为了满足工业控制不同的要求，西门子采用多种工业通信网络，每种网络可能包含多种通信协议和通信服务。由于篇幅的原因，本书重点介绍生产中用得最多的PROFIBUS - DP、工业以太网和MPI网络通信。更多更深入的内容见作者主编的《西门子工业通信网络组态编程与故障诊断》。该书建立在大量实验的基础上，全面详细地介绍了实现通信最关键的组态和编程的方法，随书光盘有上百个经过实验验证的通信例程、多个西门子通信软件和100多本中文用户手册。

    通信的故障诊断是现场维修的难点。该书用约三分之一的篇幅和大量的实例，系统地介绍了网络通信的故障诊断和显示故障消息的方法。
    PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，它以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持，已被纳入现场总线的国际标准IEC 61158。PROFIBUS于2006年10月成为我国首个现场总线国家标准(GB/T 20540 - 2006)。全球安装的PROFIBUS节点总数已达数千万个。
    PROFIBUS - DP最大的优点是使用简单方便，在大多数甚至绝大多数实际应用中，只需要对网络通信作简单的组态，不用编写任何通信程序，就可以实现DP网络的通信。用户程序对远程I/O的编程，与对集中式系统的编程基本上没有什么区别。上述优点是PROFIBUS -DP得到广泛应用的主要原因之一。
    PROFIBUS是不依赖生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可以通过同样的接口交换信息。PROFIBUS可以用于分布式I/O设备、传动装置、plc和基于PC（个人计算机）的自动化系统。
    PROFIBUS技术是唯一可以满足两类通信应用（制造业和过程工业应用）的现场总线。
    ISO/OSI参考模型的物理层是第1层，PROFIBUS可以使用多种通信媒体（电、光、红外、导轨以及混合方式），传输速率为9. 6k~12 Mbit/s。每个DP从站的输入数据和输出数据最大为244B。使用屏蔽双绞线电缆时最长通信距离为9.6 km，使用光缆时最长90 km，最多可以接127个从站。
    PROFIBUS可以使用灵活的拓扑结构，支持线形、树形、环形结构以及冗余的通信模型。支持基于总线的驱动技术和符合IEC 61508的总线安全通信技术。下面介绍PROFIBUS的3种传输方式。
    1．DP/FMS的RS -485传输
    PROFIBUS - DP和PROFIBUS - FMS使用相同的传输技术和统一的总线存取协议，可以在同一根电缆上同时运行。DP/FMS符合EIA RS-485标准，采用价格便宜的屏蔽双绞线电缆，电磁兼容性(EMC)条件较好时也可以使用不带屏蔽的双绞线电缆。标准PROFIBUS电缆一般都是A类电缆，其A线为绿色，B线为红色。
    图1中A、B线之间是220Ω终端电阻，根据传输线理论，终端电阻可以吸收网络上的反射波，有效地增强信号强度。两端的终端电阻并联后的值应基本上等于传输线相对于通信频率的特性阻抗。390Ω的下拉电阻与数据基准电位DGND相连，上拉电阻与DC 5V电压的正端(VP)相连。在总线上没有站发送数据（即总线处于空闲状态）时，上拉电阻和下拉电阻用于确保A、B线之间有一个确定的空闲电位。
    大多数PROFIBUS总线连接器都集成了终端电阻，连接器上的开关在On位置时终端电阻被连接到网络上，开关在Off位置时终端电阻从网络上断开。每个网段两端的站必须接入终端电阻，中间的站不能接入终端电阻。
    传输速率从9.6k~12 Mbit/s，所选的传输速率用于总线段上的所有设备。传输速率大于1.5 Mbit/s时，由于连接的站的电容性负载引起导线反射，必须使用附加有轴向电感的总线连接插头。RS -485采用半双工、异步的传输方式，PROFIBUS的1个字符帧由8个数据位、1个起始位、1个停止位和1个奇偶校验位组成。
    PROFIBUS的站地址空间为0～127，其中的127为广播用的地址，所以最多能连接127个站点。一个总线段最多32个站，超过了必须分段，段与段之间用中继器连接。中继器没有站地址，但是被计算在每段的最大站数中。
    每个网段的电缆最大长度与传输速率的关系见表1。分支电缆的最大长度见表2，使用中继器隔离的分支网段的长度不受表6-3的限制。
    表1   传输速率与总线长度的关系
 
    表2    网络中分支电缆的长度
 
    2．D型总线连接器
    PROFIBUS标准推荐总线站与总线的相互连接使用9针D型连接器。连接器的引脚分配如表3所示。在传输期间，A线和B线对“地”( DGND)的电压波形相反。信号为1时B线为高电平，A线为低电平。各报文之间的空闲( Idle)状态对应于二进制“1”信号。总线连接器上有一个进线孔( In)和一个出线孔(Out)，分别连接至前一个站和后一个站。
    表3   D型连接器的引脚分配
 
    3．DP/FMS的光纤电缆传输
    PROFIBUS可以通过光纤中光的传输来传送数据。单芯玻璃光纤的最大连接距离为15 km，价格低廉的塑料光纤为80m。光纤电缆对电磁干扰不敏感，并能确保站之间的电气隔离。近年来，由于光纤的连接技术已大大简化，这种传输技术已经广泛地用于现场设备的数据通信。许多厂商提供专用总线插头来转换RS -485信号和光纤导体信号。
    光链路模块( OLM)用来实现单光纤环和冗余的双光纤环。在单光纤环中，OLM通过单工光纤电缆相互连接，如果光纤电缆断线或OLM出现故障，整个环路将崩溃。在冗余的双光纤环中，OLM通过两个双工光纤电缆相互连接，如果两根光纤线中的一根出了故障，总线系统将自动地切换为线性结构。光纤导线中的故障排除后，总线系统返回到正常的冗余环状态。
    4．PROFIBUS - PA的IEC 1158 -2传输
    PROFIBUS - PA采用符合IEC 1158 -2标准的传输技术，即曼彻斯特码编码与总线供电传输技术。这种技术确保本质安全，并通过总线直接给现场设备供电，能满足石油化学工业的要求。用曼彻斯特编码传输数据时，从0（-9 mA）到1(+9mA)的上升沿发送二进制数“0”（见图6-13），从1到0的下降沿发送二进制数“1”。每一位的前半位电平对应于传送的二进制数（高电平为1，低电平为0），后半位与前半位的电平相反。传输速率为31. 25 kbit/s。传输媒体为屏蔽或非屏蔽的双绞线，允许使用线性、树形和星形网络。
 
    图2    PROFIBUS - PA的数据传输
    总线段的两端用一个无源的RC总线终端器来终止（见图2），一个PA总线段最多可以连接32个站，最多可以扩展4台中继器，站的总数最多为126个。最大的总线段长度取决于供电装置、导线类型和所连接的站的电流消耗。为了增加系统的可靠性，可以用冗余总线段作总线段的备份：DP/PA链接器用于PA总线段与DP总线段的连接。
    PROFIBUS协议主要由PROFIBUS - DP、PROFIBUS - PA和PROFIBUS - FMS组成。
    1．PROFIBUS -DP
    DP是Decentralized Periphery（分布式外部设备）的缩写。PROFIBUS - DP(简称为DP)主要用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信，特别适合于PLC与现场级分布式I/O设备之间的通信。DP是PROFIBUS中应用最广的通信方式。
    PROFIBUS - DP用于连接下列设备：PLC、PC和hmi设备；分布式现场设备，例如SI-MATIC ET 200和变频器等设备。PROFIBUS - DP的响应速度快，所以很适合在制造行业使用。
    作为PLC硬件组态的一部分，分布式I/O（例如ET 200）用STEP 7来组态。通过供货方提供的GSD文件，可以用STEP 7将其他制造商生产的从站设备组态到网络中。
    有的S7 - 300/400 CPU配备有集成的DP接口，S7 - 200/300/400也可以通过通信处理器( CP)连接到PROFIBUS - DP。
    2．PROFIBUS - PA
    PA是Process Automation（过程自动化）的缩写。PROFIBUS - PA用于PLC与过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输（见图3），特别适用于过程工业。
 
    图3   PROFIBUS - PA
    PROFIBUS - PA功能集成在起动执行器、电磁阀和测量变送器等现场设备中。传输速率为31. 25 kbit/s，可以采用总线型或树型结构。
    PROFIBUS - PA由于采用了IEC 1158 -2标准，确保了本质安全和通过屏蔽双绞线电缆进行数据传输和供电，可以用于防爆区域的传感器和执行器与中央控制系统的通信。
    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功能来制订现场设备的参数和进行设备操作。PROFIBUS - PA行规保证了不同厂商生产的现场设备的互换性和互操作性。PA行规已对所有通用的测量变送器和其他一些设备类型作了具体规定。
    使用DP/PA链接器可以将PROFIBUS - PA设备很方便地集成到PROFIBUS - DP网络中。
    与PROFIBUS - DP设备一样，PROFIBUS - PA设备也是用制造商的GSD文件来描述。
    3．PROFIBUS - FMS
    FMS是Field Message Specification（现场总线报文规范）的缩写，用于系统级和车间级的不同供应商的自动化系统之间传输数据，处理单元级（PLC和PC）的多主站数据通信。
    现在PROFIBUS - FMS已经基本上被以太网通信取代，实际上很少使用。
    4．PROFldrive
    PROFIdrive用于将驱动设备（从简单的变频器到高级的动态伺服控制器）集成到自动控制系统中。PROFIdrive定义了用PROFIBUS访问驱动器数据的设备性能和方法。
    为了完成现代驱动器的各种任务，PROFIdrive定义了6个应用类别：
    1)类别1定义了用速度设定值控制的标准驱动器。
    2)类别2定义了具有技术功能的标准驱动器。过程被划分为一些子过程，主站将驱动任务发送给驱动设备，请求在各个驱动器之间直接进行数据交换。
    3)类别3定义了包括位置控制器的定位驱动器。通过PROFIBUS启动和传输定位请求。
    4)类别4和类别5定义了可在多个驱动器之间实现协调运动顺序的中央运动控制。PROFIBUS用于位置闭环控制和同步时钟周期。
    5)类别6包括时钟处理和使用电子轴的分布式自动化，例如通过直接数字交换和同步通信实现“电子齿轮传动”或“电子凸轮”功能。
    PROFIdrive定义了访问驱动器参数和与制造商有关的配置文件的参数的机制。
    5．PROFlsafe
    PROFIsafe用于PROFIBLTS和PROFINET面向安全设备的故障安全通信。可以用PROFIsafe很简单地实现安全的分布式解决方案。不需要对故障安全I/O进行额外的布线，在同一条物理总线上传输标准数据和故障安全数据。
    PROFlsafe是一种软件解决方案，在CPU的操作系统中以附加的PROFIsafe层的形式实现故障安全通信。PROFIsafe考虑了数据的延迟、丢失、不正确的时序、地址和数据的损坏，采用了很多措施来保证故障安全数据传输的完整性。
    6．PROFIBUS FDL
    FDL是Fieldbus Data link（现场总线数据链路）的缩写，通信伙伴可以是S7、S5系列PLC或PC。FDL服务由PROFIBUS协议约第2层提供，允许发送和接收最多240B的数据块。只有CP（通信处理器）才能提供FDL报务。
    7．PROFIBUS在冗余控制系统中的应用
    可以将PROFIBUS用在冗余结构中。例如通过两个接口模块，将ET 200 I/O设备连接到冗余自动化系统的两个PROFIBUS子网。PROFIBUS PA线路可以通过一个冗余DP/PA连接器和两个接口模块进行耦合，也可以通过Y形链接器在冗余PROFIBUS中操作非冗余设备。