ProfiBus简介,profibus总线简介

('PROFIBUS协议简介2010年11月5日1、概述............................................................................................................................................11.1、PROFIBUS的发展..........................................................................................................11.2、PROFIBUS与PI组织....................................................................................................11.3、PROFIBUS的特点..........................................................................................................22、PROFIBUS协议简介.................................................................................................................32.1、PROFIBUS分类..............................................................................................................32.1.1、PROFIBUS-DP.....................................................................................................32.2.2、PROFIBUS-PA.....................................................................................................62.2.3、PROFIBUS-FMS..................................................................................................72.2、PROFIBUS帧结构..........................................................................................................72.2.1、帧字符（UART字符）.......................................................................................82.2.2、无数据字段的固定长度的帧...............................................................................82.2.3、有数据字段的固定长度的帧...............................................................................92.2.4、有可变数据字段长度的帧...................................................................................92.2.5、令牌帧................................................................................................................102.3、帧内数据详细分析........................................................................................................112.3.1、可变数据帧长度计算.........................................................................................112.3.2、帧地址.................................................................................................................112.3.3、控制位（FC）....................................................................................................122.3.4、校验位（FCS）.................................................................................................143、PROFIBUS应用......................................................................................................................153.1、PROFIBUS专用芯片（国外垄断）............................................................................153.2、国内从事PROFIBUS开发的公司...............................................................................153.2.1、北京鼎实创新科技有限公司.............................................................................153.2.2、西门子（中国）有限公司.................................................................................163.2.3、安徽皖科电子工程有限公司.............................................................................163.3、PROFIBUS应用实例....................................................................................................173.3.1、基于SPC3和AT89C52的PROFIBUS从站设计............................................173.3.2、FPGA和ARM的PROFIBUS-DP主站通信平台设计...................................174、附录..........................................................................................................................................194.1、子目录资料说明...........................................................................................................194.2、PROFIBUS的相关网站................................................................................................191、概述随着通信技术、计算机网络技术在工业生产过程中的不断推广和应用，工业控制过程对现场信号的采集、传输和数据转换提出了更新更高的要求。由于数字通信技术、网络技术和微处理器技术的迅猛发展，把传统的数字信号和模拟信号混合的系统变成全数字信号系统成为可能，现场总线就是在这种背景下产生的，并成为当前工业过程控制领域的焦点。1.1、PROFIBUS的发展PROFIBUS是ProcessFieldBus的简称，是1987年德国联邦科技部集中了13家公司的5个研究所的力量，按ISO/OSI参考模型制订的现场总线德国国家标准，并于1991年4月在DIN19245中发表，正式成为德国标准。开始只有PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS，1994年又推出了PROFIBUS－PA，它引用了IEC标准的物理层（IEC1158－2，1993年通过），从而可以在有爆炸危险的区域内连接本质安全型通过总线馈电的现场仪表，这使PROFIBUS更加完善。其发展历程如下：1987年由Siemens公司等13家企业和5家研究机构联合开发；1989年批准为德国工业标准DIN19245；1996年批准为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS/-DP)；1998年PROFIBUS-PA批准纳入EN50170V.2，并成立PROFIBUSInternational(PI)；1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分(Type3)；2001年批准成为中国的行业标准JB/T10308.3-2001；2003年PROFINET成为国际标准IEC61158的组成部分(Type10)。PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，是无知识产权保护的标准。因此，世界上任何人都可以获得这个标准并设计各自的软、硬件解决方案。经过二十多年的发展与不断完善以及推广，PROFIBUS已经成为国际上使用非常广泛的一种现场总线。截至2007年底，全球总共安装了超过2300万个PROFIBUS节点，其中330万个节点用于过程工业领域，其中PROFIBUSPA节点大约有63万个。所有重要的制造商都支持PROFIBUS标准，与此相关的产品和服务有2500多种。PROFIBUS在现场总线技术领域成为国际市场上的领导者。先进的通信技术及丰富完善的应用行规使PROFIBUS成为目前市场上唯一能够全面覆盖工厂自动化和过程自动化应用的现场总线。1.2、PROFIBUS与PI组织PROFIBUSInternational（PI）成立于1998年，是由1400多家供应商和用户联合创建的，包括世界上最著名的产品和系统供应商。主要负责组织开发现场总线（PROFIBUS）技术、研制现场总线产品、推广现场总线技术和产品的应用、为用户提供技术支持；制定现场总线（PROFIBUS）的标准，并帮助建立该技术产品的测试实验室；同时还参与国际标准的制定工作。由PI组织制定的PROFIBUS、PROFINET和PROFIsafe标准都成为国际标准组织IECTC65所制定标准的组成部分。PI是国际上最大的现场总线用户组织，这个全球化组织发挥着巨大的作用，它不断推广和开发PROFIBUS技术，并通过由如下网络对五大洲的成员组织给予支持：分布于24个国家的25个区域PROFIBUS组织分布于19个国家的35个PROFIBUS资格中心测试分布于6个国家的8个测试实验室1分布于7个国家的9个培训中心1.3、PROFIBUS的特点与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造，过程控制和自动化等。原则上，PROFIBUS协议在任何微处理器上都可以实现。在微处理器内部或外部安装异步串行通信接口（UART）即可完成。但当数据传输速率超过500Kbit/s或需要使用IEC1158-2传输技术时，建议使用协议专用芯片。PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。另外，PROFIBUS还有一些其独特的技术（参考自网络帖子：对于Profibus总线，大家觉得如何评价？http://www.dndev.com/cgi-bin/forum/view.cgi?forum=5&topic=2482）：（1）PROFIBUS让人惊奇的是它的时间控制技术，它能将RS485物理层上和链路层上不同的时间参数那么定量定性出来，这在一般的总线中很难看到，所以用它做控制相当放心（做控制的应该都会有这种感觉），在DPV2中可以用它来实现精确的运动控制系统，所以说如果将该技术扩展，那就可以实现精确的分布式总线控制系统，这可是很诱惑地技术，对提高制造也水平会有很深远的影响；（2）独特的诊断技术。诊断在很多产品设计时也都会考虑到，但实现形式可能不同，有的可能用用指示灯，有的用一些标记，有的会用SOE事件顺序记录等等方式，但很少将这些不同的方面，在组态时、产品现场实施时、设备运行时的诊断情况都考虑到，而且从实际工程中看这种诊断机制确实设计地比较合理，方便了维护人员。（3）多主站系统。令牌环式的多主系统比较适合于控制系统，而且因为是多主系统，因此可以实现很多惊奇的效果，比如说设备运行期间我们可以接入一个二类主站，对现场的子站进行设置，监视或调校，这在一般的常规通讯系统也是很难实现地，我想国外所说的廉价可能就有一大方面说地这个，后期维护成本！，当然在国内这方面要求不高，只要让你的子站和PLC或别人的系统通起来就可以了，很少考虑子站后期可维护度...22、PROFIBUS协议简介2.1、PROFIBUS分类PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(FieldBusMessageSpecification)。PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际准，以开放式系统互联网络（OpenSystemInterconnection—SIO）作为参考模型的。只用了该模型的部分层，如下图所示：(1)PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。(2)PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。(3)PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（FieldbusMessageSpecification-FMS）和低层接口（LowerLayerInterface—LLI）。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。32.1.1、PROFIBUS-DP1．PROFIBUS–DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。传输技术：RS－485双绞线，双线电缆或光缆。波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主—从传送。支持单主或多主系统，总线上最大站点（主－从设备）数为126。通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主－从用户数据传送和非循环主－主数据传送。运行模式：运行、清除、停止。同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步，锁定模式，输入同步。功能：DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送；各DP从站的动态激活和可激活；DP从站组态的检查；强大的诊断功能（三级诊断诊断信息）；输入或输出的同步；通过总线给DP从站赋予地址；通过部线对DP主站（DPM1）进行配置，每DP从站的输入和输出数据最大为246字节。可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD＝４进行；DP从站带看门狗定时器（WatchdogTimer）；对DP从站的输入/输出进行存取保护；DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程、组态、诊断的设备。第一类DP主站（DPM1）是中央可编程控制器，如PLC，PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。（1）PROFIBUS–DP基本特征①速率：在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传送512bit/s输入和512bit/s输出，在12Ｍbit/s时只需１毫秒。②诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级：本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高，压力过低。模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。通过诊断操作：一个单独输入/输出位的故障。（2）PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：①一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。②二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。③DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。④单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。⑤多主站系统：总线上连有多个主站，这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个DPM1，指定的若干从站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入/输出映象，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。（3）系统行为4系统行为主要取决于DPM1的操作状态，这此状态由本地或总线的配置设备所控制。主要有以下三种状态：停止：在这种状态下，DPM1和DP从站之间没有数据传输。清除：在这种状态下，DPM1读取DP从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全状态。运行：在这种状态下，DPM1处于数据传输阶段，循环数据通信时，DPM1从DP站读取输入信息并向从站写入输出信息。①DPM1设备在一个预先设定的时间间隔内，以有选择的广播方式将其本地状态周期性地发送到每一个有关的DP从站。②如果在DPM1的数据传输阶段中发生错误，DPM1将所有有关的DP从站的输出数据立即转入清除状态，而DP从站将不在发送用户数据。在此之后，DPM1转入清除状态。（4）DPM1和DP从站间的循环数据传输DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1按照确定的递归顺序自动进行。在对总线系统进行组态时，用户对DP从站与DPM1的关系作出规定，确定哪些DP从站被纳入信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。DMP1和DP从站之间的数据传送分三个阶段：参数设定、组态、数据交换。在参数设定阶段，每个从站将自己的实际组态数据与从DPM1接受到的组态数据进行比较。只有当实际数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传输阶段。因此，设备类型、数据格式、长度以及输入输出数量必须与实际组态一致。（5）DPM1和系统组态设备间的循环数据传输除主—从功能外，PROFIBUS－DP允许主—主之间的数据通信，这些功能使组态和诊断设备通过总线对系统进行组态。（6）同步和锁定模式除DPM1设备自动执行的用户数据循环传输外，DP主站设备也可向单独的DP从站。一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令通过有选择的广播命令发送的。使用这一功能将打开DP从站的同及锁定模式，用于DP从站的事件控制同步。主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在这种模式中，所编址的从站输出数据锁定在当前状态下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接收到输出的数据，但它的输出状态保持不变；当接收到下一同步命令时，所存储的输出数据才发送到外围设备上。用户可通过非同步命令退出同步模式。锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。锁定模式将从站的输入数据锁定在当前状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以更新。用户可以通过非锁定命令退出锁模式。（7）保护机制对DP主站DPM1使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视。每个从站都采用独立的控制定时器。在规定的监视间隔时间中，如数据传输发生差错，定时器就会超时。一旦发生超时，用户就会得到这个信息。如果错误自动反应功能“使能”，DPM1将脱离操作状态，并将所有关联从站的输出置于故障安全状态，并进入清除状态。2．扩展DP功能DP扩展功能是对DP基本功能的补充，与DP基本功能兼容。（1）DPM1与DP从站间非循环的数据传输。（2）带DDLM读和DDLM写的非循环读/写功能，可读写从站任何希望数据。（3）报警响应，DP基本功能允许DP从站用诊断信息向主站自发地传输事件，而新增的DDLM－ALAM－ACK功能被用来直接响应从DP从站上接收的报警数据。5（4）DPM2与从站间的非循环的数据传输。3．电子设备数据文件（GSD）为了将不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，生产厂家必须以GSD文件（电子设备数据库文件）方式将这些品的功能参数（如I/O点数、诊断信息、波特率、时间监视等）。标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根据GSD所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。GSD文件可分为三个部分：（1）总规范：包括了生产厂商和设备名称、硬件和软件版本、波特率、监视时间间隔、总线插头指定信号。（2）与DP有关的规范：包括适用于主站的各项参数，如允许从站个数、上装/下装能力。（3）与DP从站有关的规范：包括了与从站有关的一切规范，如输入/输出通道数、类型、诊断数据等。4．PROFIBUS-DP行规PROFIBUS–DP协议明确规定了用户数据怎样在总线各站之间传递，但用户数据的含义是在PROFIBUS行规中具体说明的。另外，行规还具体规定了PROFIBUS－DP如何用于应用领域。使用行规可使不同厂商所生产的不同设备互换使用，而工厂操作人员毋须关心两者之间的差异。因为与应用有关的含义在行规中均作了精确的规定说明。下面是PROFIBUS－DP行规，括弧中数字是文件编号：（1）NC/RC行规（3.052）（2）编码器行规（3.062）（3）变速传动行规（3.071）（4）操作员控制和过程监视行规（HMI）2.2.2、PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA适用于PROFIBUS的过程自动化。PA将自动化系统和过程控制系统与压力、湿度和液位变送器等现场设备连接起来，PA可用来替代4～20mA的模拟技术。PROFIBUS－PA具有如下特性：（1）适合过程自动化应用的行规使不同厂家生产的现场设备具有互换性。（2）增加和去除总线站点，即使在本征安全地区也不会影响到其他站。（3）在过程自动化的PROFIBUS－PA段与制造业自动化的PROFIBUS－DP总线段之间通过藕合器连接，并使可实现两段间的透明通信。（4）使用与IEC1158－2技术相同的双绞线完成远程供电和数据传送。（5）在潜在的爆炸危险区可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。1．PROFIBUS－PA传输协议PROFIBUS－PA采用PROFIBUS－DP的基本功能来传送测量值和状态。并用扩展的PROFIBUS－DP功能来制订制现场设备的参数和进行设备操作。PROFIBUS－PA第一层采用IEC1158－2技术，第二层和第一层之间的在DIN19245系列标准的第四部分作了规定。2．PROFIBUS－PA设备行规PROFIBUS－PA行规保证了不同厂商所生产的现场设备的互换性和互操作性，它是PROFIBUS－PA的一个组成部分。PA行规的任务是选用各种类型现场设备真正需要通信的功能，并提供这些设备功能和设备行为的一切必要规格。目前，PA行规已对所有通用的测量变送器和其他选择的一些设备类型作了具体规定，这些设备如：6（1）测压力、液位、温度和流量的变送器（2）数字量输入和输出（3）模拟量输入和输出（4）阀门（5）定位器2.2.3、PROFIBUS-FMSPROFIBUS－FMS的设计旨在解决车间监控级通信。在这一层，可编程序控制器（如PLC、PC机等）之间需要比现场层更大量的数据传送，但通信的实时性要求低于现场层。1．PROFIBUS－FMS应用层应用层提供了供用户使用的通信服务。这些服务包括访问变量、程序传递、事件控制等。PROFIBUS－FMS应用层包括下列两部分：（1）现场总线住处规范（FieldbusMessageSpecification-FMS）：描述了通信对象和应用服务。（2）低层接口（LowerLayerInterface-LⅡ）：FMS服务到第二层的接口。2．PROFIBUS－FMS通信模型PROFIBUS－FMS利用通信关系将分散的过程统一到一个共用的过程中。在应用过程中，可用来通信的那部分现场设备称虚拟设备VFD（VirtualfieldDevice），在实际现场设备与VFD之间设立一个通令关系表。通令关系表是VFD通令变量的集合，如零件数、故障率、停机时间等。VFD通信关系表完成对实际现场设备的通信。3．通信对象与通信字典（OD）（1）FMS面向对象通信，它确认五种静态通信对象：简单变量、数组、记录、域和事件，还确认两种动态通信对象：程序调用和变量表。（2）每个FMS设备的所有通信对象都填入对象字典（OD）。对简单设备，OD可以予定义，对复杂设备，OD可以本地或远程通过组态加到设备中去。静态通信对象进入静态对象字典，动态通通信对象进入动态通信字典。每个对象均有一个惟一的索引，为避免非授权存取，每个通信对象可先用存取保护。4．PROFIBUS－FMS服务FMS服务项目是ISO9506制造信息规范MMS（ManufacturingMessageSpecification）服务项目的子集。这些现场总线应用中已被优化，而且还加上了通信提出的广泛需求，服务项目的选用取决于特定的应用，具体的应用领域在FMS行规中规定。5.低层接口（LLI）第七层到第二层映射由LLI来解决，其主要任务包括数据流控制和联接监视。用户通过称之为通信关系的逻辑通道与其他应用过程进行通信。VMS设备的全部通信关系都列入通信关系表CRL（CommunicationRelationshipList）。每个通信关系通过通信索引（CREF）来查找，CRL中包含了CREF和第二层及LLI地址间的关系。6．网络管理FMS还提供网络管理功能，有由现场总线管理层七层来实现。其主要功能有：上、下关系管理；配置管理；故障管理等。7．PROFIBUS-FMS行规FMS提供了范围广泛的功能来保证它的普遍应用。在不同的应用领域中，具体需要的功能范围必须与具体应用要求相适应。设备的功能必须结合应用来定义。这些适应性定义称之为行规。行规提供了设备的可互换性，保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能。FMS对行规做了如下规定（括号中的数字是文件编号）：7（1）控制间的通信（3.002）（2）楼宇自动化（3.011）（3）低压开关设备（3.032）2.2、PROFIBUS帧结构PROFIBUS协议共有四种帧，分别是：无数据字段的固定长度的帧，有数据字段的固定长度的帧，有可变数据字段长度的帧，令牌帧。2.2.1、帧字符（UART字符）组成PROFIBUS帧的最小单位是帧字符，每个帧字符由11位组成：1个开始位（ST）；8个信息位；1个奇偶校验位（P）；1个停止位。是为了实现异步传输的起/停字符，其结构如下：UART字符表达法基于如下标准：ISO1177，ISO2022。2.2.2、无数据字段的固定长度的帧其中：SYN同步时间，最小33个线空闲位SD1开始定界符，值：10HDA目的地址SA源地址8FC帧控制FCS帧检查顺序ED结束定界符，值：16HL信息字段长度，固定的八位位组个数：L=3SC单一字符，值：E5H传输规则1.线空闲状态相当于信号电平为二进制“1”。2.每个主动帧之前应该至少有33个线空闲位（同步时间）。3.在帧的UART字符之间不允许空闲状态。4.接收器检查：每个UART字符：开始位，停止位和奇偶校验位（even）；每个帧：起始定界符，DA,SA,FCS和结束定界符及在主动帧情况下的SYN时间。如果这些检查失败，则整个帧应废弃。SC和SD1（以及SD2和SD3，见4.6.2.和4.6.3）具有海明距离Hd=4并保证传输安全，即单字符SC是一个有Hd=4的帧。对仅需应答的请求（有应答要求的发送数据），SC是一个允许的肯定应答。对需回答的请求（有回答要求的发送并请求数据），如果无数据提供，则SC是一个允许的否定应答。2.2.3、有数据字段的固定长度的帧其中：SYN同步时间，最小33个线空闲位SD3开始定界符，值：A2HDA目的地址SA源地址FC帧控制DATA_UNIT数据字段，固定长度（L-3）＝8个八位位组FCS帧检查顺序ED结束定界符，值：16HL信息字段长度，固定的八位位组的个数：L=119传输规则：传输规则与不带数据字段的固定长度帧的传输规则相同2.2.2。2.2.4、有可变数据字段长度的帧对可变的数据八位位组数，此长度也应在帧中传输。长度信息两次包含在帧开始的固定的帧首部中。如此，它用Hd=4保护并防止丢失。其中：SYN同步时间，最小33个线空闲位SD2开始定界符，值：68HLE八位位组长度，允许值：4到249LEr重复的八位位组长度DA目的地址SA源地址FC帧控制DATA_UNIT数据字段，可变长度（L-3），最大246个八位位组FCS帧检查顺序ED结束定界符，值：16HL信息字段长度，可变的八位位组数：L=4到249传输规则：传输规则与不带数据字段的固定长度帧的传输规则相同2.2.2。对规则4附加规定：LE应相等于LEr；信息八位位组数应从目的地址（DA）开始计算到帧检查顺序（FCS）为止（不含FCS），而且此结果应与LE作比较。2.2.5、令牌帧其中：SYN同步时间，最小33个线空闲位SD4开始分界符，值：DCHDA目的地址SA源地址10传输规则1.线空闲状态相当于信号电平为二进制“1”2.每个令牌帧之前应该至少有33个线空闲位（同步时间）3.在帧的UART字符之间不允许空闲状态4.接收器检查：每个UART字符：开始位，停止位和奇偶校验位（even）；每个帧：同步时间，开始定界符和DA/SA。如果此检查失败，则整个帧应废弃。2.3、帧内数据详细分析2.3.1、可变数据帧长度计算LE、LEr表示帧长度，即帧字符的个数。它们包含：DA,SA,FC和DATA_UNIT。此值覆盖范围为4到249，所以在帧的DATA_UNIT中最大允许传输246个字节。LE小于4是不允许的，因为一个帧至少应包含DA,SA,FC和一个数据字节。最长的帧包含255个字节，此时LE=249，见2.2.4节所示。2.3.2、帧地址在帧首部（主动、应答和回答帧）的这两个地址八位位组包含目的站（DA）地址和源站（SA）地址。对令牌帧，在开始定界符后面仅包含这两个地址八位位组。地址127（b1到b7＝1）作为广播和群播通信的全局地址（帧对所有的站或用服务存取点选择的一组站；仅在无应答要求的发送数据SDN时允许）。这样，127个站地址（0到126）可提供给从站和主站，其中主站占有的地址最好不超过32个。对于时间要求不精确的应用，可选地允许最多到127个主站。当只需要一个主站时，则最多有126个地址可以提供给从站。主动帧的地址字节将在应答帧或回答帧中发送返回，即应答帧或回答帧的SA包含主动帧的目的地址，而DA包含主动帧的源站地址。地址扩展（EXT）：在有DATA_UNIT的帧中，EXT位（扩展）指示目的和/或源地址扩展（DAE,SAE），它在DATA_UNIT中紧跟在FC字节之后。它区分存取地址和区域/段地址。两种地址类型也可能同时发生，因此每个地址扩展还包含一个EXT位。主动帧的地址扩展将在回答帧中镜象返回。EXT=0：在DATA_UNIT中无地址扩展EXT=1：在DATA_UNIT中有地址扩展1.目的地址有扩展，源地址无扩展DA：EXT=111SA：EXT=02.目的地址无扩展，源地址有扩展DA：EXT=0SA：EXT=12.目的地址和源地址都有扩展DA：EXT=1SA：EXT=1数据中的扩展地址格式如下：b7（Type）指示类型：06位链服务存取点（LSAP）：DAE=0到63；SAE=0到6216位区域/段地址，对于用网桥实现的分层总线系统必须确定值范围。b8（EXT）指示附加的地址扩展：0无附加的地址扩展字节1一个附加的地址扩展字节以相同的结构紧跟之后，如下的次序是有效的：第一个字节：带b7=1,b8=1的区域/段地址第二个字节：带b7=0,b8=0的LSAP2.3.3、控制位（FC）在帧头部的控制八位位组指出帧的类型，如主动帧（请求帧，发送/请求帧），应答帧或回答帧。此外，控制八位位组包含功能和防止报文丢失和增多的控制信息或带有FDL状态的站类型。12132.3.4、校验位（FCS）对海明距离4而言，检验八位位组FCS是需要的，在一个帧中它总是紧接在结束定界符之前。它的结构如下：在无数据字段的固定长度的帧（见4.6.1）中，此校验八位位组将由计算DA，SA和FC的算术和获得，这里不包括起始和终止定界符，也不考虑进位。在有数据字段的固定长度的帧（见4.6.2）中和在有可变数据字段长度（见4.6.3）的帧中，此校验八位位组将附加包含DATA_UNIT。143、PROFIBUS应用3.1、PROFIBUS专用芯片（国外垄断）目前支持PROFIBUS协议的芯片种类并不多，基本以西门子厂商的为主，国外垄断比较严重。主要有：LSPM2，SPC3，SPC4，LSPM2，DPC31，ASPC2等，如下图所示。这些芯片中，SPC3应用比较广泛，但SPC3只作为从机使用。3.2、国内从事PROFIBUS开发的公司3.2.1、北京鼎实创新科技有限公司北京鼎实创新科技有限公司是由CPCC和CPPTL成立于2002年7月，是经北京市科委认定批准的高新技术企业。公司主要业务是研发、生产、推广PROFIBUS总线桥、总线I/O、总线部件等产品，兼营PROFIBUS开发芯片及工具等产品的代理。自公司创建以来，鼎实人以严谨的治学态度、真诚的推广理念赢得了全国各省市近400家公司的信任，建立了稳定的合作关系。公司作为国际PI组织在中国的技术中心（简称：CPCC）和产品测试实验室（简称：CPPTL），肩负着宣传PROFIBUS技术、推广PROFIBUS测试的任务。公司每年派人参加PI组织的年会，并积极邀请国外专家到中国进行讲座、参加路演，介绍新技术、新产品。测试实验室平均每年对6家国内厂家的产品进行测试，并每两年接受一次PI组织的技术考察，保证中国厂家的产品同样具有世界水平的竞争力。主要产品和业务包括：◆总线桥系列工业通信网关产品：为第三方通信协议产品15（MODBUS、RS232/485、CAN等）接入PROFIBUS系统提供解决方案。◆现场总线I/O系列：用于PROFIBUS系统PLC或DCS控制器的I/O扩展，如S7-xxx-2DP、CPxxx-5、AC800x，及基于PC的PROFIBUS主站（如CP56xx）组成分布式数据采集系统。◆现场总线PLC系列：现场总线及PLC一体化控制器，作为工业网络系统（PROFIBUS、EtherNet）中控制器节点，为分布式控制系统提供产品、解决方案。◆嵌入式总线桥系列：专为自主开发PROFIBUS产品企业提供嵌入式PROFIBUS通信协议接口、和开发解决方案，是企业将产品通信技术升级为PROFIBUS的最佳捷径。◆产品定制：以上全部产品可接受用户提出的特殊技术要求而为用户定制，以达到性能价格比最优。◆代理销售：西门子PROFIBUS协议芯片SPC3/SPC4/DPC31及开发包销售代理。主要产品业绩：◆北京地铁5号线工程◆南京地铁1号线工程◆武钢新建项目◆青岛烟厂项目◆海南一汽项目◆重庆建设摩托项目公司产品PROFIBUS总线桥：PB-B-RS232，PB-B-RS485，PB-B-MODBUS232，PB-B-MODBUS485，PB-B-SCANERPROFIBUS嵌入式接口：PB-OEM1-DPRAM，PB-OEM2-SEPROFIBUS总线I/O：DS300A一体化机系列，DS300B可扩展机系列PROFIBUS专用芯片：SPC3、ASPC2、SIM12、SPC4、VPC3+CPROFIBUS电缆PROFIBUS相关技术公司网站：http://www.c-PROFIBUS.com.cn/index.htm3.2.2、西门子（中国）有限公司西门子自动化与驱动集团（A&D）是西门子股份公司最大的集团之一，也是工业部门的重要组成部分。A&D现有雇员54000多名，遍布全球193个国家。德国西门子公司是PROFIBUS协议的创始成员之一，也是该协议专用芯片生产商，能提供PROFIBUS的各种信息资料和技术支持。公司网站：http://www.siemens.com/entry/cn/zh/3.2.3、安徽皖科电子工程有限公司安徽皖科电子工程有限公司专门从事PROFIBUS-PA总线协议、HART协议压力、温度变送器的研发、生产和销售。WNK-7系列高精度PROFIBUSPA/HART协议压力变送器；WNK-6T系列PROFIBUSpa/HART协议温度变送器；WNK-PA-WAFD系列现场总线智能自诊断分配器我公司是国内唯一一家完全拥有自主知识产权的PROFIBUSpa总线仪表生产厂家，致力于提供全套PROFIBUS解决方案。公司网站：http://www.profibus-pa.com.cn/Index.Asp163.3、PROFIBUS应用实例3.3.1、基于SPC3和AT89C52的PROFIBUS从站设计1、SPC3主要技术指标◇支持PROFIBUS—DP协议;◇最大数据传输速率12Mbps,可自动检测并调整数据传输速率;◇与80c32、80X86、80C165、80C166、80C167和HCII、HCl6、HC916系列芯片兼容;◇44引脚的PQFP封装;◇可独立处理PROFIBUS—DP通信协议．◇集成的看门狗(WDT)．◇外部时钟接口24MHz或48MHz;◇5V直流供电。2、SPC3硬件电路设计CPU使用AT89S52，采用的是INTEL工作方式，CPU与SPC3的接口电路如下图所示。详细设计请参考：采用SPC3协议芯片设计PROFIBUS-DP智能从站，作者：山东大学，张强3.3.2、FPGA和ARM的PROFIBUS-DP主站通信平台设计1、PROFIBUS-DP主站通信协议PROFIBUS协议的结构以OSI为参考模型，DP使用第1层、第2层和用户接口，第3层到第7层未加以描述。一个DP系统既可以是一个单主站结构，也可以是一个多主站结构，多主站结构使用混合的总线访问控制机制，主站之间采取令牌控制方式；令牌在主站之间传递，拥有令牌的主站拥有总线访问控制权；主站与从站之间采取主从的控制方式。2、FPGA部分设计FPGA部分的主要任务是完成对PROFIBUS报文的组帧、拆帧、FCS校验以及对报文最基本的分析，对应的是PROFIBUS的链路层功能。主要由锁相环模块、串口时钟模块、接收模块和发送模块及相应的缓冲模块、处理模块、定时器模块和寄存器模块组成。各个模块分工不同，但联系紧密，每个模块内部又可以由几个小模块组成，如下图所示。17主站的状态转换图如下图所示：FPGA与ARM的交互过程如下图所示：详细设计请参考：FPGA和ARM的PROFIBUS-DP主站通信平台设计，作者：北京航空航天大学，孙倩华，满庆丰，夏继强。184、附录4.1、子目录资料说明PROFIBUS的相关资料放在了三个目录下，如下协议与规范：PROFIBUS规范，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS；PROFIBUS培训资料：PROFIBBUSPA冗余，PROFIBUSpa安装技术，PROFIBUS开发，PROFIBUS高效的工厂管理，PROFIBUS高效的实现仪表及电器的集成，PROFIBUS技术简介，PROFIBUS技术培训-总线协议，PROFIBUS标准简要说明；应用及其他资料：PB-B-RS232485.V3x应用手册，PROFIBUS与PROFINET比较，PROFIBUS成为中国国家标准，PROFIBUS系统，PROFIBUS应用方案。4.2、PROFIBUS的相关网站1、瑞典HMS工业网络有限公司http://www.anybus.cn/index.asp现场总线、工业以太网、串行通讯和无线通讯解决方案，有多种现场总线的相关说明。2、北京鼎实创新科技有限公司http://www.c-PROFIBUS.com.cn/index.htm专门从事PROFIBUS研究、产品开发、技术支持的公司，有PROFIBUS的相关资料下载。3、安徽皖科电子工程有限公司http://www.profibus-pa.com.cn/Index.Asp专门从事PROFIBUS研究、产品开发、技术支持的公司，有PROFIBUS的相关资料下载。4、关于PROFIBUS评价的一篇帖子（比较好）http://www.dndev.com/cgi-bin/forum/view.cgi?forum=5&topic=24825、采用SPC3协议芯片设计PROFIBUS-DP智能从站http://info.ec.hc360.com/2006/05/26105872154.shtml6、现场总线（PROFIBUS）技术简介http://www.ca800.com/trader/mach/lunwen_detail.asp?id=273957、PROFIBUS和CAN现场总线帧转换http://articles.e-works.net.cn/447/Article43216_1.htm19',)