0 引言
現場總線是2O世紀80年代中期發展起來的，到目前為止已有幾十種現場總線標準。2000年年初，國際電工委員會以投票形式選出了12種國際
現場總線標準，其中就有PROFIBUS。PROFIBUS是一種國際化的、開放的、不依賴于設備生產商的現場總線標準，廣泛應用于工業自動化，它是以德國西門子公司為主的十幾家德國公司和科研機構共同開發設計的一種基于過程控制的現場總線技術。PROFIBUS根據應用特點分為以下3個兼容版本，即Profibus，FMS、Profibus．DP和Profibus PA。Profibus-DP是一種經過優化的高速、廉價的通信連接，專為自動控制系統和設備級分散I／O之間通信而設計，可取代24V或0—20 mA并行信號線，也可用于分布式控制系統的高速數據傳輸，其傳輸速率可達12 Mbit／s，一般構成單主站系統⋯ 。
1 PROFIBUS-DP規范
1996年7月2 日，PROFIBUS被歐洲CENELECTC65 CX批準為歐洲標準EN50170V．2。因此，PROFIBUS-DP規范已經不作修改地被包含在EN50170中，并以PROFIBUS用戶組織制定的行規和導則作為補充 j。PROF1BUS-DP規范包括物理層、數據鏈路層和用戶層。PROFIBUS-DP的協議結構是根據ISO7498國際標準化開放式互聯網絡(OSI)作為參考模型，它使用了第1、2層和用戶層，隱去了第3—7層，這樣確保了數據傳輸快速和有效地進行，直接數據鏈路映像(DDLM)適用于外設間的高速數據傳輸，使用戶接口易于進入第2層。具體結構如表1所示
1．1 物理層
DP物理層規范主要描述介質和信號特征，論及“第0層”和第1層(即ISO／OSI層次模型中的物理介質和物理層PHY)。
1．1．1 PHY協議規范
PHY協議規范定義串行現場總線的功能、電氣和機械特性，其中串行現場總線是為自動化系統現場的應用而設計的。此規范的目的是花最小的成
本使多家制造商生產的現場設備互連，并將它們集成為一個分散的控制系統，且確保實現通信。通常，這稱之為“開放系統互連(OSI)”。DP物理層
屬于類型1，是根據EIA標準RS-485制定的，采用NRZ位編碼與EIA RS-485信號相結合的技術，它不包含本質安全的要求。類型1規范描述平衡的
總線傳輸。DP物理層定義傳輸介質以適應不同的應用，它包括長度、拓撲、總線接口、站點數和從9．6 1 500 kbi~s可變的數據傳輸速率等。DP還
規定了不同的物理層，以適應各種應用的需要。
1．1．2 PHY服務定義
PHY服務定義包括PHY數據服務的簡要描述，這些服務由PHY層提供給FDE層。它支持接收和傳輸位(FDL符號)，這些位是UART字符的元素，每個FDL符號持續1個位時間tⅢT。PHY數據服務包括2個服務原語，其中：請求原語(PHY—DATA．request)是由FDL控制器用于請求1個服務；指示原語(PHY—DATA．indication)是用來向FDL控制器指示1個接收。
1．2 數據鏈路層
這一層主要描述FDL的數據傳輸協議規范和管理(FMA)服務 。
1．2．1 FDL協議規范
PROFIBUS—DP系統采用由混合介質存取方式實現的控制介質存取：對應于令牌傳遞原理的分散方式是以對應于主從原理的集中方式為基礎的。在
令牌傳遞原理中，接站地址的升序用令牌幀將令牌從一個主站傳送到另一個主站(只有一個主站的DP系統例外)，為了封閉邏輯令牌環，具有最高地址
的站要傳送令牌給具有最低地址的站。在主從原理中，只有獲得令牌的主站有權主動向其他站申請操作，其他站只有響應權，從站只能被動地聽從主站的安排和支配。另外，報文的交換以循環方式進行。用戶數據可以在主動幀(發送)中和回答幀(回答)中傳輸。應答幀不包含任何用戶數據。傳輸運行方式規定報文循環的時間順序，分四種類型：令牌處理；非循環的請求或發送／請求操作；循環的發送／請求操作，輪詢；站的登記。
1．2．2 FDL服務定義
FDL服務通過第2層向用戶提供。FMA1／2服務通過與第1層和第2層有關的管理(FMA1／2)實現，無論對控制器的實現，還是對硬件、固件或軟
件接口的實現均未作規定。FDL服務與物理層類似，數據鏈路層的服務原語也分為請求原語(FDL—DATA．request)和指示原語(FDL—DATA．indica．tion)。數據鏈路層在交互作用過程中，使用服務原語來實現數據傳輸服務。為了請求一個服務，用戶使用一個請求原語；在一個服務完成時，或在有循環重復服務的情況下每一個發送／請求循環之后，將一個確認原語返回給用戶。如果在遠程站發生意外的事件，則用一個指示原語告知遠程用戶。
1．3 管理 (FMA1／2)
第1層和第2層管理(FMA1／2)組織FMA1／2用戶與PHY和FDL中的邏輯功能之間的錯誤處理，并且完成第2層MAC子層特定的總線參數的設定和第1層PHY的設定，激活或撤消FLC子層和LLI子層之間的服務訪問點的管理。FMA1／2功能分為本地功能和遠程功能。本地功能是：第1、層復位；參數的讀取和設定；鏈路服務存取點(LSAP)的激活，組態和解除激活；事件和錯誤報文；版本標識；確定LSAP組態。遠程功能是：版本識別；請求LSAP組態；確定活動表。FMA1／2的作用好像本地FMA1／2用戶和第1、第2層之間的協調者。
從以上協議結構可以看出，每層內部和層與層之間都存在著相互作用的接口，每個數據就是通過各個接口在各層各部分之間的作用進行傳輸的。
PHY用戶與PHY的接口就是“第0層”傳輸介質與第1層物理層的接口，該接口描述不限制或不約束在現場總線實體中的實現。FDL用戶與FDL的
接口描述了提供給FDL用戶的數據傳輸服務，這些服務是可選的，用它們的服務原語和相關參數實現。現場總線管理層FMA1／2用戶與其接口描述了
提供給FMA1／2用戶的管理服務(FMA1／2=現場總線層1和層2的管理)以及相關的服務原語和參數。PHY層和FDL層之間接口的物理特性沒有特殊規 字串8
定。經驗表明，至少下列3個信號是必須的：傳輸數據(TXD)，接收數據(RXD)和發送器啟用(請求發送，RTS)。PHY與FMA1／2的接口描述PHY層對FMA1／2提供的服務：PHY復位、設定值、讀值、事件(可選)。FDL與FMA1／2的接口描述了在FDL對FMA1／2提供的服務中，只有FDL故障與FMA1／2對其用戶的FMA1／2事件不同，其余類似。
1．4 用戶層
在OSI模型基礎上增加的用戶層規定了標準的功能模塊、對象字典和設備描述，供用戶組成所需要的應用程序，并實現網絡管理和系統管理。DP規范的用戶層包括功能和行規，主要是針對DP用戶而專門設計的。
隨著DP技術的不斷完善，用戶所要求的DP應用領域也在不斷擴展。原有的DP規范中所定義的DP基本功能已經不能滿足各種應用領域的特殊需求，所以也帶動了DP功能的擴展。原有的DP基本功能包括：循環的數據交換、站診斷、模塊診斷和特點通道的診斷；擴展的功能包括：依據過程自動化的需求而增加的功能、非循環數據通信(用于參數賦值、操作、智能現場設備的可視化和報警處理等)，還有根據驅動技術的需求而增加的同步從站通信和從站對從站通信等功能。
DP行規定義：DP行規等于DP子集(協議規范EN50170中的DP規范)加DP應用專用的定義(設備要求、應用需求)，內容包括：．對操作和裝配機器的行規；對編碼器的行規；各種速度驅動器的行規；操作員控制和過程監視行規
2 PROFIBUS-DP控制系統
PROFIBUS-DP系統采取混合總線訪問協議：主站間的邏輯令牌環；主從站間的主從協議。前者一般用于DP多主站系統中，而后者既可用于多主
系統，也可用于單主系統。多主系統是由若干個單主系統組成的，其系統結構如圖1所示，圖中每個主站都可以和下面的若干個從站構成單主系統。
3 結束語．
研究現場總線協議規范是為了更深入地了解現場總線技術的本質，從而更好地開發總線產品。雖然DP是PROFIBUS現場總線中發展最早、最快的
技術，而且國內外相關的主從站產品開發的較多，但大都只應用于局部場合，很多產品還沒有通過技術認證和測試，DP網絡也沒有完全應用到控制系統中。只有從本質上把握DP規范，在實踐中不斷總結經驗、完善規范，才能開發出具有DP功能的智能型DP產品。希望本文能給大家帶來一點啟發
和幫助，為PR0FIBus-DP協議研究和產品開發做出貢獻。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
