PROFIBUS通信协议简介

1.PROFIBUS的数据链路层

PROFIBUS的总线存取方式如图7-24所示。

在总线的存取中，有两个基本要求：

1）保证在确切的时间间隔中，任何一个站点有足够的时间来完成通信任务。

2）尽可能简单快速地完成数据的实时传输，因通信协议增加的数据传输时间应尽量少。

图7-24 PROFIBUS的总线存取方式

PROFIBUS采用主站（Master）之间的令牌（Token）传递方式和主站与从站（Slave）之间的主-从方式，如图7-25所示。

当某主站得到令牌报文后可以与所有主站和从站通信。在总线初始化和起动阶段建立令牌环。在总线运行期间，从令牌环中去掉有故障的主动节点，将新上电的主动节点加入到令牌环中。监视传输介质和收发器是否有故障，检查站点地址是否出错，以及令牌是否丢失或有多个令牌。

图7-25 数据传输方式

DP主站与DP从站间的通信基于主-从原理，DP主站按轮询表依次访问DP从站。报文循环由DP主站发出的请求帧（轮询报文）和由DP从站返回的响应帧组成。

2.PROFIBUS-DP

DP的功能共有3个，即DP-V0、DP-V1和DP-V2。

（1）基本功能（DP-V0）

①总线存取方法

②3级诊断功能

③保护功能

只有授权的主站才能直接访问从站。主站用监控定时器监视与从站的通信。从站用监控定时器检测与主站的数据传输。

④通过网络的组态功能与控制功能

动态激活或关闭DP从站，对主站进行配置，设置从站的地址、I/O数据的格式、诊断报文的格式，检查DP从站的组态。

⑤同步与锁定功能

⑥DPM1和DP从站之间的循环数据传输

⑦DPM1和系统组态设备间的循环数据传输

（2）DP-V1的扩展功能

①非循环数据交换

主站与从站之间的非循环数据交换功能，可以用来进行参数设置、诊断和报警处理。(www.xing528.com)

②基于IEC 61131-3的软件功能块

③故障-安全通信（PROFIsafe）

PROFIsave定义了与故障-安全有关的自动化任务，以及在PROFIBUS上的通信。考虑了数据的延迟、丢失、重复，不正确的时序、地址和数据的损坏。

补救措施：输入报文帧的超时及其确认；发送者与接收者之间的口令；CRC校验。

④扩展的诊断功能

DP从站通过诊断报文将报警信息传送给主站，主站收到后发送确认报文给从站。从站收到后只能发送新的报警信息。

（3）DP-V2的扩展功能

①从站与从站之间的通信

广播式数据交换实现了从站之间的通信，从站作为出版者（Publisher），不经过主站直接将信息发送给作为订户（Subscribers）的从站。

②同步（Isochronous）模式功能

主站与从站之间的同步，误差小于1ms。所有设备被周期性地同步到总线主站的循环。

③时钟控制与时间标记（Time Stamps）

主站将时间发送给所有的从站，误差小于1ms。

④HARTonDP

⑤上载与下载（区域装载）

用少量的命令装载任意现场设备中任意大小的数据区。

⑥功能请求（Function Invocation）

用于DP从站的起动、停止、返回、重新起动和功能调用。

⑦从站冗余

冗余的从站有两个PROFIBUS接口。在主要从站出现故障时，后备从站接管它的功能。

3.PROFINet

PROFINet以互联网和以太网标准为基础，建立了PROFIBUS与外部系统的透明通道。PROFINet首次明确了PROFIBUS和工业以太网之间数据交换的格式，使跨厂商、跨平台的系统通信问题得到了彻底的解决。PROFINet提供了一种全新的工程方法，即基于组件对象模型（COM）的分布式自动化技术；以微软的OLE/COM/DCOM为技术核心，最大程度地实现了开放性和可扩展性，向下兼容传统工控系统，使分散的智能设备组成的自动化系统模块化。PROFINet指定了PROFIBUS与国际IT标准之间的开放和透明的通信；提供了包括设备层和系统层的完整系统模型，保证了PROFIBUS和PROFINet之间的透明通信。

PROFINet的通信机制

在PROFINet中，每个设备都被看作是一个具有组件对象模型（Component Object Mod-el，COM）接口的自动化设备，系统通过调用COM接口来实现设备功能。组件模型使不同厂家的设备具有良好的互换性和互操作性。COM对象之间通过DCOM（分布式COM）连接协议进行互联和通信。传统的PROFIBUS设备通过代理设备（Proxy）与PROFINet中的COM对象进行通信。COM对象之间的调用是通过对象链接与嵌入（Object Linking and Embedding，OLE）自动化接口实现的。组件技术为企业管理人员通过公用数据网络访问过程数据提供了方便，PROFINet使用了IT技术，支持从办公室到工业现场的信息集成，其通信连接图如图7-26所示。

图7-26 PROFINet通信连接图