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1.什么是PRIFOIBUS？

答：PROFIBUS是一個用在自動化技術的現場總線標準，在1987年由德國西門子公司等十四家公司及五個研究機構所推動，PROFIBUS是程序總線網絡（PROcess FIeld BUS）的簡稱。

 PROFIBUS是一種國際化．開放式．不依賴于設備生產商的現場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范圍內選擇且當總線系統啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度。廣泛適用于制造業自動化．流程工業自動化和樓宇．交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

2.起源

PROFIBUS的歷史可追溯到1987年聯邦德國開始的一個合作計劃，此計劃有十四家公司及五個研究機構參與，目標是要推動一種串列現場總線，可滿足現場設備接口的基本需求。為了這個目的，參與的成員同意支持有關工廠生產及程序自動化的共通技術研究。

PROFIBUS在1993年提出了架構較簡單，速度也提升許多的PROFIBUS DP（DP代表Decentralized Peripherals）。

PROFIBUS DP主要是用在PROFIBUS主站和其遠程從站之間的確定性通信，但仍允許主站及主站之間的通信。

 PROFIBUS DP（分布式周邊，Decentralized Peripherals）用在工廠自動化的應用中，可以由中央控制器控制許多的傳感器及執行器，也可以利用標準或選用的診斷機能得知各模塊的狀態。PROFIBUS網絡通訊的本質是RS485串口通訊。

PROFIBUS－DP：定義了第一．二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS－DP設備的設備行為。

這種精簡的結構特別適合數據的高速傳送，PROFIBUS-DP 用于自動化系統中單元級控制設備與分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站之間的通信為令牌方式，主站與從站之間為主從方式，以及這兩種方式的混合。

3.PROFIBUS的通信模型

ISO的OSI模型如下圖所示，而PROFIBUS只使用了ISO/OSI的第1層、第2層和第7層（PROFIBUS-DP只使用第1、2層），第3層至第6層沒有使用，另外在應用層之上外加了一個用戶層，是PROFIBUS的行規。PROFIBUS的協議模型的結構比較簡潔，這樣做提高了數據傳輸的效率，也符合工業通信實時性高、數據量小的特點和要求。

    PROFIBUS協議模型與OSI模型↑

4.PROFIBUS的通信組成
PROFIBUS-DP是PROFIBUS協議的主體。PROFIBUS-DP是專為工業控制現場層的分散設備之間的通信而設計的。PROFIBUS-DP的結構如上圖所示。現場的傳感器、執行器、控制器和觸摸屏等都是常見的連接在總線上的現場設備，通過總線實現不同現場設備的通信。

每個PROFIBUS-DP系統包括各種類型的設備（裝置）。根據不同的任務定義分為三種設備類型，分別為1類DP主站、2類DP主站和DP 從站。
PROFIBUS系統的Zui小配置為1個主站和1個從站。1個主站和多個從站的PROFIBUS系統稱為單主站系統，如下圖所示。在這種操作模式下可以達到Zui短的總線周期。當PROFIBUS系統的總線上有多個主站時，稱為多主站系統，如圖所示。多主站系統在原理上比單主站系統復雜。PROFIBUS協議既支持單主站系統，也支持多主站系統。

            單主站的PROFIBUS系統↑

                 PROFIBUS通信方式↑

5. PROFIBUS的通信方式
PROFIBUS支持主從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種模式。主站與主站之間采用的是令牌的傳輸方式，主站在獲得令牌后通過輪詢的方式與從站通信。若只有一個主站，并且有多個從站，則為主從系統；若只有多個主站，沒有從站，則為純主站系統；若有多個主站，每個主站均有隸屬于自己的多個從站，則為多主多從混合系統。
多主多從混合系統是PROFIBUS的一般情況，主站與主站之間為令牌方式，主站與從站之間是主從方式，如圖7-4所示。

6.PROFIBUS-FMS/DP的物理層
（1）傳輸速率與傳輸距離
PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP物理層相同，本節將主要講DP網絡，所有內容也適應于FMS。PROFIBUS-DP一般使用EIA485傳輸技術，傳輸介質可以選擇A型和B型兩種導線，A型為屏蔽雙絞線，B型為普通雙絞線。
使用雙絞線的傳輸速率有9.6kbit/s、19.2kbit/s、93.75kbit/s、187.5kbit/s、500kbit/s、1500kbit/s、12 000kbit/s，隨著通信速率的增加，傳輸距離也相應地降低為1200m、1200m、1200m、1000m、400m、200m、100m。

（2）網段
由于總線驅動能力的限制，PROFIBUS-DP物理層需要分段。每個網段Zui多允許有32個節點，電纜長度Zui長為1000m，如下圖所示。在應用中，實際允許的電纜長度與波特率有關。當站點數量或傳輸距離超過限制時，均需要增加中繼器，以保證總線的驅動能力。

              PROFIBUS的網段↑
中繼器屬于物理層的設備，所有符合EIA485標準的中繼器均可以用于PROFIBUS網絡。

在Zui大配置時，總線系統可以分為4個段。DP網的Zui大配置為：（第一段：2主站+29個從站+中繼器）+（第二段：30個從站+中繼器）+（第三段：31個從站+中繼器）。
（4）拓撲結構
PROFIBUS網絡的拓撲結構可以采用總線型、環形以及冗余等結構。使用雙絞線作為傳輸介質時，一般采用總線型結構。
（5）終端電阻
EIA485要求必須按其特征阻抗進行終端匹配。所謂終端匹配就是在信號傳輸線的兩頭各串入一個與電纜特征阻抗相等的電阻。任何一個網段中，總線上終端匹配電阻數目為2，配置在總線兩端的位置上。
在PROFIBUS-DP規范中，其終端匹配電阻為220。
（6）光纖
PROFIBUS系統的物理層還可以使用光纖，兩個光纖模塊（OLM）的Zui大距離可以達到10～15km。采用光纖作為物理層的情況，在PROFIBUS的應用中相對較少。
PROFIBUS-PA/FMS的物理層相對復雜，在此不做介紹。
7 .PROFIBUS-FMS/DP的數據鏈路層
數據鏈路層是PROFIBUS協議的第2層，它介于物理層與應用層之間。設立數據鏈路層的主要目的是將一條原始的、有差錯的物理線路變為對應用層無差錯的數據鏈路。為了實現這個目的，數據鏈路層必須執行鏈路管理、幀傳輸、流量控制、差錯控制等功能。
數據鏈路可以粗略地理解為數據通道。物理層要為終端設備間的數據通信提供傳輸媒體及其連接。媒體是長期的，連接是有生存期的。在連接生存期內，收發兩端可以進行不等的一次或多次數據通信。每次通信都要經過建立通信聯絡和拆除通信聯絡的過程。這種建立起來的數據收發關系就叫做數據鏈路。
盡管PROFIBUS FMS/DP/PA的物理層不盡相同，但是它們的數據鏈路層是一致的。
PROFIBUS的數據鏈路層負責生成和管理數據幀，控制和維護各站點對公共的總線的占用。PROFIBUS對總線的管理是按照令牌和主從相結合的方式進行的。
所有主動站點之間是通過令牌方式控制總線的，主站和從站之間是主從方式。
PROFIBUS的數據鏈路層是在物理層之上，實現數據鏈路功能，為上層（FDL用戶）提供FDL數據接口。
現場總線管理（FMA）是在現場總線中起控制與管理作用的系統功能。在PROFIBUS模型中，FMA分布在所有層，與PROFIBUS的通信服務相伴相生。