探究Profibus-DP网络体系结构

Profibus标准是世界范围的标准，在我国也有非常广泛的应用。Profibus以ISO7498为基础，以开放式系统互联网络作为参考模型，定义了物理传输特性、总线存取协议和应用功能。Profibus总线选取了该模型的物理层、数据链路层和用户层。其对应关系如图9-1所示。

图9-1 Profibus总线对应关系

1.Profibus-DP

定义了第1、2层和用户接口，第3～7层未加描述。用户接口规定了用户、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-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。(www.xing528.com)

3.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2层访问接口。

Profibus 3个兼容版本的MAC（介质存取控制）子层使用了相同的Token-Passing（也称简化的令牌总线协议）。作为简化的时间令牌协议，MAC没有同步信息带宽的能力。当实际周期大于设定周期时，每个节点只允许发送一个高优先级信息，即低优先级信息对高优先级信息有影响。由于缺乏同步信息带宽，不容易保证高优先级信息实时性。每个站点只有在指定的一段时间内拥有令牌，由于其全部传输过程不存在冲突，所以平均延迟时间是确定的，且重载时依然具有稳定的网络吞吐量。在Profibus的令牌总线协议网络上的各点都连在总线上，其物理地位等同，被赋以统一的逻辑地址。总线上的各个站点按照功能、本身智能化程度等特性的不同分为主站、从站两种类型。图9-2所示为Profibus的总线逻辑结构。

把总线上的主站形成的集合定义为逻辑环。作为一个特别定义的数据帧，令牌在此逻辑环上周期性地轮转。在一个系统中此令牌是唯一的，因此，系统中某个时刻只能有一个主站能得到令牌，令牌按照地址的升序在各主站中依次传递，得到令牌的主站在令牌占有期内，它可以向其他主站发送数据，也可以与从站交换数据。主从轮询协议中的各个从站都可以在一个事先约定的最大时间间隔内获得接入总线进行通信的权利，这种特性对于工业控制系统中的通信系统是至关重要的。

图9-2 Profibus的总线逻辑结构