PROFIBUS现场总线标准概念

    德国工业界于1987年开始启动PROFIBUS的联合开发项目。由该联合体开发的规则和标准当时成为德国的工业标准，即DIN E 19245 PROFIBUS标准，并于1996年这一德国的国家现场总线标准成为国际性标准，即欧洲标准EN 50170。2000年3月IEC的国际标准组织又将PROFIBUS标准批准为国际现场总线标准IEC 61158的组成部分TypeⅢ。    1．ISO/OSI参考模型    PROFIBUS利用了现有的国家标准和国际标准。其协议以国际ISO（国际标准组织）的OSI（开放系统互连）参考模型为基础。图5-1图解说明了ISO/OSI通信标准模型。
    图5-1    ISO/OSI通信标准模型    ISO/OSI通信标准模型由7层组成，并分成两类。一类是面向用户的第5层～7层，另一类是面向网络的第1层～4层。第1层～4层描述数据从一个地方传输到另一个地方，而第5层～7层给用户提供适当的方式去访问网络系统。    2．协议结构和类型    从图5-2可以看出，PROFIBUS协议采用了ISO/OSI参考模型中的第1层、第2层以及必要时还采用了第7层。第1层和第2层的物理介质和传输协议是依据美国标准EIA RS485、国际标准IEC 870-5-1和欧洲标准EN 60870-5-1制定的。总线存取程序、数据传输和管理服务是基于德国DIN19241标准的第1到3部分和IEC 955标准制定的。管理功能(FMA7)采用了ISO DIS 7498-4（管理框架）的概念。
    图5-2    PROFIBUS的协议结构    从用户的角度看，PROFIBUS提供了3种通信协议类型：DP、FMS和PA。    (1) PROFIBUS-DP    PROFIBUS-DP使用了第1层、第2层和用户接口层，第3～7层未使用。这种精简的结构能确保高速数据传输。采用直接数据链路映象程序( DDLM)提供对第2层的访问。在用户接口中规定了PROFIBUS-DP设备的应用功能，以及各种类型的系统和设备的行为特性。    这种为高速传输用户数据而优化的PROFIBUS协议特别适用于可编程序控制器与现场级分散的I/O设备之间的通信。    (2) PROFIBUS-FMS    PROFIBUS-FMS使用了第1层、第2层和第7层。应用层（第7层）包括FMS（现场总线信息规范）和LLI（低层接口）。FMS包含应用协议和提供的通信服务。LLI建立各种类型的通信关系，并给FMS提供不依赖于设备的对第2层的访问。FMS处理单元级(PLC和PC)的数据通信。功能强大的FMS服务可在广泛的应用领域内使用，并为解决复杂通信任务提供了很大的灵活性。    PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS使用相同的传输技术和总线存取协议。因此，它们可以在同一根电缆上同时运行。    (3) PROFIBUS-PA    PROFIBUS-PA使用扩展的PROFIBUS-DP协议进行数据传输。此外，它执行规定现场设备特性的PA设备行规。传输技术根据IEC 1158-2标准，确保“本徵”安全和通过总线对现场设备供电。使用段耦合器可将PROFIBUS-PA设备很容易地集成到PROFIBUS-DP网络之中。    PROFIBUS-PA是为“过程”自动化工程中的高速、可靠的通信要求而特别设计的。用PROFIBUS-PA可以把传感器和执行机构连接到通常的现场总线段上，即使在防爆区域的传感器和执行机构也可如此。