PROFIBUS的主站与从站
1 类主站：是中央控制器，有能力控制若干从站、 可完成总线通信控制与管理的设备。 PLC、PC 机等 可作为1类主站。 2 类主站：是编程装臵、诊断和管理设备，有能力 管理1类主站的组态数据和诊断数据的设备；具有 1 类主站所具有的通信能力，可完成站点的数据读写 、系统组态、监视、故障诊断等。例如编程器、操 作员工作站、操作员接口等都是2类主站。 从站：通信上从属于1类主站管理，提供I/O数据的 现场设备。例如驱动器、传感器、执行机构等带有 PROFIBUS接口的I/O现场设备都可以作为从站。
• PROFIBUS-PA具有本质安全特性，它实现了与FF总
线相同的IEC1158-2规定的通信规程。 PROFIBUS-
PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案，PA将自动
化系统和过程控制系统与现场设备，如压力、温
度和液位变送器等连接起来，代替了4-20mA模拟
信号传输技术。因此，PA尤其适用于石油、化工
、冶金等行业的过程自动化控制系统。PA与DP网
段之间必须用耦合器相联。
本质安全
• 本质安全源于按GB3836.1-2000标准生产，专 供煤矿井下使用的防爆电器设备的分类，防爆电 器分为隔爆型、增安型、本质安全型等种类，本 质安全型电器设备的特征是其全部电路均为本质 安全电路，即在正常工作或规定的故障状态下产 生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混 合物的电路。也就是说该类电器不是靠外壳防爆 和充填物防爆，而是其电路在正常使用或出现故 障时产生的电火花或热效应的能量小于0.28mJ, 即瓦斯浓度为8.5%（最易爆炸的浓度）最小点 燃能量。
PROFIBUS 电缆长度 （对 RS 485）
传输速度与A型电缆传输距离的关系
波特率（ kBit/s） 线长（m, A类电缆） 9.6 1200 19.2 1200 93.75 1200 187.5 1000 500 400 1500 200 12000 100
传输速度在9.6Kbps-12Mbps之间可选，挂接在 同一条网段上的所有设备均需选用同一传输速 度 长度可以用中继器来延长
DP三个版本
• V0：规定周期性数据交换所需要的基本通 信功能。 • V1：包括有依据过程自动化的需求而增加 的功能，特别被用于参数赋值、操作、智 能化现场设备可视化，报警等非周期行数 据通信。报警类型有：状态报警，刷新报 警和制造商专用报警。 • V2： 有根据驱动技术的需求增加的其他功 能，如同步从站模式、驱动器标准化配置
一个主站在得到令牌后，可以主动发起与从站的数据交换。 主-从方式允许主站访问主站所控制的从站设备，主站可以 发送信息给从站或从从站获取信息，其数据传递如图所示。
主从方式（响应时间问题）
主站－从 站
在DP主站上处理轮询表的示意图
4.2 PROFIBUS通信协议
PROFIBUS的协议类型及其特点 PROFIBUS的物理层及其网络连接
PROFIBUS的三个子集
PROFIBUS应用范围
PROFIBUS的通信参考模型
PROFIBUS的组成
PROFIBUS的主站与从站
PROFIBUS的总线访问控制的特点
PROFIBUS概述
• PROFlBUS (Process Fieldbus的缩写)是一种 国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的 现场总线标准。它广泛应用于制造业自动化 、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其 他自动化领域。
PROFIBUS的组成
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA PROFIBUS-FMS
PROFIBUS的组成
• PROFIBUS-DP:用于传感器和执行器级的高速数据 传输，它以DIN19245的第一部分为基础，根据其 所需要达到的目标对通信功能加以扩充，DP的传 输速率可达12Mbit/s，一般构成单主站系统，主 站、从站间采用循环数据传输方式工作。版本分 为V0，V1，V2。
过程自动化，采用IEC61158-2通信规程，传输速率为
31.25Kbps，适用于有总线供电、本质安全要求的应用场合 PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，现场 总线报文规范) 用于车间级的数据通信，可提供通信量大 的相关服务
PROFIBUS应用范围
令牌传递方式
主从通信（补充知识）
主站负责所有通信连接。
主站对从站依次逐一轮询（为保证每个从站都有机会 传送数据），形成严格的周期性报文传输。主站不停 地传送报文给从站，并等待相应的从站的应答报文。 从站如果收到一个正确无误的报文，且报文中的地址 与自己的地址相同，则需要应答，才能得到发送报文 的机会。 主站在规定的时间内收到应答报文，就表明主站与从 站之间已经建立好连接，可以进行数据传输了。
接收令牌后可用于完成通信任务的时间(TTH)
令牌实际循环时间TRR
连接在PROFIBUS网络的主站按它的总线地址的升序组成一个逻辑令牌环， 如图所示。控制令牌按顺序从一个主站传递到下一个主站。令牌提供访问总 线的权力，并通过特殊的令牌帧在主站间传递。具有HAS（最高站地址）的 主站将令牌传递给具有最低总线地址的主站，以使逻辑令牌环闭合。 主站－主站
PROFIBUS技术的发展经历了如下过程: • 1987年由德国SIEMENS公司等13家企业和5家研究机 构联合开发； • 1989年成为德国工业标准DIN19245； • 1996年成为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMSDP); • 1998年PROFIBUS-PA被纳入EN50170V.2；
13)使用两类站:主站 (主动站，具有总线存取 控制权)和从站 (被动站，没有总线存取控 制权)。
14)总线存取基于混合、分散、集中3种方式。
15)数据传输服务有两类: 非循环的:有/无应答要求的发送数据;有应答 要求的发送和请求数据。 循环的 (轮询):有应答要求的发送和请求数据
• 1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分 (TYPEIII)；
• 2001年成为中国的机械行业标准JB/T10308-3-2001
PROFIBUS包含有三个子集
PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分散型外围设
备) 用于设备级分散I/O之间的通信，实现分布式控制系统 设备间的高速数据传输，传输速率在9.6Kbps～12Mbps之间 可选。 PROFIBUS-PA（Process Automation，过程自动化) 用于
7)介质、距离、站点数取决于信号特性。
8)传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从 9.6kbit/s到l2Mbit/s不等。 9)可选第二种介质(冗余)。
10)在传输时，使用半双工，异步，滑差 (Slipe)保护同步 。 11)报文数据的完整性，用海明距离 (HD)=4
12)地址定义范围为:0～127(对广播相群播而 言，127是全局地址)。
其中FMS还采用了第7层（应用层）,另外增加
了用户层。采用TOKEN-PASSING方式。
• PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS的第1层和第2层
相同， PROFIBUS-FMS有第7层，PROFIBUS-DP
无第7层。PROFIBUS-PA有第1层和第2层，但 与DP/FMS有区别，无第7层。
DP- 主 ( 2 类)
DP- 主 ( 1 类)
CNC
PROFIBUS - DP
分散的 I/O
分散的 I/O
PROFIBUS-P
DP - 从
总线访问
混合总线访问协议 主站间的逻辑令牌环
主从站间的主从协议
主站 主站在一个限定时间内 (Token Hold Time) 对总线有控制权 从站 从站只是响应一个主站的请求，它们对总线 没有控制权
• PROFIBUS家族新的行规：p187
PROFIBUS-DP多主系统
若干个 DP-主可以用读功能 访问一个 DP-从 PROFIBUS-DP 多主系统的组成: - 多个主设备 (1 类 or 2 类) - 1 到最多124 个 DP-从 - 在同一个总线上最多126 个设备
PC PLC
DP- 主 ( 1 类)
PROFIBUS的通信参考模型
PROFIBUS协议的特点
1) 不支持长信息段>235B 2)不支持短信息组块功能
3)本规范不提供由网络层支持运行的功能
4)除规定的最小组态外，根据应用需求可以 建立任意的服务子集。 5)其他功能是可选的，如口令保护方法等。
6)网络拓扑是总线形，两端带终端器或不带 终端器。
e.g., I / O
PLC
PLC / PC
PROFIBUS 总线访问方式
多主令牌环，主-从通信
主动站、主设备
PLC
PC
PLC
PROFIBUS
被动站、从设备
令牌调度原理
在多主网络中，令牌调度必须确保：
每个主站有足够的时间完成它的通信任务
目标令牌循环时间 (TTR)
站点的令牌持有时间（TTH）
RS-485的物理连接 PA总线的物理连接
PROFIBUS的数据链路层
数据传输功能 报文帧的格式和定义
PROFIBUS的应用层 PROFIBUS的MAC协议
PROFIBUS的传递令牌
逻辑环的管理
PROFIBUS的协议类型
• PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的
第1层（物理层）和第2层（数据链路层），
教学难点：PROFIBUS的通信协议
第4章 PROFIBUS
4.1 PROFIBUS概述 4.2 PROFIBUS的通信协议 4.3 PROFIBUS-DP
4.4 PROFIBUS站点的开发与实现
4.5 PROFIBUS-PA