PROFIBUS-DP总线及在烟草设备上的应用

一、前言

　　PROFIBUS是 Process Fieldbus 的缩写，是一种国际性的开放式的现场总线标准，即EN50170欧洲标准。根据应用特点将PROFIBUS分为以下三个兼容版本：

　　1. PROFIBUS-DP：一般应用于工厂自动化，经过优化的高速、廉价的通讯连接，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间的通讯设计，可取代价格昂贵的24V或0—20MA并行信号线，用于分布式控制系统的高速数据传输。

　　2. PROFIBUS-FMS：一般应用于通用性自动化，解决车间级通用性通讯任务，提供大量的通讯服务，完成中等传输速度的循环和非循环通信任务。

　　3. 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IEC1158-2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。

　　目前世界上近300家自动化技术生产厂家为它们生产的近5000种产品提供PROFIBUS接口，在烟草行业，随着技术改造的逐步深人，PROFIBUS产品应用日益增加，特别是带PROFIBUS-DP接口的产品，广泛应用在滤嘴成型、卷接、卷烟/滤棒储存输送等设备的自动控制系统、传感器、人机界面（HMI）及驱动器件上，大大简化和方便了设备安装、检修及维护，提高了设备的可靠性及有效作业率。

二、PROFIBUS-DP总线的主要特点

　　1. 传输简单、安全、快捷：其传输技术如图一所示采用一种两端有终端的总线拓扑，可确保在运行期间接入和断开一个或多个站而不影响其它站。

　　PROFIBUS-DP总线允许选择RS485或光纤两种不同的物理层，一般设备级现场总线采用RS485，传输介质采用屏蔽双绞铜线电缆，其传输速度在9.6kb/s—12Mb/s间可选，通过中继器可将输送距离延长到10公里，在不带中继器的情况下，电缆的最大长度取决于传输速度，如表一所示：

　　2. 系统培置高度灵活：PROFIBUS-DP总线可根据需要构成单主站和多主站系统：

　　单主站系统只有一个活动主站，可获得最短的总体循环时间。

　　多主配置中，总线上的主站与各自的从站构成相互独立的子系统或作为网上附加配置和诊断设备，任何一个主站均可读取DP从站的输入输出映像，但只有一个主站（系统配置时指定的DPM1）写入输出数据。

　　PROFIBUS-DP总线最多允许127个站点，其输入和输出报文最多包含246个字节的信息量。

　　3. 诊断功能强大：诊断信息分成本站诊断、模块诊断和通道诊断三类，经过扩展的PROFIBUS-DP可对故障进行快速定位，诊断信息在总线上传输并由主站收集。

　　4. 同步功能严格、保护机制可靠：PROFIBUS-DP总线在控制指令中允许输入输出的同步，并由同步模式和锁定模式确保数据传输的同步操作。

　　PROFIBUS-DP总线通过以下四项保护措施保证数据的可靠传输和接收：

　　①.所有信息传输以海明距离HD=4进行;

　　②.DP从站带有看门狗定时器;

　　③.DP从站输入输出从站保护;

　　④.DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。

　　5. PROFIBUS-DP总线产品互换性强、使用简单：由于PROFIBUS行规对系统行为进行详细的规定，因而保证了同类产品严格互换，另外PROFIBUS-DP总线产品的不同性能特征均在数据库文件（GSD）中具体说明，使用基于GSD文件的组态工具可将不同厂商的产品集成，从而达到使用简单、连接方便的效果。

　　6. PROFIBUS-DP总线产品性价比高：相对于控制系统，采用PROFIBUS-DP总线产品的系统安装成本可降低40%，功能强大的工具减少了组态和维护费用，用成本低廉的双绞电缆便可替代PLC/PC与I/O之间成本昂贵的电缆线，全分散性控制系统的体系结构简化了系统结构，提高了可靠性，系统的智能化、数字化提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差。

三、PROFIBUS-DP总线的协议结构

　　PROFIBUS-DP协议的结构定向根据ISO7498国际标准以开放系统互连网络OSI为参考模型，如图二所示：

　　PROFIBUS-DP使用第1层，第2层和用户接口，第3层到第7曾未加以描述，这种流体型结构确保了数据传输的快速和有效，直接数据链路映像（DDLM）提供易于进入第2层的用户接口，用户接口规定了用户及系统以及不同设备可以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，还提供传输用的RS485传输技术或光纤。

四、PROFIBUS-DP的总线存取协议

　　1. 三种PROFIBUS（DP.FMS.PA）均使用一致的总线存取协议。该协议是通过OSI参考模型第二层（数据链路层）来实现的。它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。

　　2. 在PROFIBUS中，第二层称之为现场总线数据链路层（Fieldbus Data Link - FDL）。介质存取控制（Medium Access Control - MAC）具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。

3.PROFIBUS协议的设计要满足介质控制的两个基