探秘PROFIBUS现场总线解锁其组成与协议结构的神秘之门揭晓与CAN总线485总线的差异之谜

在探索PROFIBUS现场总线的奥秘时，我们将揭开其由三个兼容部分构成的神秘面纱，分别是PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。每一部分都以独特之处服务于制造业自动化、流程工业自动化以及其他领域的需求。

首先，让我们深入了解PROFIBUS-DP，它是一种高速且成本效益高的通信方式，用于设备级控制系统与分散式I/O之间的数据交换。通过替代传统24VDC或4-20mA信号传输，主站和从站之间采用轮询机制进行信息交流，这使得它在自动化系统中单元级和现场级通信方面表现出色。

紧接着，我们将关注PROFIBUS-PA，该标准专为过程自动化设计，使得传感器与执行机构能够共享同一根总线，并确保了本征安全规范。电源和通信数据并行传输，这极大地提高了过程自动化系统中的单元级和现场级通讯效率。

最后，不可忽视的是PROFIBUS-FMS，它是一个令牌结构、实时多主网络，为车间级监控网络提供支持。在这个协议中，定义了主站与主站之间复杂通讯模型，以便实现系统级和车间级过程数据交换。

要理解PROFIBUS协议结构，我们必须回顾ISO7498国际标准，以及基于开放式系统互联网络（OpenSystemInterconnection-SIO）的参考模型，即OSI模型。尽管工业控制底层网络对信息量有限，但要求实时性及快速性非常高，因此现场总线采用的通信模型通常会在OSI基础上进行简化。

对于不同的应用场景，各个标准有着不同的功能定义：

PROFIBUS-DP 定义了第1至2层以及用户接口，但未涉及3至7层。此外，它详细规定了各种不同设备行为。

PROFIBUS-FMS 定义了第1至2、7层，其中包括应用协议，并向用户提供强大的通讯服务。

PROFIBUS-PA 采用扩展的DP协议，并描述了一套PA行为规则，以确保其本征安全性。此外，可通过总线供给电力给现场设备，同时可以使用连接器来扩展DP上的PA网络。

作为一个具有稳定国际标准EN50170保证并经过实际验证普遍适用的系统，Profibus不仅涵盖加工制造、过程和数字自动化等广泛应用领域，而且还能实现集中控制、分散控制或混合控制三种方式。这一切都归功于其灵活且经济有效的设计，将分散式数字化从现场到车间形成一个集成而协调运行的网络体系。

Profibus 的主要优点之一是其分布式令牌访问控制方式，这是一种时间触发型网络协议。在这种模式下，每个节点拥有自己的计时器，一旦获得令牌，就可以在预设周期内发送消息。如果没有请求，则节点可以自行发送消息，而不会干扰其他节点。这使得 Profibus 在需要快速响应、高效数据交换的情况下仍能保持良好的性能。