1引言
隨著計算機、控制、通信和網路等技術的進步，現場匯流排在20世紀80年代中期逐漸發展起來。現場匯流排是套用在生產現場測量與控制設備之間實現雙向串列多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數位化、多節點通信的底層控制網路。PROFIBUS是過程現場匯流排（ProcessFieldBus）的縮寫。德國科學技術部總結了20世紀80年代德國工業界自動控制技術的發展經驗，為了適應分散控制系統的發展要求。對各公司自己定義的網路協定加以規範化、公開化，使得不同廠家生產的自動控制設備在網路通信級互相兼容、遵守同一協定，以利於提高工業標準化水平，於1987年列為德國國家項目，由13家大公司（如SIEMENS、ABB、AEG等）及5家研究所經過2a多的時間完成。1991年，PROFIBUS成為德國國家標準DIN19245,1996年6月成為歐洲標準EN10170,1999年加入IEC61158協定。PROFIBUS已成為套用廣泛、技術成熟的國際標準現場匯流排之一，廣泛套用於加工製造、過程和樓宇自動化等領域。
2PROFIBUS現場匯流排
2.1PROFIBUS系列
PROFIBUS根據套用特點分為PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA3個兼容版本。
a.PROFIBUS-DP以DIN19245的第一部分為基礎，經過最佳化的高速、廉價通信網路，適用於自動控制系統和設備級分散I/O之間通信。在設備級，中央控制器（如PLC、PC）通過高速串列線同分散的現場設備（如I/O、感測器、閥門、執行器等）進行通信。DP一般構成單主站系統，主從站之間採用循環數據傳送方式工作，最高通信速率可達12Mbit/s。
b.PROFIBUS-FMS完成車間級通用性通信任務，提供大量的通信服務，實現周期性和非周期性通信。目前，PROFIBUS-FMS的作用正在為高速工業乙太網HSE(HighSpeedEthernet)代替。
c.PROFIBUS-PA專為過程自動化設計,用於本質安全和現場供電的場合。
2.2PROFIBUS的協定結構和傳輸技術
PROFIBUS協定根據ISO74898國際標準，以開放系統互連ISO/OSI為參考模型。協定結構如圖1所示。協定定義了第1層（物理層）、第2層（數據鏈路層）和第7層（套用層）。沒有使用第3層至第6層，這樣可以減少通信開支，增加效率。
2.2.1PROFIBUS的物理層
現場匯流排的物理層規定了匯流排介質、網路拓撲、傳輸距離、傳輸速率、站點數以及匯流排接口。它提供有關同步和比特流在物理媒體上的傳輸手段。PROFIBUS提供3種傳輸技術。
a.DP和FMS的RS485傳輸基本特點見表1。
b.PA的IEC1158-2傳輸基本特點見表2。
c.在電磁干擾很大的環境下，可以使用光纖導體提高傳輸距離和傳輸速度。許多廠商提供專用的匯流排插頭可將RS485信號和光纖信號互相轉換。
2.2.2PROFIBUS的數據鏈路層
數據鏈路層主要實現介質存取控制MAC和數據通信服務功能。MAC保證令牌的按序傳遞，在任意時刻匯流排上只有一個節點傳送數據，避免信息的碰撞延時。數據通信服務提供點對點，點對多點和廣播通信功能，所有電文海明距離等於4，保證數據的完整性。
2.2.3PROFIBUS的套用層
在DP和PA中沒有套用層，只有複雜場合使用的FMS中有套用層。套用層由低層接口LLI和現場匯流排信息規範FMS2部分組成，FMS描述通信對象，提供套用服務；LLI主要實現將FMS的服務映射到數據鏈路層，通信連線的建立、監視和釋放以及數據流控制。
3PROFIBUS在控制領域的技術優勢
3.1匯流排存取協定——實時性
PROFIBUS主站之間採用令牌傳遞方式，主站和從站之間採用主從方式。令牌傳遞程式保證每個主站在確定的時間片內得到匯流排訪問許可權，主站得到令牌以後，根據主從關係表向從站傳送和索取數據信息。這種介質存取方式確保控制系統需要的實時性。例如，主頻200MHz的CPU，300個I/O點的掃描周期小於50ms。
3.2系統配置靈活
可根據套用對象的控制要求，靈活選擇純主—從系統、純主—主系統或多主多從的混合系統。3種系列的PROFIBUS容易集成在一起，DP和FMS使用了同樣的傳輸技術和匯流排存取協定，因而這2套系統可在一根雙絞線上同時操作；PA和DP之間使用分段耦合器能方便地集成在一起。
3.3PROFIBUS-PA本質安全特性
PROFIBUS-PA支持匯流排供電。在一條雙絞線上即可實現數據通信和向現場設備供電。匯流排的操作電源來自單一供電裝
隨著計算機、控制、通信和網路等技術的進步，現場匯流排在20世紀80年代中期逐漸發展起來。現場匯流排是套用在生產現場測量與控制設備之間實現雙向串列多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數位化、多節點通信的底層控制網路。PROFIBUS是過程現場匯流排（ProcessFieldBus）的縮寫。德國科學技術部總結了20世紀80年代德國工業界自動控制技術的發展經驗，為了適應分散控制系統的發展要求。對各公司自己定義的網路協定加以規範化、公開化，使得不同廠家生產的自動控制設備在網路通信級互相兼容、遵守同一協定，以利於提高工業標準化水平，於1987年列為德國國家項目，由13家大公司（如SIEMENS、ABB、AEG等）及5家研究所經過2a多的時間完成。1991年，PROFIBUS成為德國國家標準DIN19245,1996年6月成為歐洲標準EN10170,1999年加入IEC61158協定。PROFIBUS已成為套用廣泛、技術成熟的國際標準現場匯流排之一，廣泛套用於加工製造、過程和樓宇自動化等領域。
2PROFIBUS現場匯流排
2.1PROFIBUS系列
PROFIBUS根據套用特點分為PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA3個兼容版本。
a.PROFIBUS-DP以DIN19245的第一部分為基礎，經過最佳化的高速、廉價通信網路，適用於自動控制系統和設備級分散I/O之間通信。在設備級，中央控制器（如PLC、PC）通過高速串列線同分散的現場設備（如I/O、感測器、閥門、執行器等）進行通信。DP一般構成單主站系統，主從站之間採用循環數據傳送方式工作，最高通信速率可達12Mbit/s。
b.PROFIBUS-FMS完成車間級通用性通信任務，提供大量的通信服務，實現周期性和非周期性通信。目前，PROFIBUS-FMS的作用正在為高速工業乙太網HSE(HighSpeedEthernet)代替。
c.PROFIBUS-PA專為過程自動化設計,用於本質安全和現場供電的場合。
2.2PROFIBUS的協定結構和傳輸技術
PROFIBUS協定根據ISO74898國際標準，以開放系統互連ISO/OSI為參考模型。協定結構如圖1所示。協定定義了第1層（物理層）、第2層（數據鏈路層）和第7層（套用層）。沒有使用第3層至第6層，這樣可以減少通信開支，增加效率。
2.2.1PROFIBUS的物理層
現場匯流排的物理層規定了匯流排介質、網路拓撲、傳輸距離、傳輸速率、站點數以及匯流排接口。它提供有關同步和比特流在物理媒體上的傳輸手段。PROFIBUS提供3種傳輸技術。
a.DP和FMS的RS485傳輸基本特點見表1。
b.PA的IEC1158-2傳輸基本特點見表2。
c.在電磁干擾很大的環境下，可以使用光纖導體提高傳輸距離和傳輸速度。許多廠商提供專用的匯流排插頭可將RS485信號和光纖信號互相轉換。
2.2.2PROFIBUS的數據鏈路層
數據鏈路層主要實現介質存取控制MAC和數據通信服務功能。MAC保證令牌的按序傳遞，在任意時刻匯流排上只有一個節點傳送數據，避免信息的碰撞延時。數據通信服務提供點對點，點對多點和廣播通信功能，所有電文海明距離等於4，保證數據的完整性。
2.2.3PROFIBUS的套用層
在DP和PA中沒有套用層，只有複雜場合使用的FMS中有套用層。套用層由低層接口LLI和現場匯流排信息規範FMS2部分組成，FMS描述通信對象，提供套用服務；LLI主要實現將FMS的服務映射到數據鏈路層，通信連線的建立、監視和釋放以及數據流控制。
3PROFIBUS在控制領域的技術優勢
3.1匯流排存取協定——實時性
PROFIBUS主站之間採用令牌傳遞方式，主站和從站之間採用主從方式。令牌傳遞程式保證每個主站在確定的時間片內得到匯流排訪問許可權，主站得到令牌以後，根據主從關係表向從站傳送和索取數據信息。這種介質存取方式確保控制系統需要的實時性。例如，主頻200MHz的CPU，300個I/O點的掃描周期小於50ms。
3.2系統配置靈活
可根據套用對象的控制要求，靈活選擇純主—從系統、純主—主系統或多主多從的混合系統。3種系列的PROFIBUS容易集成在一起，DP和FMS使用了同樣的傳輸技術和匯流排存取協定，因而這2套系統可在一根雙絞線上同時操作；PA和DP之間使用分段耦合器能方便地集成在一起。
3.3PROFIBUS-PA本質安全特性
PROFIBUS-PA支持匯流排供電。在一條雙絞線上即可實現數據通信和向現場設備供電。匯流排的操作電源來自單一供電裝
