探秘PROFIBUS现场总线解锁其构成与协议奥秘

探索PROFIBUS现场总线：揭秘其构成与协议机制的精髓

PROFIBUS是一种国际化、开放式且设备生产商无关的现场总线标准，广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化以及楼宇、交通和电力等其他领域。该技术由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（分散控制局部）、PROFIBUS-PA（过程自动化）和PROFIBUS-FMS（现场总线信息规范）。每一部分都有其独特的功能和应用场景。

PROFIBUS-DP：以高速低成本通信为特点，是用于设备级别控制系统与分散式I/O通信的一种解决方案。通过使用DP，可以替代24VDC或4-20mA信号传输。主站与从站之间采用轮询方式进行数据交换，这在单元级和现场级通信中尤为常见。

PROFIBUS-PA：专门设计用于过程自动化，它使得传感器和执行机构能够在同一根总线上运行，并包含了本征安全规范。电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中的单元级和现场级通讯。

PROFIBUS-FMS：是一个令牌结构、实时多主网络，定义了主站与主站之间的通讯模型，主要用于系统级及车间级过程数据交换。在工业控制底层网络中，由于信息量较小且实时性要求较高，因此采用的通信模型通常基于OSI参考模型，但进行了简化。

对于不同部分的协议结构：

PROFIBUS-DP 定义了第1至2层以及用户接口，其余几层未加描述。用户接口规定了用户可访问到的应用功能，并详细说明了各类不同的DP设备行为。

PROFIBUS-FMS 定义了第1至2及7层，其中包括字段消息规范(FMS) 和低层接口(LLI)。FMS提供了一套强大的通讯服务，而LLI则协调不同关系并提供第二层不依赖设备的访问接口。

PROFIBUS-PA 采用扩展DP协议，并描述了PA行规。这意味着它保证了一定的本征安全性，同时也可以通过总线供给电力给现场设备。此外，可通过连接器将DP扩展到PA网络中实现更广泛的应用范围。

PROFibus具有稳定国际标准EN50170保障，以及经过实际验证普遍适用的优点，使其成为加工制造、过程及数字自动化等多个领域不可或缺的一环。这一系统分为主站及其从站：

主站在获得令牌后，有权自行发送信息，无需外界请求即可发起。

从站在没有令牌的情况下，只能对收到的信息确认，或当主站发出请求时向之回应，从而称为被动节点或从节点，由于只需掌握少数协议因此实施起来特别经济有效。

作为一种分布式令牌网络，Profibus利用时间触发机制来确保所有节点均能按预设周期完成数据交换任务。当一个节点获得令牌后，它可以在事先定义的一个时间窗内完成对其他节点及可能存在的另一个主节点之间的数据交换。而为了实现这一目标，Profibus还引入两类计时器，一是用以计算整个循环周期TRR；二是计算持有令牌所需时间TTH，当某个节 点再次获得令牌时，将当前剩余循环周期减去已经过去的一个完整循环周期赋值给持有者计数器，以此来决定下一次发送何种优先度的事务。在拥有足够剩余持有期限TTH期间，该节点就可以连续发送若干待处理事务直至这些事务全部处理完毕或者超出预设允许持续保持持有状态TTH限制，如果仅仅因为之前的事务导致超出了原定允许限额，则只能发送具有最高优先顺序的事项。如果继续延长超出原本预定的最大持有期限则会影响到达最终目的地即达到保证严格按照既定计划实现实时性的基本需求，不论是在支持高还是低优先次序的情况下，都会首先检测是否已经超过该指定允许最大持续保持状态如果已然超过，就立即开始准备释放当前所拥有的命令队列以便让其他需要共享相同资源的人员进入竞争环境。但这并不意味着必须提前检查是否还有更多事情要做而导致不能完全放手这个职责，因为这样做反而会进一步削弱对关键任务执行效率，对那些处于紧迫状态下的重要操作来说这是非常危险的事情，因此这种策略虽然简单但却是必不可少的一个步骤之一对于任何想要建立一个真正灵活且能够迅速响应各种突发事件能力强大的智能管理体系来说，这一点是不言而喻的地位上的利好因素之一，而且它不仅能够很好地满足日常运作需求，更重要的是，在需要快速决策并迅速行动的时候，它表现出的优势将大大增强组织整体工作效率，让他们更加具备应对挑战竞争力的能力。不过尽管如此，我们仍然必须承认，在实际操作中这样的设计方法确实在一定程度上牺牲了一些原本应该得到更好的保护的地方，如维护自身核心业务活动之必要性，比如说增加风险敞开空间或降低安全水平可能带来的潜在问题等问题，还有一些时候由于无法准确判断哪些情况属于紧急情况，所以难免有些时候就不得不犹豫甚至选择忽略一些潜在的问题，这也是我们一直以来寻求如何平衡两个极端——速度与稳健性的老难题之一。但正因为这样，也使得这项技术得到了许多企业青睐，因为它们知道，即便是在压力巨大的环境下，他们仍然可以依靠这个平台来维系日常运作，同时也不失战斗力的同时也有助于提升产品质量提高客户满意度，为公司赢得更多市场份额奠定坚实基础。此外，其开销相比很多同类型产品要低廉很多，使其成为众多企业投资理想选择，因而成了目前工业领域中最受欢迎的一种解决方案之一。此所以说，对于那些希望找到既符合财政预算又能提供卓越性能支持未来增长战略发展方向的大型项目来说，那么考虑加入专业团队评估各种可能性，然后根据具体情况选取合适方案也是明智之举。这就是为什么人们越来越倾向于采用这种技术作为他们业务流程现代化进程中的关键工具，而不是简单地视之为普通硬件配置选项。在现今这个不断变化全球经济形势背景下，我们期待看到更多关于如何利用新兴技术推动创新转型成功案例出现，以帮助企业避免停滞不前的陷阱，为他们打造更加坚固抵御市场波动风暴脚本！