profibus現場(chǎng)總線(xiàn)知識介紹

　　第一章：現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及Profibus
　　1.1現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的由來(lái)
　　1.1.1CIMS體系結構及工業(yè)數據結構的層次劃分
　　根據工廠(chǎng)管理、生產(chǎn)過(guò)程及功能要求，CIMS體系結構可分為5層，即工廠(chǎng)級、車(chē)間級、單元級、工作站級和現場(chǎng)級。簡(jiǎn)化的CIMS則分為3層，即工廠(chǎng)級、車(chē)間級和現場(chǎng)級。在一個(gè)現代化工廠(chǎng)環(huán)境中，在大規模的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中，工業(yè)數據結構同樣分為這三個(gè)層次，與簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò )層次相對應。如圖1-1所示。

圖1-1：簡(jiǎn)化的CIMS網(wǎng)絡(luò )體系結構

　1.1.2現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成是工廠(chǎng)自動(dòng)化及CIMS不可缺少的重要部分。
　　現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統主要完成底層設備單機控制、連機控制、通信連網(wǎng)、在線(xiàn)設備狀態(tài)監測及現場(chǎng)設備運行、生產(chǎn)數據的采集、存儲、統計等功能，保證現場(chǎng)設備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務(wù)，并將現場(chǎng)設備生產(chǎn)及運行數據信息傳送到工廠(chǎng)管理層，向工廠(chǎng)級MIS系統數據庫提供數據。同時(shí)也可接受工廠(chǎng)管理層下達的生產(chǎn)管理及調度命令并執行之。因此，現場(chǎng)級與車(chē)間級監控及信息集成系統是實(shí)現工廠(chǎng)自動(dòng)化及CIMS系統的基礎。
　　1.1.3傳統的現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統
　　傳統的現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統（包括：基于PC、PLC、DCS產(chǎn)品的分布式控制系統），其主要特點(diǎn)之一是，現場(chǎng)層設備與控制器之間的連接是一對一（一個(gè)I/O點(diǎn)對設備的一個(gè)測控點(diǎn)）所謂I/O接線(xiàn)方式，信號傳遞4-20mA（傳送模擬量信息）或24VDC（傳送開(kāi)關(guān)量信息）信號。如圖1-2所示：

圖1-2：傳統的現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統

　　1.1.4系統主要缺點(diǎn)
（1）信息集成能力不強：控制器與現場(chǎng)設備之間靠I/O連線(xiàn)連接，傳送4-20mA模擬量信號或24VDC等開(kāi)關(guān)量信號，并以此監控現場(chǎng)設備。這樣，控制器獲取信息量有限，大量的數據如設備參數、故障及故障紀錄等數據很難得到。底層數據不全、信息集成能力不強，不能完全滿(mǎn)足CIMS系統對底層數據的要求。
（2）系統不開(kāi)放、可集成性差、專(zhuān)業(yè)性不強：除現場(chǎng)設備均靠標準4-20mA/24VDC連接，系統其它軟、硬件通常只能使用一家產(chǎn)品。不同廠(chǎng)家產(chǎn)品之間缺乏互操作性、互換性，因此可集成性差。這種系統很少留出接口，允許其它廠(chǎng)商將自己專(zhuān)長(cháng)的控制技術(shù)，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統中去，因此，面向行業(yè)的監控系統很少。
（3）可靠性不易保證：對于大范圍的分布式系統，大量的I/O電纜及敷設施工，不僅增加成本，也增加了系統的不可靠性。
（4）可維護性不高：由于現場(chǎng)級設備信息不全，現場(chǎng)級設備的在線(xiàn)故障診斷、報警、記錄功能不強。另一方面也很難完成現場(chǎng)設備的遠程參數設定、修改等參數化功能，影響了系統的可維護性。
　　1.1.5現場(chǎng)設備的串行通信接口是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的原形
　　由于大規模集成電路的發(fā)展，許多傳感器、執行機構、驅動(dòng)裝置等現場(chǎng)設備智能化，即內置CPU控制器，完成諸如線(xiàn)性化、量程轉換、數字濾波甚至回路調節等功能。因此，對于這些智能現場(chǎng)設備增加一個(gè)串行數據接口（如RS-232/485）是非常方便的。有了這樣的接口，控制器就可以按其規定協(xié)議，通過(guò)串行通信方式（而不是I/O方式）完成對現場(chǎng)設備的監控。如果設想全部或大部分現場(chǎng)設備都具有串行通信接口并具有統一的通信協(xié)議，控制器只需一根通信電纜就可將分散的現場(chǎng)設備連接，完成對所有現場(chǎng)設備的監控，這就是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的初始想法。
　　1.2.4現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的產(chǎn)生
　　基于以上初始想法，使用一根通信電纜，將所有具有統一的通信協(xié)議通信接口的現場(chǎng)設備連接，這樣，在設備層傳遞的不再是I/O（4-20mA/24VDC）信號，而是基于現場(chǎng)總線(xiàn)的數字化通信，由數字化通信網(wǎng)絡(luò )構成現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統。
　　1.2現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)概念
　　1.2.1現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
　　目前，公認的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)概念描述如下：現場(chǎng)總線(xiàn)是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區域的現場(chǎng)設備/儀表與控制室內的自動(dòng)控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)。其中，“生產(chǎn)過(guò)程”包括斷續生產(chǎn)過(guò)程和連續生產(chǎn)過(guò)程兩類(lèi)。
或者，現場(chǎng)總線(xiàn)是以單個(gè)分散的、數字化、智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，用總線(xiàn)相連接，實(shí)現相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò )系統與控制系統。
　　1.2.2現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)產(chǎn)生的意義
（1）現場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）技術(shù)是實(shí)現現場(chǎng)級控制設備數字化通信的一種工業(yè)現場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)；是一次工業(yè)現場(chǎng)級設備通信的數字化革命?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可使用一條通信電纜將現場(chǎng)設備（智能化、帶有通信接口）連接，用數字化通信代替4-20mA/24VDC信號，完成現場(chǎng)設備控制、監測、遠程參數化等功能。
（2）傳統的現場(chǎng)級自動(dòng)化監控系統采用一對一連線(xiàn)的、4-20mA/24VDC信號，信息量有限，難以實(shí)現設備之間及系統與外界之間的信息交換，使自控系統成為工廠(chǎng)中的“信息孤島”，嚴重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現。
（3）基于現場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)化監控系統采用計算機數字化通信技術(shù)，使自控系統與設備加入工廠(chǎng)信息網(wǎng)絡(luò )，構成企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現場(chǎng)。在CIMS系統中，現場(chǎng)總線(xiàn)是工廠(chǎng)計算機網(wǎng)絡(luò )到現場(chǎng)級設備的延伸，是支撐現場(chǎng)級與車(chē)間級信息集成的技術(shù)基礎。
　　1.2.3基于現場(chǎng)總線(xiàn)的現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統
　　基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統如圖1-3所示：

圖3：基于現場(chǎng)總線(xiàn)的現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統

　　1.2.4基于現場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)化監控及信息集成系統主要優(yōu)點(diǎn)
（1）增強了現場(chǎng)級信息集成能力
現場(chǎng)總線(xiàn)可從現場(chǎng)設備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿(mǎn)足工廠(chǎng)自動(dòng)化及CIMS系統的信息集成要求?，F場(chǎng)總線(xiàn)是數字化通信網(wǎng)絡(luò )，它不單純取代4-20mA信號，還可實(shí)現設備狀態(tài)、故障、參數信息傳送。系統除完成遠程控制，還可完成遠程參數化工作。
（2）開(kāi)放式、互操作性、互換性、可集成性
不同廠(chǎng)家產(chǎn)品只要使用同一總線(xiàn)標準，就具有互操作性、互換性，因此設備具有很好的可集成性。系統為開(kāi)放式，允許其它廠(chǎng)商將自己專(zhuān)長(cháng)的控制技術(shù)，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統中去，因此，市場(chǎng)上將有許多面向行業(yè)特點(diǎn)的監控系統。
（3）系統可靠性高、可維護性好
基于現場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)化監控系統采用總線(xiàn)連接方式替代一對一的I/O連線(xiàn)，對于大規模I/O系統來(lái)說(shuō)，減少了由接線(xiàn)點(diǎn)造成的不可靠因素。同時(shí)，系統具有現場(chǎng)級設備的在線(xiàn)故障診斷、報警、記錄功能，可完成現場(chǎng)設備的遠程參數設定、修改等參數化工作，也增強了系統的可維護性。
（4）降低了系統及工程成本
對大范圍、大規模I/O的分布式系統來(lái)說(shuō)，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設工程費用，降低了系統及工程成本。
　　1.3現場(chǎng)總線(xiàn)標準
　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)得以實(shí)現的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，是要在自動(dòng)化行業(yè)中形成一個(gè)制造商們共同遵守的現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議技術(shù)標準，制造商們能按照標準生產(chǎn)品，系統集成商門(mén)能按照標準將不同產(chǎn)品組成系統。這就提出了現場(chǎng)總線(xiàn)標準的問(wèn)題。國際上著(zhù)名自動(dòng)化產(chǎn)品及現場(chǎng)設備生產(chǎn)廠(chǎng)家，意識到現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是未來(lái)發(fā)展方向，紛紛結成企業(yè)聯(lián)盟，推出自己的總線(xiàn)標準及產(chǎn)品，在市場(chǎng)上培養用戶(hù)、擴大影響，并積極支持國際標準組織制定現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準。能否使自己總線(xiàn)技術(shù)標準在未來(lái)國際標準中占有較大比例成份，關(guān)系到該公司相關(guān)產(chǎn)品前途、用戶(hù)的信任及企業(yè)的名譽(yù)。而歷史經(jīng)驗證明：國際標準都是采用一個(gè)或幾個(gè)市場(chǎng)上最成功的技術(shù)為基礎。因此，各大國際公司在制定現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準中的竟爭，體現了各公司在技術(shù)領(lǐng)先地位上的競爭，而其最終還是要歸結到市場(chǎng)實(shí)力的競爭。
據說(shuō)目前國際上現有各種總線(xiàn)及總線(xiàn)標準不下二百多種。具有一定影響和已占有一定市場(chǎng)份額的總線(xiàn)有如下幾種：
　　1.3.1Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)
　　1996年3月15日批準為歐洲標準，即DIN50170V.2。Profibus產(chǎn)品在世界市場(chǎng)上已被普遍接受，市場(chǎng)份額占歐洲首位，年增長(cháng)率25%。目前支持PROFIBUS標準的產(chǎn)品超過(guò)1500多種，分別來(lái)自國際上250多個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家。在世界范圍內已安裝運行的PROFIBUS設備已超過(guò)200萬(wàn)臺，到1998年5月，適用于過(guò)程自動(dòng)化的PROFIBUS-PA儀表設備在19個(gè)國家的40個(gè)用戶(hù)廠(chǎng)家投入現場(chǎng)運行。1985年組建了PROFIBUS國際支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用戶(hù)組織（PNO）。目前在世界各地相繼組建了20個(gè)地區性的用戶(hù)組織，企業(yè)會(huì )員近650家。1997年7月組建了中國現場(chǎng)總線(xiàn)（PROFIBUS）專(zhuān)業(yè)委員會(huì )，并籌建現場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS產(chǎn)品演示及認證的實(shí)驗室。
Profibus主要應用領(lǐng)域有：
。制造業(yè)自動(dòng)化：汽車(chē)制造（機器人、裝配線(xiàn)、沖壓線(xiàn)等）、造紙、紡織。
。過(guò)程控制自動(dòng)化：石化、制藥、水泥、食品、啤酒。
。電力：發(fā)電、輸配電。
。樓宇：空調、風(fēng)機、照明。
。鐵路交通：信號系統
　　1.3.2FF現場(chǎng)總線(xiàn)
　　1994年由ISP基金會(huì )和WorldFIP(北美)兩大集團合并成立FF基金會(huì )，其宗旨在于開(kāi)發(fā)出符合IEC和ISO標準的、唯一的國際現場(chǎng)總線(xiàn)（FundationFieldbus）。低速總線(xiàn)（H1）協(xié)議已于1996年發(fā)表。已完成開(kāi)發(fā)的高速總線(xiàn)（H2）擬于1998年內表。1997年5月建立了中國現場(chǎng)總線(xiàn)（FF）專(zhuān)業(yè)委員會(huì )，并籌建FF現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品認證中心。目前，FF現場(chǎng)總線(xiàn)的應用領(lǐng)域以過(guò)程自動(dòng)化為主。如：化工、電力廠(chǎng)實(shí)驗系統、廢水處理、油田等行業(yè)。
　　1.3.3LONWORKS總線(xiàn)
　　LONWORKS現場(chǎng)總線(xiàn)全稱(chēng)為L(cháng)ONWORKSNetWorks,即分布式智能控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，希望推出能夠適合各種現場(chǎng)總線(xiàn)應用場(chǎng)合的測控網(wǎng)絡(luò )。目前LONGWORKS應用范圍廣泛，主要包括工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、數據采集、SCADA系統等。國內主要應用于樓宇自動(dòng)化方面。
　　1.3.4CANBUS現場(chǎng)總線(xiàn)
　　CANBUS現場(chǎng)總線(xiàn)已由ISO/TC22技術(shù)委員會(huì )批準為國際標準IOS11898（通訊速率小于1Mbps）和ISO11519（通訊速率小于125Kbps）。CANBUS主要產(chǎn)品應用于汽車(chē)制造、公共交通車(chē)輛、機器人、液壓系統、分散型I/O。另外在電梯、醫療器械、工具機床、樓宇自動(dòng)化等場(chǎng)合均有所應用。
　　1.3.5WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)
　　90~91年FIP現場(chǎng)總線(xiàn)成為法國國家安全標準。96年成為歐洲標準（EN50170V.3）。下一步目標是靠近IEC標準，現在技術(shù)上已做好充分準備。WorldFIP國際組織在北京設有辦事處，即WorldFIP中國信息中心，負責中國的技術(shù)支持。WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)采用單一總線(xiàn)結構來(lái)適應不同應用領(lǐng)域的需求，不同應用領(lǐng)域采用不同的總線(xiàn)速率。過(guò)程控制采用31.25Kbit/s,制造業(yè)為1Mbit/s,驅動(dòng)控制為1-2.5Mbit/s。采用總線(xiàn)仲裁器和優(yōu)先級來(lái)管理總線(xiàn)上（包括各支線(xiàn)）的各控制站的通信?？蛇M(jìn)行1對1、1對多點(diǎn)（組）、1對全體等多重通信方式。在應用系統中，可采用雙總線(xiàn)結構，其中一條總線(xiàn)為備用線(xiàn)，增加了系統運行的安全性。
WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)適用范圍廣泛，在過(guò)程自動(dòng)化、制造業(yè)自動(dòng)化、電力及樓宇自動(dòng)化方面都有很好的應用。
　　1.3.6P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)
　　P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)籌建于己于1983年。1984年推出采用多重主站現場(chǎng)總線(xiàn)的第一批產(chǎn)品。1986年通信協(xié)議中加入了多重網(wǎng)絡(luò )結構和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口產(chǎn)品。1987年P(guān)-NET標準成為開(kāi)放式的完整標準，成為丹麥的國家標準。1996年成為歐洲總線(xiàn)標準的一部分（EN50170V.1）。1997年組建國際P-NET用戶(hù)組織，現有企業(yè)會(huì )員近百家，總部設在丹麥的Siekeborg，并在德國、英國、葡萄牙和加拿大等地設有地區性組織分部。P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)在歐洲及北美地區得到廣泛應用，其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè)等應用領(lǐng)域。
　　1.4如何面對眾多的現場(chǎng)總線(xiàn)標準
　　面對國際上各種流派的現場(chǎng)總線(xiàn)及標準，為深入研究國外先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，推動(dòng)我國現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)，形成符合我國國情的和現實(shí)的標準體系，保護我國生產(chǎn)企業(yè)和用戶(hù)的投資效益，我國儀表標準化行業(yè)的主管單位-儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所遵循標準化工作程序，于己于1998年7月22日至多3日在北京中國科技會(huì )堂舉辦了“現場(chǎng)總線(xiàn)的標準化與中國自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展”研討會(huì )。會(huì )議邀請了Profibus、FF、WorldFIP、P-NET國際組織專(zhuān)家代表，介紹了國際流行現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及標準化情況。研討會(huì )上中外專(zhuān)家就現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準化的發(fā)展展開(kāi)了熱列討論，并提出以下見(jiàn)解與意見(jiàn)：
(1)期望IEC能盡早按預期目標完成統一標準的制定。
(2)按目前進(jìn)度估計，近年內IEC很難完成預期目標。
(3)目前IEC提出的建議方案只限于過(guò)程自動(dòng)化，難于滿(mǎn)足其它應用領(lǐng)域要求，不可能成為唯一標準，很可能形成多種標準體系共存。
(4)在統一標準框架下做多種通信協(xié)議接口，可能是統一標準的一種適宜的解決方案。
對我國發(fā)展現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)政策，專(zhuān)家和代表們認為，結合我國國情，一方面應積極跟蹤IEC國際標準化的發(fā)展，開(kāi)展我國的技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。另一方面在統一的IEC標準未形成之前，積極開(kāi)展對其它先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)研究，特別是對已有成熟應用經(jīng)驗、應用領(lǐng)域覆蓋面大的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的跟蹤研究。
　　1.5對面臨選擇的用戶(hù)談個(gè)人看法并提出建議
　　從用戶(hù)角度出發(fā)，如何面對眾多現場(chǎng)總線(xiàn)標準作出選擇，筆者在此發(fā)表個(gè)人看法，并提出一點(diǎn)建議以供用戶(hù)參考。
（1）標準？從標準發(fā)展的歷史看，誰(shuí)的技術(shù)將成為國際標準，或在國際標準中占有較大成份，主要取決于它在實(shí)際應用中取得多大的成果，取決于該項技術(shù)及產(chǎn)品在國際市場(chǎng)上的占有份額。也就是說(shuō)，誰(shuí)能占有市場(chǎng)誰(shuí)將得天下。另一方面，國際標準化組織根據科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展現狀及廠(chǎng)商用戶(hù)對標準制定的要求，對標準的制定及批準手續作出相應的改變，即簡(jiǎn)化了標準的制定程序和手續，并承認存在所謂事實(shí)上的標準，即那些在市場(chǎng)中已占有較大份額、具有很大的用戶(hù)成功應用經(jīng)驗的技術(shù)標準，如我們熟知的TCP/IP通信協(xié)議標準。
（2）選擇總線(xiàn)？在目前國際上現場(chǎng)總線(xiàn)群雄并起局面下，用戶(hù)應從實(shí)際應用工程特點(diǎn)出發(fā)去選擇。因為沒(méi)有一種可包羅萬(wàn)象、適合所有應用領(lǐng)域的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。應著(zhù)重考察這種總線(xiàn)在本行業(yè)中的應用業(yè)績(jì)。如制造業(yè)自動(dòng)化、電力自動(dòng)化及過(guò)程控制自動(dòng)化三個(gè)領(lǐng)域，在數據實(shí)時(shí)響應要求方面就大不一樣。
（3）選擇產(chǎn)品？用戶(hù)應盡量選擇國際知名度大、擁有用戶(hù)多、產(chǎn)品應用基礎好的公司產(chǎn)品，因為這些公司的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)被國際標準采納的可能性大。即使沒(méi)有被國際標準采納，大公司為考慮信譽(yù)，會(huì )提出原有技術(shù)與國際標準的接口，而不會(huì )置公司信譽(yù)于不顧，丟掉老客戶(hù)不管。
（4）積極跟蹤、勇于進(jìn)??！如果因為國際IEC還沒(méi)有統一現場(chǎng)總線(xiàn)標準，就不敢使用這項先進(jìn)技術(shù)是大可不必的。這將會(huì )使企業(yè)喪失一次盡早提高企業(yè)自動(dòng)化水平的機會(huì )，或喪失一次提高本企業(yè)產(chǎn)品水平的機會(huì )，從而導致企業(yè)在未來(lái)同行競爭中處于劣勢。國際IEC要統一現場(chǎng)總線(xiàn)標準不是一朝一夕的事，坐等時(shí)機流逝為下策，只有積極跟蹤、勇敢進(jìn)取方為企業(yè)發(fā)展上策。

圖2-1：Profibus協(xié)議結構

(1)Profibus-DP：定義了第一、二層和用戶(hù)接口。第三到七層未加描述。用戶(hù)接口規定了用戶(hù)及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說(shuō)明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。
(2)Profibus-FMS：定義了第一、二、七層，應用層包括現場(chǎng)總線(xiàn)信息規范（FieldbusMessageSpecification-FMS）和低層接口（LowerLayerInterface—LLI）。FMS包括了應用協(xié)議并向用戶(hù)提供了可廣泛選用的強有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調不同的通信關(guān)系并提供不依賴(lài)設備的第二層訪(fǎng)問(wèn)接口。
(3)Profibus-PA：PA的數據傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現場(chǎng)設備行為的PA行規。根據IEC1158-2標準，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過(guò)總線(xiàn)給現場(chǎng)設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網(wǎng)絡(luò )。
2.2.2Profibus傳輸技術(shù)
Profibus提供了三種數據傳輸類(lèi)型：
·用于DP和FMS的RS485傳輸。
·用于PA的IEC1158-2傳輸。
·光纖
2.2.2.1用于DP/FMS的RS485傳輸技術(shù)
由于DP與FMS系統使用了同樣的傳輸技術(shù)和統一的總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議，因而，這兩套系統可在同一根電纜上同時(shí)操作。
RS-485傳輸是Profibus最常用的一種傳輸技術(shù)。這種技術(shù)通常稱(chēng)之為H2。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線(xiàn)。
RS-485傳輸技術(shù)基本特征：
·網(wǎng)絡(luò )拓撲：線(xiàn)性總線(xiàn)，兩端有有源的總線(xiàn)終端電阻。
·傳輸速率：9.6Kbit/s~12Mbit/s
·介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）。
·站點(diǎn)數：每分段32個(gè)站（不帶中繼），可多到127個(gè)站（帶中繼）。
·插頭連接：最好使用9針D型插頭。
2.2.2.2RS-485傳輸設備安裝要點(diǎn)
(1)全部設備均與總線(xiàn)連接。
(2)每個(gè)分段上最多可接32個(gè)站（主站或從站）。
(3)每段的頭和尾各有一個(gè)總線(xiàn)終端電阻，確保操作運行不發(fā)生誤差。兩個(gè)總線(xiàn)終端電阻必須永遠有電源。見(jiàn)圖2-2所示。
(4)當分段站超過(guò)32個(gè)時(shí)，必須使用中繼器用以連接各總線(xiàn)段。串聯(lián)的中繼器一般不超過(guò)3個(gè)。見(jiàn)圖2-3所示：

圖2-2：PROFIBUD-DP和Profibus-FMS的電纜接線(xiàn)和總線(xiàn)終端電阻

圖2-2:每個(gè)分段上最多可接32個(gè)站（主站或從站）

(5)電纜最大長(cháng)度取決于傳輸速率。如使用A型電纜，則傳輸速率與長(cháng)度如下表2-1：
表2-1

(6)A型電纜參數：
阻抗：135-165W電容：〈30pf/m回路電阻：110W
線(xiàn)規：0.64mm導線(xiàn)面積：>0.34mmW
(7)RS-485的傳輸技術(shù)的Profibus網(wǎng)絡(luò )最好使用9針D型插頭，插頭針腳定義和接線(xiàn)見(jiàn)圖2-2所示。
(8)當連接各站時(shí)，應確保數據線(xiàn)不要擰絞，系統在高電磁發(fā)射環(huán)境（如汽車(chē)制造業(yè)）下運行應使用帶屛蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（EMC）。
(9)如用屏蔽編織線(xiàn)和屏蔽箔，應在兩端與保護接地連接，并通過(guò)盡可能的大面積屏蔽接線(xiàn)來(lái)復蓋，以保持良好的傳導性。另外建議數據線(xiàn)必須與高壓線(xiàn)隔離。
(10)超過(guò)500Kbit/s的數據傳輸速率時(shí)應避免使用短截線(xiàn)段，應使用市場(chǎng)上現有的插頭可使數據輸入和輸出電纜直接與插頭連接，而且總線(xiàn)插頭可在任何時(shí)候接通或斷開(kāi)而并不中斷其它站的數據通信。
2.2.2.3用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)
(1)數據IEC1158-2的傳輸技術(shù)用于Profibus-PA，能滿(mǎn)足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本征安全性，并通過(guò)總線(xiàn)對現場(chǎng)設備供電。
(2)IEC1158-2是一種位同步協(xié)議，通常稱(chēng)為H1。
(3)IEC1158-2技術(shù)用于Profibus-PA，其傳輸以下列原理為依據：
·每段只有一個(gè)電源作為供電裝置。
·當站收發(fā)信息時(shí)，不向總線(xiàn)供電。
·每站現場(chǎng)設備所消耗的為常量穩態(tài)基本電流。
·現場(chǎng)設備其作用如同無(wú)源的電流吸收裝置。
·主總線(xiàn)兩端起無(wú)源終端線(xiàn)作用。
·允許使用線(xiàn)性、樹(shù)型和星型網(wǎng)絡(luò )。
·為提高可靠性，設計時(shí)可采用冗余的總線(xiàn)段。
·為了調制的目的，假設每個(gè)總線(xiàn)站至少需用10mA基本電流才能使設備啟動(dòng)。通信信號的發(fā)生是通過(guò)發(fā)送設備的調制，從±9mA到基本電流之間。
(4)IEC1158-2傳輸技術(shù)特性:
·數據傳輸：數字式、位同步、曼徹斯特編碼。
·傳輸速率：31.25Kbit/s，電壓式。
·數據可靠性：前同步信號，采用起始和終止限定符避免誤差。
·電纜：雙絞線(xiàn)，屏蔽式或非屏蔽式。
·遠程電源供電：可選附件，通過(guò)數據線(xiàn)。
·防爆型：能進(jìn)行本征及非本征安全操作。
·拓撲：線(xiàn)型或樹(shù)型，或兩者相結合。
·站數：每段最多32個(gè)，總數最多為126個(gè)。
·中繼器：最多可擴展至4臺。
2.2.2.4IEC1158傳輸設備安裝要點(diǎn)
(1)分段藕合器將IEC1158-2傳輸技術(shù)總線(xiàn)段與RS-485傳輸技術(shù)總線(xiàn)段連接。藕合器使RS-485信號與IEC1158-2信號相適配。它們?yōu)楝F場(chǎng)設備的遠程電源供電，供電裝置可限制IEC1158-2總線(xiàn)的電流和電壓。
(2)Profibus-PA的網(wǎng)絡(luò )拓撲有樹(shù)型和線(xiàn)型結構，或是兩種拓撲的混合，見(jiàn)圖2-3

圖2-3

(3)現場(chǎng)配電箱仍繼續用來(lái)連接現場(chǎng)設備并放置總線(xiàn)終端電阻器。采用樹(shù)型結構時(shí)連在現場(chǎng)總線(xiàn)分段的全部現場(chǎng)設備都并聯(lián)地接在現場(chǎng)配電箱上。
(4)建議使用下列參考電纜，也可使用更粗截面導體的其它電纜。
·電纜設計：雙絞線(xiàn)屏蔽電纜
·導線(xiàn)面積（額定值）：0.8mm2(AWG18)
·回路電阻（直流）：44W/Km
·阻抗（31.25千赫時(shí)）：100W±20%
·39千赫時(shí)衰減：3dB/Km
·電容不平衡度：2nF/Km
(5)主總線(xiàn)電纜的兩端各有一個(gè)無(wú)源終端器，內有串聯(lián)的RC元件，R=100W，C=1mF。當總線(xiàn)站極性反向連接時(shí)，它對總線(xiàn)的功能不會(huì )有任何影響。
(6)連接到一個(gè)段上的站數目最多是32個(gè)。如果使用本征安全型及總線(xiàn)供電，站的數量將進(jìn)一步受到限制。即使不需要本征安全性，遠程供電裝置電源也要受到限制。
(7)線(xiàn)路最長(cháng)長(cháng)度的確定，根據經(jīng)驗先計算一下電流的需要，從表2-2中選用一種供電電源單元，再根據表2-3中線(xiàn)的長(cháng)度選定哪種電纜。
表2-2標準供電裝置（操作值）

表2-3IEC1158-2傳輸設備的線(xiàn)路長(cháng)度

(8)外接電源：如果外接電源設備，根據EN50020標準帶有適當的隔離裝置，將總線(xiàn)供電設備與外接電源設備連在本征安全總線(xiàn)上是允許的。
2.2.2.5光纖傳輸技術(shù)
(1)Profibus系統在電磁干擾很大的環(huán)境下應用時(shí)，可使用光纖導體，以增加高速傳輸的距離。
(2)可使用兩種光纖導體，一是價(jià)格低廉的塑料纖維導體，供距離小于50米情況下使用。另一種是玻璃纖維導體，供距離大于1公里情況下使用。
(3)許多廠(chǎng)商提供專(zhuān)用總線(xiàn)插頭可將RS-485信號轉換成光纖導體信號或將光纖導體信號轉換成RS-485信號。
2.2.3Profibus總線(xiàn)存取協(xié)議
(1)三種Profibus（DP、FMS、PA）均使用一致的總線(xiàn)存取協(xié)議。該協(xié)議是通過(guò)OSI參考模型第二層（數據鏈路層）來(lái)實(shí)現的。它包括了保證數據可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報文處理。
(2)在Profibus中，第二層稱(chēng)之為現場(chǎng)總線(xiàn)數據鏈路層（FieldbusDataLink—FDL）。介質(zhì)存取控制（MediumAccessControl—MAC）具體控制數據傳輸的程序，MAC必須確保在任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數據。
(3)Profibus協(xié)議的設計要滿(mǎn)足介質(zhì)存取控制的兩個(gè)基本要求：
·在復雜的自動(dòng)化系統（主站）間的通信，必須保證在確切限定的時(shí)間間隔中，任何一個(gè)站點(diǎn)要有足夠的時(shí)間來(lái)完成通信任務(wù)。
·在復雜的程序控制器和簡(jiǎn)單的I/O設備（從站）間通信，應盡可能快速又簡(jiǎn)單地完成數據的實(shí)時(shí)傳輸。
因此，Profibus總線(xiàn)存取協(xié)議，主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。
(4)令牌傳遞程序保證每個(gè)主站在一個(gè)確切規定的時(shí)間內得到總線(xiàn)存取權（令牌）。在Profibus中，令牌傳遞僅在各主站之間進(jìn)行。
(5)主站得到總線(xiàn)存取令牌時(shí)可與從站通信。每個(gè)主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。因此，可能有以下三種系統配置：
·純主—從系統
·純主—主系統
·混合系統
(6)圖2-4是一個(gè)由3個(gè)主站、7個(gè)從站構成的Profibus系統。3個(gè)主站之間構成令牌邏輯環(huán)。當某主站得到令牌報文后，該主站可在一定時(shí)間內執行主站工作。在這段時(shí)間內，它可依照主—從通訊關(guān)系表與所有從站通信，也可依照主—主通訊關(guān)系表與所有主站通信。

圖2-4：3個(gè)主站、7個(gè)從站構成的Profibus系統

(7)在總線(xiàn)系統初建時(shí)，主站介質(zhì)存取控制MAC的任務(wù)是制定總線(xiàn)上的站點(diǎn)分配并建立邏輯環(huán)。在總線(xiàn)運行期間，斷電或損壞的主站必須從環(huán)中排除，新上電的主站必須加入邏輯環(huán)。
(8)第二層的另一重要工作任務(wù)是保證數據的可靠性。Profibus第二層的數據結構格式可保證數據的高度完整性。
(9)Profibus第二層按照非連接的模式操作，除提供點(diǎn)對點(diǎn)邏輯數據傳輸外，還提供多點(diǎn)通信，其中包括廣播及有選擇廣播功能。
2.3Profibus-DP
Profibus-DP用于現場(chǎng)層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€(xiàn)循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性用戶(hù)數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現場(chǎng)設備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理。
2.3.1Profibus-DP的基本功能
(1)傳輸技術(shù)：RS-485雙絞線(xiàn)、雙線(xiàn)電纜或光纜。波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s。
(2)總線(xiàn)存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主—從傳送。支持單主或多主系統?？偩€(xiàn)上最多站點(diǎn)（主—從設備）數為126。
(3)通信：點(diǎn)對點(diǎn)（用戶(hù)數據傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主—從用戶(hù)數據傳送和非循環(huán)主—主數據傳送。
(4)運行模式：運行、清除、停止。
(5)同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。
(6)功能：DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶(hù)數據傳送。各DP從站的動(dòng)態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強大的診斷功能，三級診斷信息。輸入或輸出的同步。通過(guò)總線(xiàn)給DP從站賦予地址。通過(guò)總線(xiàn)對DP主站（DPM1）進(jìn)行配置。每DP從站的輸入和輸出數據最大為246字節。
(7)可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行。DP從站帶看門(mén)狗定時(shí)器（WatchdogTimer）。對DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護。DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶(hù)數據傳送監視。
(8)設備類(lèi)型：第二類(lèi)DP主站（DPM2）是可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設備。第一類(lèi)DP主站（DPM1）是中央可編程序控制器，如PLC、PC等。DP從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅動(dòng)器、閥門(mén)等。
2.3.1.1Profibus-DP基本特征
(1)速率：在一個(gè)有著(zhù)32個(gè)站點(diǎn)的分布系統中，Profibus-DP對所有站點(diǎn)傳送512bit/s輸入和512bit/s輸出，在12Mbit/s時(shí)只需1毫秒。
(2)診斷功能：經(jīng)過(guò)擴展的Profibus-DP診斷能能對故障進(jìn)行快速定位。診斷信息在總線(xiàn)上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級：
·本站診斷操作：本站設備的一般操作狀態(tài)，如溫度過(guò)高、壓力過(guò)低。
·模塊診斷操作：一個(gè)站點(diǎn)的某具體I/O模塊故障。
·通道診斷操作：一個(gè)單獨輸入/輸出位的故障。
2.3.1.2Profibus-DP系統配置和設備類(lèi)型
Profibus-DP允許構成單主站或多主站系統。在同一總線(xiàn)上最多可連接126個(gè)站點(diǎn)。系統配置的描述包括：站數、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數據格式、診斷信息格式及所使用的總線(xiàn)參數。每個(gè)PROFIBUS-DP系統可包括以下三種不同類(lèi)型設備：
(1)一級DP主站（DPM1）：一級DP主站是中央控制器，它在預定的信息周期內與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。
(2)二級DP主站（DPM2）：二級DP主站是編程器、組態(tài)設備或操作面板，在DP系統組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統操作和監視目的。
(3)DP從站：DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備（I/O設備、驅動(dòng)器、HMI、閥門(mén)等）。
(4)單主站系統：在總線(xiàn)系統的運行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站。如圖2-5所示：

圖2-5：?jiǎn)沃髡鞠到y

(2)多主站系統：總線(xiàn)上連有多個(gè)主站。這些主站與各自從站構成相互獨立的子系統。每個(gè)子系統包括一個(gè)DPM1、指定的若干從站及可能的DPM2設備。任何一個(gè)主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象，但只有一個(gè)DP主站允許對DP從站寫(xiě)入數據。如圖2-6所示：

圖2-6：多主站系統

圖2-6：Profibus-DP用戶(hù)數據傳輸

2.3.1.4DPM1和DP從站間的循環(huán)數據傳輸
DPM1和相關(guān)DP從站之間的用戶(hù)數據傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動(dòng)進(jìn)行。在對總線(xiàn)系統進(jìn)行組態(tài)時(shí)，用戶(hù)對DP從站與DPM1的關(guān)系作出規定，確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期，哪些被排斥在外。
DPM1和DP從站間的數據傳送分三個(gè)階段：參數設定、組態(tài)、數據交換。在參數設定階段，每個(gè)從站將自己的實(shí)際組態(tài)數據與從DPM1接受到的組態(tài)數據進(jìn)行比較。只有當實(shí)際數據與所需的組態(tài)數據相匹配時(shí)，DP從站才進(jìn)入用戶(hù)數據傳輸階段。因此，設備類(lèi)型、數據格式、長(cháng)度以及輸入輸出數量必須與實(shí)際組態(tài)一致。
2.3.1.5DPM1和系統組態(tài)設備間的循環(huán)數據傳輸
除主—從功能外，Profibus-DP允許主—主之間的數據通信，這些功能使組態(tài)和診斷設備通過(guò)總線(xiàn)對系統進(jìn)行組態(tài)。
2.3.1.6同步和鎖定模式
除DPM1設備自動(dòng)執行的用戶(hù)數據循環(huán)傳輸外，DP主站設備也可向單獨的DP從站、一組從站或全體從站同時(shí)發(fā)送控制命令。這些命令通過(guò)有選擇的廣播命令發(fā)送的。使用這一功能將打開(kāi)DP從站的同步及鎖定模式，用于DP從站的事件控制同步。
主站發(fā)送同步命令后，所選的從站進(jìn)入同步模式。在這種模式中，所編址的從站輸出數據鎖定在當前狀態(tài)下。在這之后的用戶(hù)數據傳輸周期中，從站存儲接收到輸出的數據，但它的輸出狀態(tài)保持不變；當接收到下一同步命令時(shí)，所存儲的輸出數據才發(fā)送到外圍設備上。用戶(hù)可通過(guò)非同步命令退出同步模式。
鎖定控制命令使得編址的從站進(jìn)入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數據鎖定在當前狀態(tài)下，直到主站發(fā)送下一個(gè)鎖定命令時(shí)才可以更新。用戶(hù)可以通過(guò)非鎖定命令退出鎖定模式。
2.3.1.7保護機制
對DP主站DPM1使用數據控制定時(shí)器對從站的數據傳輸進(jìn)行監視。每個(gè)從站都采用獨立的控制定時(shí)器。在規定的監視間隔時(shí)間中，如數據傳輸發(fā)生差錯，定時(shí)器就會(huì )超時(shí)。一旦發(fā)生超時(shí)，用戶(hù)就會(huì )得到這個(gè)信息。如果錯誤自動(dòng)反應功能“使能”，DPM1將脫離操作狀態(tài)，并將所有關(guān)聯(lián)從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，并進(jìn)入清除狀態(tài)。
對DP從站使用看門(mén)狗控制器檢測主站和傳輸線(xiàn)路故障。如果在一定的時(shí)間間隔內發(fā)現沒(méi)有主機的數據通信，從站自動(dòng)將輸出進(jìn)入故障安全狀態(tài)。
2.3.2擴展DP功能
DP擴展功能是對DP基本功能的補充，與DP基本功能兼容。
2.3.2.1DPM1與DP從站間的擴展數據通信
(1)DPM1與DP從站間非循環(huán)的數據傳輸。
(2)帶DDLM讀和DDLM寫(xiě)的非循環(huán)讀/寫(xiě)功能，可讀寫(xiě)從站任何希望數據。
(3)報警響應，DP基本功能允許DP從站用診斷信息向主站自發(fā)地傳輸事件，而新增的DDLM-ALAM-ACK功能被用來(lái)直接響應從DP從站上接收的報警數據。
(3)DPM2與從站間的非循環(huán)的數據傳輸。
2.3.3電子設備數據文件（GSD）
為了將不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的Profibus產(chǎn)品集成在一起，生產(chǎn)廠(chǎng)家必須以GSD文件（電子設備數據庫文件）方式提供這些產(chǎn)品的功能參數（如I/O點(diǎn)數、診斷信息、波特率、時(shí)間監視等）。標準的GSD數據將通信擴大到操作員控制級。使用根據GSD文件所作的組態(tài)工具可將不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的設備集成在同一總線(xiàn)系統中。如圖2-7所示。

圖2-7：基于GSD文件開(kāi)放式組態(tài)

GSD文件可分為三個(gè)部分：
(1)總規范：包括了生產(chǎn)廠(chǎng)商和設備名稱(chēng)、硬件和軟件版本、波特率、監視時(shí)間間隔、總線(xiàn)插頭指定信號。
(2)與DP有關(guān)的規范：包括適用于主站的各項參數，如允許從站個(gè)數、上裝/下裝能力。
(3)與DP從站有關(guān)的規范：包括了與從站有關(guān)的一切規范，如輸入/輸出通道數、類(lèi)型、診斷數據等。
2.3.4Profibus—DP行規
Profibus—DP協(xié)議明確規定了用戶(hù)數據怎樣在總線(xiàn)各站之間傳遞，但用戶(hù)數據的含義是在PROFIBUS行規中具體說(shuō)明的。另外，行規還具體規定了PROFIBUS—DP如何用于應用領(lǐng)域。使用行規可使不同廠(chǎng)商所生產(chǎn)的不同設備互換使用，而工廠(chǎng)操作人員毋須關(guān)心兩者之間的差異，因為與應用有關(guān)的參數含義在行規中均作了精確的規定說(shuō)明。下面是PROFIBUS-DP行規，括弧中數字是文件編號：
·NC/RC行規（3.052）
·編碼器行規（3.062）
·變速傳動(dòng)行規（3.071）
·操作員控制和過(guò)程監視行規（HMI）
2.4Profibus-PA
Profibus—PA適用于PROFIBUS的過(guò)程自動(dòng)化。PA將自動(dòng)化系統和過(guò)程控制系統與壓力、溫度和液位變送器等現場(chǎng)設備連接起來(lái)，PA可用來(lái)替代4—20mA的模擬技術(shù)。PROFIBUS—PA具有如下特性：
(1)適合過(guò)程自動(dòng)化應用的行規使不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的現場(chǎng)設備具有互換性。
(2)增加和去除總線(xiàn)站點(diǎn)，即使在本征安全地區也不會(huì )影響到其它站。
(3)在過(guò)程自動(dòng)化的Profibus—PA段與制造業(yè)自動(dòng)化的PROFIBUS—DP總線(xiàn)段之間通過(guò)藕合器連接，并使可實(shí)現兩段間的透明通信。
(4)使用與IEC1158—2技術(shù)相同的雙絞線(xiàn)完成遠程供電和數據傳送。
(5)在潛在的爆炸危險區可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。
2.4.1Profibus—PA傳輸協(xié)議
Profibus—PA采用PROFIBUS—DP的基本功能來(lái)傳送測量值和狀態(tài)。并用擴展的PROFIBUS—DP功能來(lái)制訂現場(chǎng)設備的參數和進(jìn)行設備操作。PROFIBUS—PA第一層采用IEC1158—2技術(shù)，第二層和第一層之間的接口在DIN19245系列標準的第四部分作出了規定。
2.4.2Profibus—PA設備行規
Profibus—PA行規保證了不同廠(chǎng)商所生產(chǎn)的現場(chǎng)設備的互換性和互操作性，它是PROFIBUS—PA的一個(gè)組成部分。PA行規的任務(wù)是選用各種類(lèi)型現場(chǎng)設備真正需要通信的功能，并提供這些設備功能和設備行為的一切必要規格。
目前，PA行規已對所有通用的測量變送器和其它選擇的一些設備類(lèi)型作了具體規定，這些設備如：
·測壓力、液位、溫度和流量的變送器
·數字量輸入和輸出
·模擬量輸入和輸出
·閥門(mén)
·定位器
2.5Profibus-FMS
Profibus—FMS的設計旨在解決車(chē)間監控級通信。在這一層，可編程序控制器（如PLC、PC機等）之間需要比現場(chǎng)層更大量的數據傳送，但通信的實(shí)時(shí)性要求低于現場(chǎng)層。
2.5.1Profibus-FMS應用層
應用層提供了供用戶(hù)使用的通信服務(wù)。這些服務(wù)包括訪(fǎng)問(wèn)變量、程序傳遞、事件控制等。Profibus—FMS應用層包括下列兩部分：
·現場(chǎng)總線(xiàn)信息規范（FieldbusMessageSpecification-FMS）：描述了通信對象和應用服務(wù)。
·低層接口(LowerLayerInterface-LLI)：FMS服務(wù)到第二層的接口。
2.5.2Profibus-FMS通信模型
Profibus—FMS利用通信關(guān)系將分散的應用過(guò)程統一到一個(gè)共用的過(guò)程中。在應用過(guò)程中，可用來(lái)通信的那部分現場(chǎng)設備稱(chēng)虛擬設備VFD（VirtualfieldDevice）。在實(shí)際現場(chǎng)設備與VFD之間設立一個(gè)通信關(guān)系表。通信關(guān)系表是VFD通信變量的集合，如零件數、故障率、停機時(shí)間等。VFD通過(guò)通信關(guān)系表完成對實(shí)際現場(chǎng)設備的通信。
2.5.3通信對象與通信字典（OD）
(1)FMS面向對象通信，它確認5種靜態(tài)通信對象：簡(jiǎn)單變量、數組、記錄、域和事件，還確認2種動(dòng)態(tài)通信對象：程序調用和變量表。
(2)每個(gè)FMS設備的所有通信對象都填入對象字典（OD）。對簡(jiǎn)單設備，OD可以予定義，對復雜設備，OD可以本地或遠程通過(guò)組態(tài)加到設備中去。靜態(tài)通信對象進(jìn)入靜態(tài)對象字典，動(dòng)態(tài)通信對象進(jìn)入動(dòng)態(tài)通信字典。每個(gè)對象均有一個(gè)唯一的索引，為避免非授權存取，每個(gè)通信對象可選用存取保護。
2.5.4Profibus-FMS服務(wù)
FMS服務(wù)項目是ISO9506制造信息規范MMS（ManufacturingMessageSpecification）服務(wù)項目的子集。這些服務(wù)項目在現場(chǎng)總線(xiàn)應用中已被優(yōu)化，而且還加上了通信對象的管理和網(wǎng)絡(luò )管理。
Profibus—FMS提供大量的管理和服務(wù)，滿(mǎn)足了不同設備對通信提出的廣泛需求，服務(wù)項目的選用取決于特定的應用，具體的應用領(lǐng)域在FMS行規中規定。
2.5.5低層接口（LLI）
第七層到第二層服務(wù)的映射由LLI來(lái)解決，其主要任務(wù)包括數據流控制和聯(lián)接監視。用戶(hù)通過(guò)稱(chēng)之為通信關(guān)系的邏輯通道與其他應用過(guò)程進(jìn)行通信。FMS設備的全部通信關(guān)系都列入通信關(guān)系表CRL(CommunicationRelationshipList)。每個(gè)通信關(guān)系通過(guò)通信索引（CREF）來(lái)查找，CRL中包含了CREF和第二層及LLI地址間的關(guān)系。
2.5.6網(wǎng)絡(luò )管理
FMS還提供網(wǎng)絡(luò )管理功能，有由現場(chǎng)總線(xiàn)管理層第七層來(lái)實(shí)現。其主要功能有：上、下關(guān)系管理、配置管理、故障管理等。
2.5.7Profibus-FMS行規
FMS提供了范圍廣泛的功能來(lái)保證它的普遍應用。在不同的應用領(lǐng)域中，具體需要的功能范圍必須與具體應用要求相適應。設備的功能必須結合應用來(lái)定義。這些適應性定義稱(chēng)之為行規。行規提供了設備的可互換性，保證不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的設備具有相同的通信功能。FMS對行規做了如下規定（括號中的數字是文件編號）：
·控制間的通信（3.002）
·摟宇自動(dòng)化（3.011）
·低壓開(kāi)關(guān)設備（3.032）
2.6Profibus特點(diǎn)綜述
與其它現場(chǎng)總線(xiàn)系統相比，Profibus的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩定的國際標準EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應用驗證具有普遍性。目前已應用的領(lǐng)域包括加工制造、過(guò)程控制和樓宇自動(dòng)化等。PROFIBUS開(kāi)放性和不依賴(lài)于廠(chǎng)商的通信的設想，已在10多萬(wàn)成功應用中得以實(shí)現。市場(chǎng)調查確認，在德國和歐洲市場(chǎng)中PROFIBUS占開(kāi)放性工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)系統的市場(chǎng)份額超過(guò)40%。PROFIBUS有國際著(zhù)名自動(dòng)化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠(chǎng)商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。