Profibus产品开发与开发包4的应用之一
                 ——海维深科技研发中心 王晟磊
[摘要]Profibus是当今最流行的现场总线之一，尤其在高要求的工业控制及过程控制中占有很大的比重，国内基于Profibus的控制工程应用已相当多（以西门子的PLC为主），但国内自行研制的Profibus产品却屈指可数。本文介绍了基于Profibus现场总线的产品开发，着重描述了从站芯片SPC3的硬件及软件以及从站开发包EKIT_4的使用。

关键字： 实时，通信速率，网络拓朴，Profibus-DP

Profibus（Process Fieldbus）——专为制造业自动化、过程自动化和楼宇自动化等领域智能现场设备间互联而设计的一种高性能高可靠现场总线。它是现行现场总线的典范。诞生于1987年，1996年被批准为欧洲标准EN50170，近年来它以每年20%-30%的惊人速度发展。截止目前，全世界Profibus设备安装总数已达200万台，由250多家企业生产的Profibus产品已达1600种以上，应用实例多达20万个，总投资达45亿美元。符合Profibus标准的设备具有此操作性和互换性，选用Profibus设备的最终用户不光可从不同的设备生产商选取相同功能的设备，还可以节省硬件工程和安装成本约40%。由于Profibus进入国内的时间较晚，所以国内工控界对它的了解并不太深，对它理论研究比产品开发要远远超前。为了解决这个问题，我国现场总线（Profibus）专业委员会（CPO）会同可编程序控制器及系统标准技术委员会（TC 124/SC5）组织各方面的专家，已于2000年中旬完成Profibus规范中标准部分（英文版）的翻译工作，同时西门子等Profibus协议的发起者也对Profibus在中国的开发应用加大了投入力度，并将其Profibus业务分成南北两个技术支持中心。作为Profibus南方技术支持中心，我们不光有着多年Profibus产品开发经验，而且对LONWORKS、工业以太网等多种技术的产品开发也有着较深的研究，这一切都将使我们的技术支持更加得力。作为国内Profibus的先行者，我们对Profibus的技术抱有极大的信心，并认为目前国内开发Profibus产品的时机已成熟。
1 Profibus协议简介
Profibus有着其他现场总线无法比拟的优点——专为过程控制开发的高可靠性和实时性。或者抢占式总线的拥护者会认为Profibus无论各个站点有没有数据它都占有同样多的时间片是一种浪费。但这有什么不好呢？对一个实时系统来说，不能预先知道自已能在多长的时间内得到数据或应答，将是系统工程师的厄梦，如果你选择了Profibus那将是值得庆幸的。但是又会有人说令牌网的管理的控制比较复杂比如站的增减比较困难等，幸好市面上有多种专用的Profibus协议解析芯片，所有的这些繁杂的事情都由它们去解决吧！你只要将你想传送的数据送给ASIC芯片，其它的一切都不用您操心。尤其是西门子的系列ASIC芯片，它有着您所需要的所有高性能，如：当今最快的现场总线之一（单主32个站，每个包2字节数据，通信速率12Mbit/s的情况下轮询典型值<1mS），自适应波特率（系统根据环境与网络大小自动调整波特率，使其工作于最佳的性能），过人的系统安全与可靠性设计（如Profibus-AI是专用于本征安全的现场环境），完善的自诊断功能（包括系统诊断、主站状态诊断、从站状态诊断、系统配置和管理），丰富的工业现场成功经验，等等，这一切都是您选择Profibus的理由。
     Profibus的层次结构基于ISO/OSI开放系统模型（ISO7498），它定义第一层（物理层，PHY），第二层（数据链路层，FDL）和第七层（应用层FMS）。第三层至第六层为了节约开销和提高效率没有定义。
为了满足苛刻的实时要求，Profibus协议概述如下：
l    不支持长信息段>235字节（实际最大长度为255字节，数据最大长度244字节，典型长度120字节）。
l    不支持短信息组块功能。由许多短信息组成的长信息包不符合短信息的要求，因此，Profibus不提供这一功能。（实际使用中可通过应用层或用户层的制定或扩展可克服这一约束）
l    本规范不提供由网络层支持运行的功能。
l    除规定的最小组态外，根据应用需求可以建立任意的服务子集。这对小系统（如：传感器等）由其重要。
l    其它功能是可选的，如口令保护方法等。
l    网络拓朴是线性总线，两端带终端器或不带终端器，包括站点电缆和分支（树）；（包括线性，树形，冗余环，星形）
l    介质、距离、站点数取决于信号特性，如对屏蔽双绞线，单段长度小于或等于1.2公里，不带中继器，32个站点每段；（网络规模：双绞线，最大长度9.6Km；光纤，最大长度90Km；最大站数，126个）
l    传输速率取决于网络拓朴和总线长度，从9.6Kbit/s到12Mbit/s不等；
l    提供第二介质（冗余）的可选；
l    在传输时，使用半双工，异步，滑差保护（无位填充）；
l    报文数据的完整性，用海明距离（HD）=4同步滑差检查和特殊序列，以避免数据的丢失和增加；
l    地址定义范围为：0-127（对广播和群播而言，127是全局地址），对区域地址、段地址的服务存取地址（服务存取点LSAP）的地址扩展，每个6位（bit）；
l    使用两类站：1）主站（主动站，具有总线存取控制权），2）从站（被动站，没有总线存取权）；如果对实时要求不苛刻，最多可用32个主站，总站数可达到127个；
l    总线存取基于混合、分散、集中三种方式；主站间用令牌传递，主站与从站之间用主-从方式。令牌在由主站组成的逻辑令牌环中循环。如果系统中仅有一外主站，则不需要令牌传递。这是一个单主站-多从站的系统。最小的系统配置由一个主站各一个从站或两个主站组成；
l    数据传输服务有两类：
1）    非循环的：
有/无应答要求的发送数据
有回答要求的发送和请求数据
2）    循环的（轮询）：
有回答要求的发送和请求数据