PROFIBUS現(xiàn)場總線由哪部分組成_PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

PROFIBUS現(xiàn)場總線由哪部分組成

PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification）。

（1） PROFIBUS-DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信號傳輸。主站和從站之間采用輪詢的通訊方式，主要應(yīng)用于自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通信。

（2） PROFIBUS-PA：專為過程自動化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通訊。

（3） PROFIBUS-FMS：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時多主網(wǎng)絡(luò)。定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統(tǒng)中系統(tǒng)級和車間級的過程數(shù)據(jù)交換。

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Open System Interconnection-SIO）作為參考模型的。OSI模型是現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)。對于工業(yè)控制底層網(wǎng)絡(luò)來說，單個節(jié)點(diǎn)面向控制的信息量不大，信息傳輸?shù)娜蝿?wù)相對比較簡單，但實(shí)時性、快速性的要求較高?，F(xiàn)場總線采用的通信模型大都在OSI模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同程度的簡化。

（1） PROFIBUS-DP：定義了第1、2層和用戶接口。第3到7層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)備行為。

（2） PROFIBUS-FMS：定義了第1、2、7層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低層接口（Lower Layer Interface-LLI）。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問接口。

（3） PROFIBUS-PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。

PROFIBUS基本特性

Profibus可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間級網(wǎng)絡(luò)化，與其他現(xiàn)場總線相比，Profibus的重要優(yōu)點(diǎn)是具有穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性，它包括了加工制造、過程和數(shù)字自動化等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，并可同時實(shí)現(xiàn)集中控制、分散控制和混合控制三種方式。該系統(tǒng)分為主站和從站：

主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站得到總線控制權(quán)（令牌）時，沒有外界請求也可以主動發(fā)送信息。在Profibus協(xié)議中主站也稱為主動站。

從站為外圍設(shè)備，典型的從站包括：輸入/輸出裝置、閥門、驅(qū)動器和測量發(fā)射器。它們沒有總線控制權(quán)，僅對接收到的信息給予確認(rèn)或當(dāng)主站發(fā)出請求時向它發(fā)送信息。從站也稱為被動站。由于從站只需總線協(xié)議的一小部分，所以實(shí)施起來特別經(jīng)濟(jì)。

PROFIBUS的通信介質(zhì)訪問控制方式

PROFIBUS的通信介質(zhì)訪問方式為分布式令牌方式，是一種時間觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。主節(jié)點(diǎn)之間為令牌環(huán)傳遞方式，主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)之間為主從輪詢方式。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)得到令牌后，允許它在一定的時間內(nèi)與從節(jié)點(diǎn)和（或）其他主節(jié)點(diǎn)通信。令牌在所有主節(jié)點(diǎn)中循環(huán)一周期的最長時間（設(shè)定周期TTR）是事先預(yù)定的，決定了各主節(jié)點(diǎn)的令牌具體保持時間的長短。主節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)必須保證在事先定義的時間間隔內(nèi)主節(jié)點(diǎn)有充足的時間完成通訊任務(wù)，主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換要盡可能快且簡單地完成數(shù)據(jù)傳輸。

為此，PROFIBUS的介質(zhì)訪問控制MAC協(xié)議設(shè)置了兩類時鐘計(jì)時器：一類是令牌運(yùn)行周期計(jì)時器，用于令牌的實(shí)際運(yùn)行周期TRR計(jì)時；另一類是持牌計(jì)時器，用于主節(jié)點(diǎn)令牌保持時間TTH計(jì)時，當(dāng)令牌到達(dá)某個主節(jié)點(diǎn)時，此節(jié)點(diǎn)的周期計(jì)時器開始計(jì)時。

當(dāng)令牌又一次到達(dá)主節(jié)點(diǎn)時，MAC將周期計(jì)時器的TRR值與設(shè)定周期值TTR的差值賦給持牌計(jì)時器，即TTH=TTR-TRR，持牌器根據(jù)該值控制信息的傳送。

在持牌計(jì)時器控制信息發(fā)送時，如果令牌到達(dá)超時，即TTH《0，則此節(jié)點(diǎn)只可以發(fā)送一個高優(yōu)先級信息；如果令牌及時到達(dá)，則此節(jié)點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)送多個等待發(fā)送的高優(yōu)先級信息后，直到高優(yōu)先級信息全部發(fā)送完畢，或者超過持牌時間。如果發(fā)完所有待發(fā)送的高優(yōu)先級信息，仍有持牌時間，則可以用同樣的方式發(fā)送低優(yōu)先級信息。無論發(fā)送高優(yōu)先級還是低優(yōu)先級信息，都只在發(fā)送前檢測持牌時間是否超時，而不是預(yù)先檢測發(fā)送完此信息是否超時，此種檢測方法意味著信息發(fā)送不可避免地造成持牌時間超時，影響了周期性實(shí)時通信的實(shí)現(xiàn)。