1引言
随着计算机、控制、通信和网路等技术的进步，现场汇流排在20世纪80年代中期逐渐发展起来。现场汇流排是套用在生产现场测量与控制设备之间实现双向串列多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数位化、多节点通信的底层控制网路。PROFIBUS是过程现场汇流排（ProcessFieldBus）的缩写。德国科学技术部总结了20世纪80年代德国工业界自动控制技术的发展经验，为了适应分散控制系统的发展要求。对各公司自己定义的网路协定加以规範化、公开化，使得不同厂家生产的自动控制设备在网路通信级互相兼容、遵守同一协定，以利于提高工业标準化水平，于1987年列为德国国家项目，由13家大公司（如SIEMENS、ABB、AEG等）及5家研究所经过2a多的时间完成。1991年，PROFIBUS成为德国国家标準DIN19245,1996年6月成为欧洲标準EN10170,1999年加入IEC61158协定。PROFIBUS已成为套用广泛、技术成熟的国际标準现场汇流排之一，广泛套用于加工製造、过程和楼宇自动化等领域。
2PROFIBUS现场汇流排
2.1PROFIBUS系列
PROFIBUS根据套用特点分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA3个兼容版本。
a.PROFIBUS-DP以DIN19245的第一部分为基础，经过最佳化的高速、廉价通信网路，适用于自动控制系统和设备级分散I/O之间通信。在设备级，中央控制器（如PLC、PC）通过高速串列线同分散的现场设备（如I/O、感测器、阀门、执行器等）进行通信。DP一般构成单主站系统，主从站之间採用循环数据传送方式工作，最高通信速率可达12Mbit/s。
b.PROFIBUS-FMS完成车间级通用性通信任务，提供大量的通信服务，实现周期性和非周期性通信。目前，PROFIBUS-FMS的作用正在为高速工业乙太网HSE(HighSpeedEthernet)代替。
c.PROFIBUS-PA专为过程自动化设计,用于本质安全和现场供电的场合。
2.2PROFIBUS的协定结构和传输技术
PROFIBUS协定根据ISO74898国际标準，以开放系统互连ISO/OSI为参考模型。协定结构如图1所示。协定定义了第1层（物理层）、第2层（数据链路层）和第7层（套用层）。没有使用第3层至第6层，这样可以减少通信开支，增加效率。
2.2.1PROFIBUS的物理层
现场汇流排的物理层规定了汇流排介质、网路拓扑、传输距离、传输速率、站点数以及汇流排接口。它提供有关同步和比特流在物理媒体上的传输手段。PROFIBUS提供3种传输技术。
a.DP和FMS的RS485传输基本特点见表1。
b.PA的IEC1158-2传输基本特点见表2。
c.在电磁干扰很大的环境下，可以使用光纤导体提高传输距离和传输速度。许多厂商提供专用的汇流排插头可将RS485信号和光纤信号互相转换。
2.2.2PROFIBUS的数据链路层
数据链路层主要实现介质存取控制MAC和数据通信服务功能。MAC保证令牌的按序传递，在任意时刻汇流排上只有一个节点传送数据，避免信息的碰撞延时。数据通信服务提供点对点，点对多点和广播通信功能，所有电文海明距离等于4，保证数据的完整性。
2.2.3PROFIBUS的套用层
在DP和PA中没有套用层，只有複杂场合使用的FMS中有套用层。套用层由低层接口LLI和现场汇流排信息规範FMS2部分组成，FMS描述通信对象，提供套用服务；LLI主要实现将FMS的服务映射到数据链路层，通信连线的建立、监视和释放以及数据流控制。
3PROFIBUS在控制领域的技术优势
3.1汇流排存取协定——实时性
PROFIBUS主站之间採用令牌传递方式，主站和从站之间採用主从方式。令牌传递程式保证每个主站在确定的时间片内得到汇流排访问许可权，主站得到令牌以后，根据主从关係表向从站传送和索取数据信息。这种介质存取方式确保控制系统需要的实时性。例如，主频200MHz的CPU，300个I/O点的扫描周期小于50ms。
3.2系统配置灵活
可根据套用对象的控制要求，灵活选择纯主—从系统、纯主—主系统或多主多从的混合系统。3种系列的PROFIBUS容易集成在一起，DP和FMS使用了同样的传输技术和汇流排存取协定，因而这2套系统可在一根双绞线上同时操作；PA和DP之间使用分段耦合器能方便地集成在一起。
3.3PROFIBUS-PA本质安全特性
PROFIBUS-PA支持汇流排供电。在一条双绞线上即可实现数据通信和向现场设备供电。汇流排的操作电源来自单一供电装