浅析PROFIBUS技术
摘要：文中从PROFIBUS技术的发展和现状，分析了PROFIBUS技术的特点。并以MODICON PLC为例论述了PROFIBUS现场总线与PLC的互连。
关键词：PROFIBUS FMS DP PA PLC
1.概述
现场总线是90年代兴起的一种先进的工业控制技术，是目前自动化技术中的一个热点，备受国内外自动化设备制造商和用户的关注。现场总线是当今3C技术，即计算机（Computer）、通信Communication)与控制(Control)技术发展会聚成的结合点。它是一种数字通信协议，是用于仪表和控制器的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统，是控制技术、仪表技术和计算机网络技术相结合的产物。由于现场总线代表着自动化技术未来的发展方向，国外许多大公司相继推出了各自的现场总线标准。在众多的现场总线产品中，作为欧洲标准并已占据较大市场份额的PROFIBUS（Process Fieldbus）是很具有代表性的一种。
PROFIBUS 是Process Fieldbus 的简称，它是1987年由原西德联邦科技部集中了13家公司及5家研究所的力量按照ISO/OSI参考模型制定现场总线的德国国家标准（PROFIBUS）。经过2年多的努力，完成了制定工作，与1991年4月在DIN19245中发表，正式成为德国现场总线的国家标准。后来，又通过投票成为欧洲标准EN50170。
PROFIBUS已成为国际化的开放现场总线标准，得到了众多生产厂家的支持，并和基金会现场总线一起成为现场总线的两大体系，在欧洲，PROFIBUS拥有40%以上的市场分额，近年来，在北美和日本的发展情况也不错。由于得到PLC生产商的支持，加上基金会现场总线的标准迟迟得不到完善，PROFIBUS将会有更大的发展空间。
90年代初，PROFIBUS由西门子引入中国，开始被国内所接受。由于得到中德两国政府有关部门的支持及西门子的大力推广，PROFIBUS在中国发展势头良好，目前，PROFIBUS在我国已拥有众多用户，如上海扬树蒲电厂、西安扬森制药厂、云南玉溪卷烟厂、青岛啤酒厂、海尔冰箱生产线。
2.PROFIBUS的构成
PROFIBUS 遵循ISO/OSI模型，其通信模型由三层构成；物理层、数据链路层和应用层。PROFIBUS由三部分组成，PROFIBUS—FMS（Fieldbus Message Specification,现场总线报文规范）、PROFIBUS—DP（Decentralized Periphery, 分散型外围设备）、PROFIBUS—PA（Process Automation,过程自动化）。
2.1.PROFIBUS—FMS
此部分是完成控制器与现场器件之间的通信及控制器之间的信息交换。它提供了大量的通信服务，如现场信息传送、数据库处理、参数设定、下栽程序、从机控制和报警等，适用完成以中等传输速度进行较大数据交换的循环和非循环通信任务。由于它是完成控制器与智能现场设备之间的通信以及控制器间的信息交换，因此它主要考虑系统的功能，而不是系统的响应时间。FMS提供了叫多种类的通信服务，应用灵活，可用于大范围和复杂的通信系统。PROFIBUS—FMS；使用RS—485时，其通信速率为9.6 Kbps—500 Kbps，距离1.6Km—4.8Km，最多可接122个节点，使用FSK（频移链控）时，最多32个节点，距离可达5Km，介质可为双绞线或光缆。
2.2.PROFIBUS—DP
PROFIBUS—DP是一种优化的通信模块，旨意在解决设备一级的高速数据通信。在这一级，中央控制器（如PLC/PC）通过高速串行线同分散的现场设备（I/O、驱动器、阀门等）进行通信，传输速率可达12Mbit/s。一般情况下，DP构成但主站系统，主站和从站一循环的方式进行数据传输；另外，DP的扩展功能也能提供了非循环数据传输的能力。PROFIBUS—DP：RS—485双绞线或光缆通信速率为9.6Kbps—12Mbps；最大距离12Mbps时为100m，1.5Mbps时为200m，可用中继器加大距离，最多站数126个。
2.3.PROFIBUS—PA
PROFIBUS—PA是 PROFIBUS过程自动化的解决方案，是PROFIBUS—DP向现场的延伸，用DP可以将若干PA连接在一个自动化系统中。它具有本质安全的特性，专门的传输技术符合国际标准IEC1158—2，适用于本征安全要求较高场合和总线供电的站点。PROFIBUS—PA通信速率为31.25Kbps，最大距离为≤1.9Km，其没一段上可连接的仪表台数≤32台，但决定于所接入总线仪表设备的耗电量和应用的最大总线电流，只要馈入总线的电流不超过规定的最大电压值和电流值，就可以保证在危险区域中运行的本质安全。
三种系列的PROFIBUS很容易集成在一起，DP和FMS使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议，因而这两套系统可在同一根电线上同时操作；PA和DP之间使用分段耦合器能方便集成在一起。PROFIBUS家族几乎涵盖了现场总线所有的应用领域，如加工制造、过程自动化和楼宇自动化等，普遍性是PROFIBUS与其他规范相比最重要的优点。
3.PLC与PROFIBUS
PLC与现场总线的联系是非常紧密的，可以说，在工业现场总线中PLC是现场总线上不可缺少的控制器。PROFIBUS是个开放性的产品，推出以来得到了众多PLC厂家的支持，纷纷在其产品上提供了与PROFIBUS的接口。目前，比较流行的PLC产品（如西门子的S5和S7系列、欧姆龙系列、三菱系列Quantum系列）都具有与PROFIBUS相连的能力。众多PLC厂家的政策扩大了工业现场用户的选择余地，客观上保护了用户的利益，巩固了PROFIBUS在PLC的传统应用领域的地位，加强了PROFIBUS对基金会现场总线FF的竞争能力。
PROFIBUS的传输介质采用屏蔽双绞线，节点通过总线终端器（bus teminal）或总线连接器(bus connector)连接到总线上。每段（segment）最多32个节点，段与段之间通过中继器(repeater)连接，网络节点总数最多为127个。PROFIBUS在有些地方与MODICON Modbus Plus有些相似。例如，PROFIBUS的总线终端器就与MB+分支器差不多。总线终端器与PROFIBUS总线相连，并带有一根1.5m或3.0m的连接电缆（Connecting Cable），电缆未端是一个9针的485公接头，直接连接到符合PROFIBUS协议的设备上的9针485插座上。
MODICON的140CR81100通信模块可以将Quantum系统与PROFIBUS网络相连，作为PROFIBUS—DP上的主设备与其他节点通讯，尤其是可以控制常用的Siemens的交流/直流传动系统。该模块的基础是80386EX微处理器，模块上插有一块PCMCIA卡（467NHP911），与PROFIBUS的通讯接口就是由这块卡定义的。从这块卡上引出一个PROFIBUS RS-485连接器（490NAD91102），通过485口与网络相连。模块带有标准的RS- 232C接口，与计算机相连对模块进行诊断。该模块最多可以带32个PROFIBUS节点，通信速率可调，其通信速率与通信距离的关系如下；
3.1通信距离最远为1.2Km时，其通信速率有三种可选择；9.6Kbps、19.2 Kbps 、93.75 Kbps 。
3.2通信距离最远为1.0Km时，其通信速率为187.5 Kbps。
3.3通信距离最远为0.5Km时，其通信速率为500 Kbps。
3.4通信距离最远为0.2Km时，其通信速率为1.5Mbps。
3.5通信距离最远为0.1Km时，其通信速率有三种可选择；3Mbps、6 Mbps、12 Mbps。
140RP81100是一个标准的Quantum模块，可以插在Quantum机架的任意一个槽位中。该模块与两个CPU兼容，而且可以同时使用的数量也与CPU型号有关：
140CPU21304 最多2个，140CPU42402 最多6个。
对该模块进行配置需要Modsoft2.3以及专用的PROFIBUS-DP配置软件包332SPU83301。