PROFIBUS通信服务简介

1.PROFIBUS的协议结构

PROFIBUS协议结构见图6-14，第2层称为现场总线数据链路层（FDL），规定了总线访问控制、数据安全性以及传输协议和报文的处理。

图6-14 PROFIBUS协议结构

2.PROFIBUS-DP

DP是Decentralized Periphery（分布式外部设备）的缩写。PROFIBUS-DP（简称为DP）主要用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信，特别适合于PLC与现场级分布式I/O设备之间的通信。DP是PROFIBUS中应用最广的通信方式。有的S7-300/400 CPU有集成的DP接口，S7-200/300/400也可以通过通信处理器（CP）连接到PROFIBUS-DP。

某些分布很广的系统，例如大型仓库、码头和自来水厂等，可以采用基于PROFIBUS-DP网络的分布式现场设备，例如ET 200和变频器。将它们放置在离传感器和执行机构较近的地方，可以减少大量的接线。PROFIBUS-DP还用于连接编程计算机和HMI。PROFIBUS-DP的响应速度快，适合于在制造行业使用。

PROFIBUS-DP采用混合的总线访问控制机制（见图6-15），包括主站之间的令牌传递方式和主站与从站之间的主-从方式。令牌实际上是一条特殊的报文，它在所有的主站上循环一周的时间是事先规定的。主站之间构成令牌逻辑环，令牌传递仅在各主站之间进行。

当某个主站得到令牌报文后，该主站可以在一定时间内执行主站工作。在这段时间内，它可以依照主-从通信关系表与它所有的从站通信，也可以依照主-主通信关系表与所有的主站通信。令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线访问权（即令牌）。

在总线初始化和起动阶段，主站媒体访问控制（MAC）通过辨认主站来建立令牌环，首先自动地判定总线上所有主站的地址，并将它们的节点地址记录在主站表中。在总线运行期间，从令牌环中去掉有故障的主站，将新上电的主站加入到令牌环中。

图6-15 PROFIBUS现场总线的总线访问方式

PROFIBUS媒体访问控制还要监视传输媒体和收发器是否有故障，检查站点地址是否出错（例如地址重复），以及令牌是否丢失或有多个令牌。

DP主站按轮询表依次访问DP从站，主站与从站之间周期性地交换用户数据。DP主站与DP从站之间的一个报文循环，由DP主站发出的请求帧（轮询报文）和由DP从站返回的应答帧（或称响应帧）组成。

3.PROFIBUS-PA

PA是Process Automation（过程自动化）的缩写。PROFIBUS-PA用于PLC与过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输（见图6-16），特别适合于过程工业使用。

图6-16 PROFIBUS-PA

PROFIBUS-PA功能集成在起动执行器、电磁阀和测量变送器等现场设备中。传输速率为31.25 kbit/s，可以采用总线型或树形结构。

PROFIBUS-PA由于采用了IEC 1158-2标准，确保了本质安全和通过屏蔽双绞线电缆进行数据传输和供电，可以用于防爆区域的传感器和执行器与中央控制系统的通信。

PROFIBUS-PA采用PROFIBUS-DP的基本功能来传送测量值和状态。并用扩展的PROFIBUS-DP功能来制定现场设备的参数和进行设备操作。PROFIBUS-PA行规保证了不同厂商生产的现场设备的互换性和互操作性，已对所有通用的测量变送器和其他一些设备类型作了具体规定。(www.xing528.com)

使用DP/PA链接器（见图6-16）可以将PROFIBUS-PA设备集成到DP网络中。

与PROFIBUS-DP设备一样，PROFIBUS-PA设备也是用制造商的GSD文件来描述。

4.PROFIBUS-FMS

FMS是现场总线报文规范的英文缩写，用于系统级和车间级的不同供应商的控制器之间交换数据，它已基本上被以太网通信取代，现在很少使用。

5.PROFIdrive

PROFIdrive用于将驱动设备（从简单的变频器到高级的动态伺服控制器）集成到自动控制系统中。PROFIdrive定义了用PROFIBUS访问驱动器数据的设备性能和方法。

为了完成现代驱动器的各种任务，PROFIdrive定义了6个应用类别

1）类别1定义了用速度设定值控制的标准驱动器。

2）类别2定义了具有技术功能的标准驱动器。过程被划分为一些子过程，主站将驱动任务发送给驱动设备，请求在各个驱动器之间直接进行数据交换。

3）类别3定义了包括位置控制器的定位驱动器。通过PROFIBUS启动和传输定位请求。

4）类别4和类别5定义了可在多个驱动器之间实现协调运动顺序的中央运动控制。PROFIBUS用于位置闭环控制和同步时钟周期。

5）类别6包括时钟处理和使用电子轴的分布式自动化，例如通过直接数字交换和同步通信实现“电子齿轮传动”或“电子凸轮”功能。

PROFIdrive定义了访问驱动器参数和与制造商有关的配置文件参数的机制。

6.PROFIsafe

PROFIsave用于PROFIBUS和PROFINET面向安全设备的故障安全通信。可以用PROFIsafe很简单地实现安全的分布式解决方案。不需要对故障安全I/O进行额外的布线，在同一条物理总线上传输标准数据和故障安全数据。

PROFIsafe是一种软件解决方案，在CPU的操作系统中以附加的PROFIsafe层的形式实现故障安全通信。PROFIsafe考虑了数据的延迟、丢失、不正确的时序、地址和数据的损坏，采用了很多措施来保证故障安全数据传输的完整性。

7.PROFIBUSFDL

FDL是Fieldbus Data Link（现场总线数据链路）的缩写，通信伙伴可以是S7、S5系列PLC或PC。FDL服务由PROFIBUS协议的第2层提供，允许发送和接收最多240B的数据块。只有CP（通信处理器）才能提供FDL服务。

8.PROFIBUS在冗余控制系统中的应用

可以将PROFIBUS用于冗余结构中。例如通过两个接口模块，将ET 200远程I/O连接到冗余自动化系统的两个PROFIBUS子网。PROFIBUS-PA可以通过一个冗余DP/PA链接器和两个接口模块进行耦合。也可以通过Y形链接器在冗余PROFIBUS中操作非冗余设备。