PROFIBUS现场总线的通信原理

PROFIBUS现场总线的通信原理引言PROFIBUS过程工厂自动化）[1]，它不依赖于产品制造商，不同厂商生产的设备无须对其接3Profibus-FMSDP是经过优化的高速、廉价的通信接口，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计，可取代24V或0~20mAFMS用于车间级通用PLC等一般自动控制系统。PA是专为过程自动化设计的标准本质安全传输技术，满足IEC1158-2中规定的通信规程，适用于安全性要求高以及由总线供电的场合PROFIBUS可使分散式数字化控制器从现场底层[2]。PROFIBUS的协议结构PROFIBUS的协议结构是根据ISO7498国际标准化开发式互联网络（OSI）作为参考模型，具体结构如图1所示。.FMS DP PAFMS

DP行规 PA行规次 设备 DP扩展户 DP基本功能7）3~6）

信息规范

未使用据 现场总数据链路FD）2） IEC1）.

RS-485/光纤 IEC1158-2.图1 PROFIBUS协议结构图PROFIBUS-DP使用了第12直接数据链路映像2PROFIBUS-FMS对第、27层均加以定义。应用层包括现场总线信息规范FM）和底层接口LL。FMS包括了应FMS不依赖设备访问第二层，第二层PROFIBUS-PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议，另外还使用了PA]PROFIBUS总线存取协议三种FMS和均使用一致的总线存取协议，该协议是通过OSI参考模型的第2议如图2所示。..246813579.图2 PROFIBUS总线存取协议在PROFIBUS中，第二层称为现场总线数据链路层FD，介质存取控制MA）具体控制数据传输的程序。MAC必须确保在任何一个时刻只能有一个站点发送数据，PROFIBUS总线存取协议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中，首先由PROFIBUS（不一定全部组成逻辑环，让一个令牌在逻辑环中在这段时间内，该站就成为整个网络的主站，执行主站工作，可依照主从关系表与所有从站通信，也可依照主主关系表与所有主站通信，这就是所谓令牌控制主站浮动。根据这一定NM方式（总线共有M个站，其中N<：N方式（共N个站，且都为主站N方式（共N1个主站。图2PS为前站地址，TS为下站地址。令牌环是所有主站的组织链，按照它们的地址构成逻辑环。在这个环中，令牌（总线存取权）在规定的时间内按照次序（地址的升序）介质存取控制还可监测传输介质及收发器是否有故障，检查站点地址是否出错（如地址重复）以及令牌错误（如多个令牌或令牌丢失传递和逻辑环的维护。令牌的传递在逻辑环中的每一个站内都存放着一张LASLASPSTS、NS。在正常情况下，每一个站都按LASPS传来，传到它的NS2中各站的LAS1所示。当一个站把令牌传递给自己的下一个站后，它还应当监听一个时间片（Slottime）,看下一站是否收到令牌。当下一站收到令牌，无论是发送数据还是再向它的下一站传递令牌，都将在帧的SA段填入监听站的NS。若监听不到则再次向自己的NS发令牌，若连试两次仍..TSNSPS2468TSNSPS2468PSTSNS2468结束PSTSNS结束2468NSPSTS结束2468站2LAS表 站4LAS表 站6LAS表 站8LAS表. 表1 PROFIBUS的LAS表 .SANS的帧，则表明自己的下一站NS出了故障。于是此站应向再下一站逻辑环的建立PROFIBUSRequestFDLStatus”,Ready”或者“Passive”应答，则首环把此站地址登记到GAPLfortheLogical则环首把此站地址登记到LAS表中，这样逻辑环就建立起来了。站的增减LAS表上登记增加的新站或者删去退出的站，同时LAS站的增减而变化。在逻辑环上从本站到自己的下站这段地址空间叫GAP，GAPGAPLGAP3.2的描述，如果主站退出逻辑环，则相应的GAPL24退出2GAPL2的形式。逻辑环中主站的增减是通过周期性询问GAP后，对LAS以及GAPL表修改实现的。345345Passive?Passive结束.

.2 2的GAPL表在PROFIBUSPollinglis，该表定义了此主站获得令牌后应轮询的从站及其他主站/一律按低优先级任务调度，即：当处理完序，在令牌持有时间内，采用周期发送/请求方式向各站发送数据，并要求立即给予带数据的应答。FDL帧的结构PROFIBUS协议结构中FDL,11位,8个数据位,一个偶校验位,一个停止位,其组成结构如下图所示.. .0 0 b1b2 b3b4 b5b6b7b8p1起始 数据位

偶停止校验位. .FDL帧的组成结构FDL（）（2）/（3）它包括三种帧：①发送/请求帧，其结构如下图所示，其中L=4～２４９bit.. ..SYNSYNSD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA-UNIT FCS EDL可变L可变. .②响应帧，其结构如下： .SD2 LE LEr SD2 DA SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA-UNIT FCS EDLL可变..③令牌. ..SA. .上述帧结构中，SYN为同步字段，只在请求帧和令牌帧前出现，不允许在字符之间出现；SD2LErDA+SA+FC+DATA-UNITSAEXT EXT 2625 2423222120. .地址中EXT为扩展位，EXT=0表示不扩展，EXT=1表示地址扩展，扩展形式如下：.EXT=1 EXT=1DATA-UNITEXT=1 EXT=1DATA-UNITDASAFCDAE SAEFCSED.当DA的EXT=1时，其扩展地址为DAE；当SA的EXT=1时，其扩展地址为SAE。DAE和SAE的格式如下：EXT TYP 2EXT TYP 25 2423222120. .其中EXT为附加地址扩展标示符TYP=0DAE和SAE中为服务访问点地址SSAP及DSA；TYP=1SAETYP=03DAEDSAP中的SSAP中的目的站地址，为源站地址组成两级地址，并建立连接，为数据传输服务。112SAE(SSAP)

DAE(DSAP)SADASADAProfibusDAE(DSAP) SAE(SSAP). .图3 两个主站连接的建立FC帧控制段，帧控制段是最关键的字段，其格式如下：. .b8 b7 b6

b4

b2 b1ResRes帧类型FCB FCVStn类型功能码.其中b8为Res

b7b7=1

表示响应帧；，表示预留位；b6b5Stn类型，即表示站类型及FDLb6b5=00，表示从站；b6b5=01表b7=1时，b6b5FCBFCV，FCBFCV=1表示FCB位与FCV位联合使用以防帧丢失或帧重叠。5结束语PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场协议在任何微处理器上都可以实现，在微处理器内部或外部安装异步串行通信接口500Kbit/s、或需要使用IEC1158-2传输技术时，则必须使用协议专用芯片[7

PROFIBUS现场总线有着无可比拟的优点，如开放性、实时性好，系统简单、成本低、可靠性高等，掌握了这种总线的通信原理，对于更好地利用这种总线技术有着重要的意义。参考文献阳宪惠现场总线技术及应[M] 北京：清华大学出版社，1999年吴秋峰自动化系统计算机网[M] 北京：机械工业出版社，2001年[M]2000年IECDigitaldatacommunicationformeasurementandcontrol-fieldbususeinindustrialcontrolsystem[J]. IEC 1997IEC.TC65Fieldbusstandardforuseinindustrial