現(xiàn)場總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的體現(xiàn)，是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。因其具有數(shù)字化、開放性、分散性以及對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性等特點(diǎn)而獲得了非常廣泛的應(yīng)用。目前，已逐漸成熟并對(duì)工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程形成影響的主要有Profibus，HART，LONWORKS，F(xiàn)F等等。其中PROFIBUS總線是最為流行的現(xiàn)場總線技術(shù)之一，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、電力、能源、交通等自動(dòng)化領(lǐng)域。

它是德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50170的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，是一種國際化、開發(fā)式、不依賴于生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線。根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)可分為三個(gè)兼容版本：(1)PROFIBUS-DP以其較快的傳輸速度和強(qiáng)抗干擾能力而應(yīng)用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O之間的通訊;(2)PROFIBUS-FMS 主要解決車間級(jí)的通用型通信任務(wù)，可以提供靈活而大量的通信服務(wù);(3)PROFIBUS-PA則專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，它直接和現(xiàn)場的傳感器或執(zhí)行器連接，并可通過DP/PA接口與DP總線連接，使用于安全性要求較高以及由總線供電的場合。

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備到控制器的連接方式，現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用以下三種方式：線形、樹形和環(huán)形。Profibus采用的是線形結(jié)構(gòu)，用一根總干線從控制器連接到受控對(duì)象，總線電纜從主干電纜分支到現(xiàn)場設(shè)備處，控制器掃描所有I/O站上的輸入，必要時(shí)還可發(fā)送信息到輸出通道，實(shí)現(xiàn)多主式和對(duì)等式通信。本文著重介紹PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)使用了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及自己的用戶層，其中物理層采用ETA RS485傳輸技術(shù)，采用屏蔽雙絞銅線或光纖兩種傳輸電纜。在總線的兩端為了防止浪涌，接有終端電阻，實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)注意將位于中間節(jié)點(diǎn)的接頭終端電阻置于OFF位置。

數(shù)據(jù)鏈路層又稱現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層(Fieldbus Data Link. FDL)一般有兩種介質(zhì)存取方式：令牌總線(Token Bus，令牌總線協(xié)議符合IEEE802.4)和主從方式。

令牌是一種特殊的電文，它在主站之間傳遞控制權(quán)，令牌總線方式使得某個(gè)得到令牌的主站可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)得到總線控制權(quán)，在這段時(shí)間內(nèi)允許這個(gè)主站執(zhí)行主站的工作，這個(gè)主站可依照與主站或從站的關(guān)系表和所有主站或所有從站進(jìn)行通信。若該主站沒有需要發(fā)送的幀或在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)送完了所需發(fā)送的幀，或者該主站的控制時(shí)間終了時(shí)它就將主站令牌傳遞給下一個(gè)主站，這樣就保證了即使在重載下，每個(gè)主站都可以在確定的時(shí)間內(nèi)得到總線使用權(quán)，避免了在以太網(wǎng)中重載下容易阻塞的缺點(diǎn)，保留了總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、自由增減站點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

主從方式的數(shù)據(jù)鏈協(xié)議與局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不同，它符合HDLC中的非平衡正常響應(yīng)模式(NRM)，該模式的工作特點(diǎn)是 ：總線上一個(gè)主站可以控制多個(gè)從站，主站與每一個(gè)從站建立一條邏輯鏈路，主站發(fā)出命令，從站給出響應(yīng);從站可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)幀，直到無信息發(fā)送、達(dá)到發(fā)送數(shù)量或被主站停止為止。數(shù)據(jù)鏈路中幀的傳輸過程分為三個(gè)階段：數(shù)據(jù)鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。

U表示HDLC的無編號(hào)幀，U：A，SNRM，P表示在SNRM模式上選擇從站A，P為探詢位;U：A，UA，F(xiàn)表示用U幀的無編號(hào)確認(rèn)命令UA作為響應(yīng)主站建立數(shù)據(jù)鏈，F(xiàn)為終止位。I表示HDLC的信息幀，N(S)=0表示編號(hào)，N(R)=0表示未接收到A的從站幀，N(S)=1， N(R)=0和N(S)=2，N(R)=0表示第2，3個(gè)從主站連續(xù)發(fā)送的信息幀，第3幀中使用了探詢位P表示從站也有信息幀要發(fā)送。N(R)=3表示從站A已正確接收序號(hào)為2及以前的I幀，終止符F表示從站只有一幀發(fā)送。最后當(dāng)主、從站都沒有信息幀要發(fā)送、或主站將與其他從站建立數(shù)據(jù)鏈時(shí)，主站使用U釋放連接命令DISC，從站A從U幀的UA予以確認(rèn)，鏈路傳輸過程結(jié)束。

審核編輯黃宇