Profibus由3个兼容部分组成，即Profibus-DP（Decentralized Periphery）、Profibus-PA（Process Automation）及Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification。Profibus-DP）用于控制器与分散式I/O或作为从站的其他控制器之间通信。Porfibus-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。Profibus-FMS用于控制器之间相互通信，是DP的先驱。此外，还有运功及安全控制用Profibus，而PLC主要用的是Profibus-DP。
1.Profibus-DP组成
Profibus-DP为多主多从结构，可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统。可能有以下3种系统配置：纯主-从系统、多主站系统及纯主-主系统。在同一总线上最多可连接126个站点。
（1）纯主-从系统
在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站，如图4-132所示，PLC作为主站。
图4-132 单主站系统
图4-133 多主站系统
（2）多主站系统
总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个DPM1、指定的若干从站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入/输出数据，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。如图4-133示，它有3个主站，多个从站。
（3）纯主-主系统
网络站点都是主站。
从上述两图知，每个包括以下3种不同类型设备：
1）一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，是必需的。它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。
2）二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，还可对系统进行操作和监视。
3）DP从站：有3种：
（a）PLC（智能型I/O）：有CPU及内存，不能存储程序和执行程序，可存储程序和执行程序，自身有控制功能。同时有通信接口，可与主站通信，共享数据区。通过它，主站与它也能间接地相互控制。
（b）分散式I/O（非智能型I/O）：通常由电源部分、通信适配器部分、接线端子部分组成。分散式I/O没有CPU及内存，不能存储程序和执行程序，自身没有控制功能。通信适配器部分接收主站指令，按主站指令驱动I/O，并将I/O输入及故障诊断等信息返回给主站。通常分散型I/O是由主站统一编址，这样在主站编程时使用分散式I/O与使用主站的I/O没有什么区别。
（c）驱动器、传感器、执行机构等现场设备：即带Profibus接口的现场设备，可由主站在线进行系统配置、参数修改、数据交换。至于那些参数可进行通信及参数格式由Profibus行规决定。
2.Profibus协议结构
网络协议以ISO/OSI参考模型为基础，对第三～六层进行了简化，其协议结构如图4-134所示。
图4-134 Profibus协议结构
从图知，这里不仅定义了Profibus-DP协议结构，还定义了Profibus-FMS及Profibus-PA协议结构。
Profibus-DP定义了第一、二层和用户接口。OSI的第三～七层未加描述。用户接口规定了用户及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。
Profibus-FMS定义了第一、二、七层，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二层访问接口。由于DP与FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议，因而这两套系统可在同一根电缆上同时操作。
（1）第一层，即物理层
其传输技术有RS-485及光纤。
1）RS-485。是Profibus最常用的一种传输技术。这种技术通常称之为H2。采用的电缆是屏蔽双绞铜线。其技术基本特征：
（a）网络拓扑：线性总线，全部设备均与总线连接，两端有源的总线终端电阻，每个分段上最多可接32个站（主站或站）。
（b）传输速率：从9.6kbit/s到12Mbit/s。电缆最大长度取决于传输速率。如使用A型电缆，则传输速率与传输距离对应关系见表4-32所示。
表4-32 传输速率与传输距离对应关系
在一个有着32个站点的分布系统中，Profibus-DP对所有站点传送512 bit/s输入和512bit/s输出，在12Mbit/s时只需1ms。(www.xing528.com)
（c）通信介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）。
（d）站点数：每分段32个站（不带中继），可多到127个站（带中继）。
（e）插头连接：最好使用9针D型插头。
（f）可通过中继器增加传输距离。当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线段。串联的中继器一般不超过3个。中继器没有站地址，但被计算在每段的最多站数中。
2）光纤。当Profibus系统在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体，以增加高速传输的距离。可使用两种光纤导体，一是价格低廉的塑料纤维导体，供距离小于50m情况下使用。另一种是玻璃纤维导体，供距离大于1km情况下使用。许多厂商还提供有专用总线插头，可将RS-485信号转换成光纤导体信号或将光纤导体信号转换成RS-485信号。这使它的系统配置更加灵活、方便。
（2）第二层，称之为现场总线数据链路层（Fieldbus Data Link-FDL）
3种Profibus（DP、FMS、PA）均使用一致的协议。包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。
介质存取控制（Medium Access Control-MAC）采用混合方式，即主站间按令牌方式，主站和从站间按主从方式。在主站之间按照地址的升序传递总线控制权（即令牌），得到令牌的主站才可发起通信。这可保证了在任一时刻只能有一个站点发送数据，可完全避免冲突；并且任一个主站在一个限定的时间内（Token Hold Time）都可以得到总线操作权。在这段时间内，主站可依照主-从通信关系表与所有从站通信，也可依照主-主通信关系表与所有主站通信。而从站没有总线控制权。
其特点还有，主站与从站可在任意时间接入或断开。总线访问协议（FDL）将自动重新组织令牌；令牌调度要确保主站有足够时间完成通信，为此如需要应做必要的计算；DP从站有看门狗定时器（Watchdog Timer），对DP从站的输入/输出进行存取保护，而主站上有可变定时器的用户数据传送监视，所以，协议有能力发现故障的站点、失效的令牌、重复的令牌、传输错误及可能的其他网络错误；可确保所有信息，包括令牌信息高度安全。此外，在总线系统初建时，主站介质存取控制MAC的任务是制定总线上的站点分配并建立逻辑环。在总线运行期间，断电或损坏的主站必须从环中排除，新上电的主站必须加入逻辑环。
第二层的另一重要工作任务是保证数据的无差错传输。具体是通过海明间距=4、按照国际标准IEC870—5—1制定的特殊的起始和结束界定符、每个字节的奇偶校验和每个报文的CRC循环校验来保证。其最大报文长度为255个字节，所涵盖项目有：标识符、源及目的地址、数据长度、数据、命令字和循环校验码，最长有效数据为246字节。图4-135所示为它的通信中请求及响应的过程。
Profibus链路层提供的服务有：SDA（发送数据并要求回答）、SDN（发送数据，不要求回答）、SRD（发送数据并要求回送数据）及CSRD（循环发送数据并要求回送数据）。它按照非连接的模式操作，除提供点对点逻辑数据传输外，还提供多点通信，其中包括广播及有选择广播功能。
（3）应用层
Profibus协议的第二部分是应用层协议（FMS），第三部分为DP协议，FMS定义了应用层（第七层）的内容。由于Profibus没有第三～六层，所以这几层的必要功能在一个称为“底层接口”（LLI）的模块中完成，由LLI将这些功能映射到FMS中。FMS提供了多种强有力的通信服务，这些服务是著名的MAP协议中MMS服务的一个子集。为使这些功能适应不同应用领域当中真正的实际需要，FMS包括称为“行规”（Profile）的特殊定义。行规规定不同制造商制造的、遵从同一行规的Prifibus设备应具有相同的通信功能。行规中除通信参数的选择外，还包括对状态和错误的解释及针对应用的定义等许多内容。
Profibus已纳入国际IEC 61158及我们国家JB/T 10308.3-2001标准。还有很多细节，可直接从中了解。
3.Profibus-DP功能
有基本功能及扩展功能，有3种版本对此做了规定。基本功能由（版本DP-V0）来规定。特殊需求的扩展功能由DP-V1和DP-V2规定。版本的这种区分，主要反映了由于不断增长的应用需求所编订的规范时间顺序。版本V0和V1包含“特性”（用于实现的绑定）和选项，而V2仅规定了选项。3种版本的主要内容如下：
DP-V0提供DP基本功能，包括循环的数据交换，以及站诊断、模块诊断和特定通道的诊断。表4-33列出了DP-V0的功能概况。
DP-V1包含依据过程自动化的需求而增加的功能，特别是用于参数赋值、操作、智能现场设备的可视化和报警处理等（类似于循环的用户数据通信）的非循环的数据通信。这样就允许用工程工具在线访问站。此外，DP-V1有3种附加的报警类型：状态报警，刷新报警和制造商专用的报警。
图4-135 通信请求及响应过程
表4-33 DP-V0功能概况
DP-V2包括主要根据驱动技术的需求而增加的其他功能。由于增加的功能，如同步从站模式（Isochronous Slave Mode）和从站对从站通信（Data eXchange Broadcast，DXB）等，DP-V2也可以被实现为驱动总线，用于控制驱动轴的快速运动时序。
DP的各种版本功能在IEC 61158中都有详细说明。这里不再赘述。
4.Profibus-DP特点
1）代替PLC/PC与I/O之间昂贵的电线。
2）快速传输，1KB的输入数据和1KB的输出数据所需时间<2ms。
3）强有力的工具减少组态和维护费用。
4）被所有主要的PLC制造商支持。
5）有广泛的产品：PLC、PC、I/O、驱动器、阀、编码器等。
6）允许周期性和非周期性的数据传输。
7）单主和多主网络。
8）每个站的输入和输出数据量大，最多可达244B。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
