第 4 章一些常见的现场总线的简介

摘要

4.1. PROFIBUS

1987年，德国，21个公司和组织，发起了一个项目计划，叫做“现场总线”，并成立了一个协会，目的是，实现和传播，基于现场设备接口的基本需求，而产生的“串行位”的现场总线的应用。为了实现这一目的，成员国达成一致，愿意支持一种通用的技术概念，用于生产和过程自动化。

最初，制定出的第一个规范是Profibus FMS（现场总线消息规范，Field Bus Message Specification），其经过裁剪用于要求较高的任务间通讯。在接下来的1993年，又制定出了更加简单，速度也更快的协议，Profibus DP（分散性外围设备）协议。

Profibus FMS用于Profibus主控(Master)之间的非确定性的数据通信；

Profibus DP用于Profibus主控和其远程的从设备的IO之间的确定性的数据通信。

目前Profibus主要有两类，用的最多的是Profibus DP，其次是，和应用相关的Profibus PA。

在生产自动化应用中，通过一个中央化的控制器，用此Profibus DP，去操作传感器和制动器。

许多标准的诊断方法，也主要是针对这方面的应用。

在过程自动化应用中，用Profibus PA，通过过程控制系统，去监测设备。此技术主要是用于爆炸性的和对人体有害（Ex-zone 0 and 1）的环境中。

物理层，比如电缆，符合IEC 61158-2的规范，其支持现场的设备通过总线供电的同时由于电流很小，所以即使出现故障，也不会产生爆炸。也因此，总线上连接的设备的数目是比较有限的。

PA的数据传输速率有31.25Kbit/s，但是PA却是和DP用同一种协议，可以通过一个耦合器与DP进行连接。而速度相对较快的DP，则是起到一个主干网的作用，将过程信号数据传输到控制器端。这就意味着，DP和PA可以紧密地协同地工作，尤其是在那些过程和共产自动化，都是各自为政的混合型的应用中。

下表为以OSI为参考模型的Profibus的协议架构：

表 4.1. 以OSI为参考模型的PROFIBUS协议架构

为了实现对应的功能，定义出了DP协议中的各种服务：

此处的FDL（Fieldbus Data Link）层也叫做安全层，其将令牌环传递模式和主从模式合并而成为混合访问模式。在Profibus DP的网络中，控制器或者是过程控制系统，是主设备端，传感器和制动器等，是从设备端。

其是用各种不同类型的报文，每种报文有各自不同的起始分隔符（SD，start delimiter）。

比特位传输（Bit-transmission）层，包含了三种方式：

EIA-485
即RS-485，根据EIA-485的电信号传输标准，在总线拓扑中使用电阻是150欧姆的双绞线。可用的比特率是从9.6kbit/s到12Mbit/s。两个中继器之间的电缆长度限制是在100米到1200米，具体长度取决于比特率。传输方法主要是用Profibus DP。
光纤
如果是通过光线传输，那么拓扑结构可选用为星形，总线型，环形。中继器之间的长度最大可达15km。环形拓扑可以冗余式地对应延长
MBP
根据MBP（Manchester Bus Powered）传输技术，可用同一电缆实现供电和数据传输。由于极大地降低了供电，使得可以应用在易爆炸和对人体有害的场合中。总线拓扑结构，可以长达1900米，以及最长分支可达60米。此处比特率是固定的31.25kbit/s，此拓扑结构是专为Profibus PA用于过程自动化领域而设计的


3.4. 现场总线的市场和前景		4.2. PROFINET