1 引言

　　Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于生產商的現場總線標準，廣泛應用于工業自動化領 域。Profibus根據應用特點分為Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA三個兼容版本。其中Profibus- DP是一種高速（數據傳輸速率9.6kbit/s-12Mbit/s）經濟的設備級網絡，主要用于現場控制器與分散I/O之間的通信，可滿足交直流調速系 統快速響應的時間要求。由于其高可靠性、高性能、實時性好及其獨特的設計，已被幾乎所有的生產廠商和用戶所接受。

　　BWS伺服電機具有結構緊湊、控制容易、運行平穩、相應快等優異特性，已越來越成為現代工業自動化運 動控制的重要力量。特別是在自動化程度比較高、需精確控制速度、位置、力矩等應用場合，如紡織機械、印刷機械、造紙機械，數控機床、工業機器人等重要行業 得到了普遍的應用。雖然PROFIBUS-DP不像SERCOS、MACRO、Fire Wire是專門為運動控制而開發的，但在實際控制中由于PROFIBUS-DP的廣泛存在，所以運用PROFIBUS總線對伺服的控制具有很重要的現實意 義。

　　2 PROFIBUS-DP總線技術

　　2.1 PROFIBUS-DP簡介

　　PROFIBUS以ISO7498為基礎，以開放式系統互聯網絡OSI（open system interconnection）作為參考模型，定義了物理傳輸特性、總線存取協議和應用功能。其傳輸速率為 9.6kbps-12Mbps，最大傳輸距離在12Mbps時為100m，在1.5Mbps時為400m，可用中繼器延長至10km。最多可掛接127個 站點。PROFIBUS-DP是一種高速和便宜的通訊連接，使用了第1層、第2層（即物理層和數據鏈路層）和用戶接口層，第3層至第7層未加以描述，這種 流體型結構確保了數據傳輸的快速和有效。它是專門為自動控制系統和設備分散的I/O之間進行的通訊而設計的。使用PROFIBUS-DP模塊可取代24V 或4～20mA的串聯式信號傳輸，減少投資成本。直接數據鏈路映像（DDLM）提供的用戶接口，使得對數據鏈路層的存取變的簡單方便，傳輸可使用RS- 485傳輸技術或光纖媒體。

　　標準現場總線PROFIBUS-DP的硬件由主設備、從設備、網絡網路等三部分組成。其中主設備用以控制總 線上的數據傳輸，且在沒有提供外部請求時發送信息和被授權可訪問總線。從設備是相對于主設備而言較為簡單的外部設備，且未被授權訪問總線;網絡網路如傳輸 介質和網絡鏈接器，前者用屏蔽雙絞電纜構成電氣網絡，用塑料或玻璃纖維光纜構成的光纖網絡，或是基于兩種媒介之間由OLM轉換的混合網絡;后者如RS- 485總線連接器、RS-485總線終端、RS-485中繼器、光鏈路模塊OLM等。

　　2.2 PROFIBUS-DP通信協議及特點

　　PROFIBUS-DP物理層與ISO/OSI參考模型的第一層相同，采用EIA—RS485協議，根據數據傳輸速率的不同，可選用雙絞線和光纖兩種傳輸媒體。

　　圖1 RS485總線段結構圖

　　圖1中兩根數據線通常被稱為A線和B線，分別對應RXD/TXD-N和RXD/TXD-P信號。

　　PROFIBUS-DP數據鏈路層協媒體訪問控制（MAL）部分采用受控訪問的令牌總線（Token Bus）和主從方式。其中令牌總線與局域網IEEE8024協議一致，令牌在總線上的各主站間傳遞，持有令牌的主站獲得總線控制權，該主站依照關系表與從 站或其他主站進行通信。主從方式的數據鏈路協議與局域網標準不同，它符合HDLC中的非平衡正常響應模式（NRM）。該模式的工作特點是：總線上一個主站 控制著多個從站，主站與每一個從站建立一條邏輯鏈路;主站發出命令（Command），從站給出響應（Respond）;從站可以連續發送多個幀，直到無 信息發送、達到發送數量或被主站停止為止。數據鏈路中幀的傳輸過程分為三個階段：數據鏈路建立、幀傳輸和數據鏈路釋放。

　　圖2中F為幀標 志字段（8位）。A為從站地址字段。控制字段C表示幀類型、編號、命令和控制信息，它將HDLC幀分為三種類型：信息幀（1）、監控幀（S）和無編號幀 （U）。其中信息幀用于應用數據（Useful Data）的傳輸并捎帶應答;監控幀用于監視鏈路上的正常操作，對鏈路狀態做出各種響應（如認可幀、請求重傳或暫停等）;無編號幀（不含信息字段）用于傳 輸各種元編號命令和響應，例如建立鏈路工作模式，釋放鏈路及報告特殊情況等。信息字段由PKW+PZD的應用數據構成，PKW用于讀寫參數值，如寫入控制 字或讀出狀態字等，一般為4B長，而PZD用于存放控制器的具體控制值，設置站點或狀態字的參數，一般為2～10B長。例如，PKW=P554.1代表向 變頻器的主驅動模塊寫入一個16位的控制字，控制字的每一位都代表一種不同的控制含義;PZD的第二個字節為0#～7#電機的起停控制位。FCS是幀校驗 字段，它對整個幀的內容進行循環冗余碼（CRC）校驗，該HDLC幀最長可達24B。

　　圖2 正常響應模式主站與從站間傳輸幀的格式

　　3 伺服電機接入PROFIBUS-DP網絡

　　廣州博瑋伺服科技有限公司的BWS-NBBR/BBF型伺服控制系統由于其控制器提供了專門的PROFIBUS-DP總線接口模塊，可以像其他的 PROFIBUS-DP一樣，用普通的雙絞線作為通信介質，很方便的連接到基于PROFIBUS-DP總線的工業控制系統上，如圖3所示。

　　上位機由西門子的S7-300PLC組成，型號為6ES7315-2AG10-0AB0，它有一個專門的PROFIBUS-DP接口，一個MPI通信接 口，可接入64個從站。PROFIBUS-DP總線負責對整個系統的中的所有伺服控制器進行管理，包括速度、力矩、位置等參數的命令傳送與設置等。作為一 個窗口，由組態軟件ProTool編織的人機界面可方便的對整個控制系統進行監視和參數的修改。

　　BWS-BBR/BBF的伺服控制器與 伺服電機之間采用旋轉編碼器或光電編碼器建立反饋，形成高精度的伺服控制系統，伺服電機實時的將其運行狀態與信息上傳給伺服控制器。作為 PROFIBUS-DP總線上的節點，伺服控制器可以與PLC主機進行通信，通過總線接受上位機的各種操作、控制和參數設定命令等。

　　圖3 伺服電機接入PROFIBUS-DP網絡系統結構示意圖