP模块可取代价格昂贵的数字或模拟信号线,用于分布式控制系统的高速数据传输。

PROFIBUS—FMS：解决车间级通用性通信任务,提供大量的通信服务，完成中等传输速度的循环和非循环通信任务。

PROFIBUS—PA：专为过程自动化设计，标准的本质安全的传输技术，实现了IECll58—2中规定的通信规程，用于对安全性要求高的场合及由总线供电的站点。

PROFIBUS基本性能:
PROFIBUS是主从通信和令牌通信的结合。该系统分为主站和从站。主站和从站之间靠主站的查询和从站的响应进行通信。主站和主站之间靠得到总线控制权(令牌)进行通信。

主站为控制设备一般是plc和工控机。从站为外围设备, 一般是输入输出装置、阀门、驱动器和测量发送器。

2.PROFIBUS总线通信协议

如前所述，PROFIBUS是一种现场总线，因此可以将数字自动化设备从底级(传感器／执行器)到中间执行级(单元级)分散开来。通信协议按照应用领域进行了优化，故几乎不需要复杂的接口即可实现。参照ISO／OSI参考模型，PROFIBUS只包含第l，2, 和7层。
图2所示PROFIBUS协议层或子层说明如下。

1、PROFIBUS第1层
第1层—PHY：第1层规定了线路介质、物理连接的类型和电气特性。PROFIBUS通过采用差分电压输出的RS485实现电流连接。在线性拓扑结构下采用双绞线电缆。树型结构还可能用到中继器。

2、PROFIBUS第2层
第2层—MAC：第2层的介质存取控制(MAC)子层描述了连接到传输介质的总线存取方法。PROFIBUS采用一种混合访问方法。
由于不能使所有设备在同一时刻传输，所以 图2


PROFIBUS主设备(masters)之间用令牌的方法。为使PROFIBUS从设备(slave)之间也能传递信息，从设备由主设备循环查询。
PR0fIBUS第2层FlC
第2层——FLC：第2层的现场总线链路控制(FLC)子层规定了对低层接口(LLl)有效的第2层服务，提供服务访问点(SAP)的管理和与LLI相关的缓冲器。
PROFIBUS第2层FMAl／2
第2层——FMAl／2；第2层的现场总线管理(FMAl／2)完成第2层(MAC)特定的总线参数的设定和第1层(PHY)的设定。FLC和LLI之间的SAPs可以通过FMAl／2激活或撤消。此外，第1层和第2层可能出现的错误事件会被传递到更高层(FMA7)。

3、PROFIBUS第3—6层
第3—6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。例如，包括连接监控和数据传输的监控。

4、PROFIBUS第7层
PROFIBUS第7层LLI
第7层——LLI：低层接口(LLI)将现场总线信息规范(FMS)的服务映射到第2层(FLC)的服务。除了上面已经提到的监控连接或数据传输，LLI还检查在建立连接期间用于描述一个逻辑连接通道的所有重要参数。可以在LLI中选择不同的连接类型，主／主连接或主／从连接。数据交换既可是循环的也可是非循环的。
PROFIBUS第7层FMS
第7层——FMS：第7层的现场总线信息规范(FMS)子层将用于通信管理的应用服务和用于用户的用户数据(变量、域、程序、事件通告)分组。借助于此，才可能访问一个应用过程的通信对象。FMS主要用于协议数据单元(PDU)的编码和译码o
PROFIBUS第7层fMA7
第7层——FMA7：与第2层类似，第7层也有现场总线管理(FMA7)。FMA7保证FMS和LLI子层的参数化以及总线参数向第2层(FMAl／2)的传递。在某些应用过程中，还可以通过FMA7把各个子层的事件和错误显示给用户。

5、PROFIBUS ALI
ALI：位于第7层之上的应用层接口(ALI)，构成了到应用过程的接口。ALI的目的是将过程对象转换为通信对象。转换的原因是每个过程对象都是由它在所谓的对象字典(OD)中的特性(数据类型、存取保护、物理地址)所描述的。

3. PROFIBUS的应用
要想组成PROFIBUS网，必须有两个条件。主站的网络组态工具和从站的GSD文件，两者缺一不可。主站的网络组态工具是一个网络组态软件，用来将各个站组成网络，设置网络参数和站的参数，并将已设置好的网络组态传送给主站。GSD文件称为设备数据库文件。对一种设备类型的特征GSD文件以一种准确定义的格式给出其全面而明确的描述。GSD文件由生产厂商分别针对每一种设备类型准备并以设备数据库清单的形式提供给用户，此种明确定义的文件格式便于读出任何一种PROFIBUS设备的设备数据库文件，并且在组态总线系统时自动使用这些信息。在组态阶段，系统自动地对输入与整个系统有关的数据的输入误差和前后一致性进行检查核对。

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