profibus是由siemens公司提出并極力倡導(dǎo)，已先后成為德國國家標準din19245和歐洲標準en50170，是一種開放而獨立的總線標準，在機械制造、工業(yè)過程控制、智能建筑中充當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)。profibus由profibus-pa、profibus-dp和profibus-fms3個系列組成。profibus-pa (process automation)用于過程自動化的低速數(shù)據(jù)傳輸，其基本特性同ff的hl總線，可以提供總線供電和本質(zhì)安全，并得到了專用集成電路(asic)和軟件的支持。profibus-dp與profibus-pa兼容，基本特性同ff的h2總線，可實現(xiàn)高速傳輸，適用于分散的外部設(shè)備和自控設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，用于連接profibus-pa和加工自動化。profibus-fms適用于一般自動化的中速數(shù)據(jù)傳輸，主要用于傳感器、執(zhí)行器、電氣傳動、plc、紡織和樓宇自動化等。后兩個系列采用rs485通信標準，傳輸速率從9.6kb/s～12mb/s，傳輸距離從100～1200m（與傳輸速率有關(guān)）。介質(zhì)存取控制的基本方式為主站之間的令牌方式和主站與從站之間的主從方式，以及綜合這兩種方式的混合方式。profibus是一種比較成熟的總線，在工程上的應(yīng)用十分廣泛。
多年來，profibus風(fēng)靡全球，成功地應(yīng)用于制造業(yè)、樓宇、過程控制和電站自動化，profibus產(chǎn)品在世界市場上被普遍接受，市場占有率超過40%，年增長率20%～30%，目前支持profibus標準的產(chǎn)品超過1500多種，分別來自國際上250多個生產(chǎn)廠家。在世界范圍內(nèi)已安裝運行的profibus設(shè)備已超過200萬臺。profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，總線存取協(xié)議是通過osi參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）來實現(xiàn)的，它包括了保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報文處理。由profibus-fms、profibus-dp和profibus-pa組成了profibus系列。
profibus-fms主要用于工廠、樓宇自動化的單元級，實現(xiàn)對變量的訪問、程序調(diào)用、運行控制及事件管理等；profibus-dp主要用于現(xiàn)場級的高速數(shù)據(jù)傳輸、解決自動控制系統(tǒng)（如plc、pc等）通過高速串行總線與分散的現(xiàn)場設(shè)備（i/o、驅(qū)動器、閥門等）之間的通信任務(wù)。profibus-pa是profibus-dp在保持其通信協(xié)議的條件下，增加了對現(xiàn)場儀表而言優(yōu)選的傳輸技術(shù)，是profibus-dp向現(xiàn)場的延伸。
根據(jù)國際電工委員會iec1158定義(后改為iec61158 )，現(xiàn)場總線是“安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備、儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置、系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線”?；蛘哒f，現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。
自現(xiàn)場總線概念提出以來，全球各大知名自控和儀表公司開發(fā)了數(shù)十種現(xiàn)場總線，目前在全球范圍內(nèi)被廣泛認可的現(xiàn)場總線系統(tǒng)包括：profibus、ff、controlnet、profinet、pnet等十大總線系統(tǒng)。
profibus 現(xiàn)場總線系統(tǒng)介紹
(1)profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動化。
(2)profibus由三個兼容部分組成，即profibus-dp（decentralizedperiphery）、profibus-pa(processautomation)、profibus-fms(fieldbusmessagespecification)。
(3)profibus-dp：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式i/o的通信。使用profibus-dp可取代24vdc或4-20ma信號傳輸。主站和從站之間采用輪詢的通訊方式，主要應(yīng)用于自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通信。
(4)profibus-pa：專為過程自動化設(shè)計，可使傳感器和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通訊。
(5)profibus-fms：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡(luò)。定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統(tǒng)中系統(tǒng)級和車間級的過程數(shù)據(jù)交換。
(6)profibus是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。
profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)
profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)iso7498國際準，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（opensysteminterconnection-sio）作為參考模型的。osi模型是現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)。對于工業(yè)控制底層網(wǎng)絡(luò)來說，單個節(jié)點面向控制的信息量不大，信息傳輸?shù)娜蝿?wù)相對比較簡單，但實時性、快速性的要求較高?，F(xiàn)場總線采用的通信模型大都在osi模型的基礎(chǔ)上進行了不同程度的簡化。
(1)profibus-dp：定義了第1、2層和用戶接口。第3到7層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細說明了各種不同profibus-dp設(shè)備的設(shè)備行為。
(2)profibus-fms：定義了第1、2、7層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（fieldbusmessagespecification-fms）和低層接口（lowerlayerinterface-lli）。fms包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務(wù)。lli協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問接口。
(3)profibus-pa：pa的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的profibus-dp協(xié)議。另外，pa還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的pa行規(guī)。根據(jù)iec1158-2標準，pa的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在dp上擴展pa網(wǎng)絡(luò)。
profibus的傳輸技術(shù)
profibus提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型：
·用于dp和fms的rs485傳輸
采用的電纜——屏蔽雙絞線；
拓撲結(jié)構(gòu)——總線型；
通信速率——9.6kbps/1200m，12mbps/100m；
每段最多節(jié)點數(shù)——32；
不支持總線供電；
·用于pa的iec1158-2傳輸
采用的電纜——屏蔽雙絞線；
拓撲結(jié)構(gòu)——總線型、樹形；
通信速率——31.25kbps/1900m；
每段最多節(jié)點數(shù)——32；
支持總線供電；
·用于dp和fms的光纖傳輸
用于電磁兼容要求高和長距離要求的場合；
profibus的通信介質(zhì)訪問控制方式
profibus的通信介質(zhì)訪問方式為分布式令牌方式，是一種時間觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。主節(jié)點之間為令牌環(huán)傳遞方式，主節(jié)點和從節(jié)點之間為主從輪詢方式。當(dāng)主節(jié)點得到令牌后，允許它在一定的時間內(nèi)與從節(jié)點和（或）其他主節(jié)點通信。令牌在所有主節(jié)點中循環(huán)一周期的最長時間（設(shè)定周期ttr）是事先預(yù)定的，決定了各主節(jié)點的令牌具體保持時間的長短。主節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)必須保證在事先定義的時間間隔內(nèi)主節(jié)點有充足的時間完成通訊任務(wù)，主節(jié)點與從節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換要盡可能快且簡單地完成數(shù)據(jù)傳輸。
為此，profibus的介質(zhì)訪問控制mac協(xié)議設(shè)置了兩類時鐘計時器：一類是令牌運行周期計時器，用于令牌的實際運行周期trr計時；另一類是持牌計時器，用于主節(jié)點令牌保持時間tth計時，當(dāng)令牌到達某個主節(jié)點時，此節(jié)點的周期計時器開始計時。
當(dāng)令牌又一次到達主節(jié)點時，mac將周期計時器的trr值與設(shè)定周期值ttr的差值賦給持牌計時器，即tth=ttr-trr，持牌器根據(jù)該值控制信息的傳送。
在持牌計時器控制信息發(fā)送時，如果令牌到達超時，即tth<0，則此節(jié)點只可以發(fā)送一個高優(yōu)先級信息；如果令牌及時到達，則此節(jié)點可以連續(xù)發(fā)送多個等待發(fā)送的高優(yōu)先級信息后，直到高優(yōu)先級信息全部發(fā)送完畢，或者超過持牌時間。如果發(fā)完所有待發(fā)送的高優(yōu)先級信息，仍有持牌時間，則可以用同樣的方式發(fā)送低優(yōu)先級信息。無論發(fā)送高優(yōu)先級還是低優(yōu)先級信息，都只在發(fā)送前檢測持牌時間是否超時，而不是預(yù)先檢測發(fā)送完此信息是否超時，此種檢測方法意味著信息發(fā)送不可避免地造成持牌時間超時，影響了周期性實時通信的實現(xiàn)。