PROFIBUS总线协议分为PROFIBUS-FMS(field bus message specification;现场总线报文规范)、PROFIBUS-DP(decentralized periphery;分散外围设备)、PROFIBUS-PA(process automation;过程自动化)、PROFIdrive、PROFIsafe、PROFInet子集。PROFIBUS被国际电工委员会列为IEC61158 Type 3国际标准。PROFInet被国际电工委员会列为IEC61158 Type 10国际标准。
PROFIBUS-FMS参照了OSI(open system interconnection;开放系统互连)参考模型的物理层、数据链路层和应用层,物理层符合RS-485标准,传输介质为双绞线和光纤。应用层又分为低层接口(lower layer interface;LLI)和现场总线报文规范子层。在用户层中规定了用户接口和FMS行规。拓扑结构为总线型、树型、星型。PROFIBUS-FMS主要用于车间级的自动化,构成主站-主站通信系统,主站为监控站,进行监控操作和管理。PROFIBUS-FMS通信速率为9.6kbps~12Mbps,属于中速现场总线。
PROFIBUS-DP参照了OSI参考模型的物理层和数据链路层,物理层符合RS-485标准,传输介质为双绞线和光纤。用户层又分为直接数据链路映像(direct data link Map;DDLM)和用户接口/用户(user interface/user;UI/U),另外还规定了DP行规。拓扑结构为总线型、树型、星型。PROFIBUS-DP主要用于装置级和现场级的自动化,构成主站-从站通信系统,主站为控制站,从站为现场设备或现场仪表。PROFIBUS-DP通信速率为9.6kbps~12Mbps,属于中速现场总线。
PROFIBUS-PA参照了OSI参考模型的物理层和数据链路层,物理层符合IEC61158-2标准,传输介质为双绞线,这2根导线既是供电线也是通信线,而且符合本质安全标准。用户层有用户接口,并规定了PA行规。拓扑结构为总线型、树型、星型。PROFIBUS-PA用于现场级的过程自动化,通信速率为31.25kbps,属于低速现场总线。
PROFIdrive有用于变速设备的行规V2版、用于驱动设备的行规V3版、用于PROFInet的行规V4版。PROFIdrive定义了6种应用类型:①Class1用于普通标准驱动设备;②Class2用于带有技术功能的标准驱动设备;③Class3用于定位驱动设备;④Class4用于中央运动控制;⑤Class5用于中央运动控制;⑥Class6用于分布式自动化。PROFIdrive主要应用于运动控制系统,诸如各类变频器、伺服控制器之间的数据传输。
在标准PROFIBUS协议栈之上增加了PROFIsafe层(安全层),一般的数据直接通过PROFIBUS层传输,安全相关的数据先通过PROFIsafe层后再经PROFIBUS层传输。PROFIsafe传输帧中附加了安全信息,诸如安全报文的连续编号、报文帧和确认帧之间的暂停时间、安全CRC(cyclic redundancy check;循环冗余检验)。PROFIsafe定义了安全通信行规,主要应用于安全性、可靠性要求特别高的控制系统,诸如核电站、紧急停车设备(emergency shutdown device;ESD)、安全仪表系统(safety instrumented system;SIS)。
PROFInet基于传统的以太网底层协议IEEE 802.3,并兼容了PROFIBUS现有应用。尽管PROFInet在概念上不同于一般的现场总线,但是它已经定义了从现场总线向以太网的全透明网络转换。拓扑结构为总线型、树型、星型、环型。PROFInet是高速以太网,作为企业主干网不仅可以集成PROFIBUS现场总线,而且可以集成其他现场总线,从而在整个企业内实现统一的控制与管理网络架构,将企业信息管理层与现场控制层有机地融为一体。