上海非俗工控自動化設備有限公司

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1 PROFIBUS 概述

PROFIBUS網絡通訊的本質是RS485串口通訊，按照不同的行業應用，主要有三種通訊行規：DP（Decentralized Peripherals），FMS（Field Message Specification）和PA（Process Automation）行規。

其中DP通訊的方式在OSI參考模型中主要使用第1、2、7層，因此PROFIBUS DP網絡的通訊速度較快，且報文簡單（表1）。


第7層

（應用層）

DP設備行規

FMS設備行規

PA設備行規


基本功能

擴展功能

基本功能

擴展功能


DP用戶接口     直接數據鏈路映象程序(DDLM)

應用層接口

（ALI)

DP用戶接口     直接數據鏈路映象程序(DDLM)


第3～6層



（并沒有省略）




第2層（數據鏈路層）

數據鏈路層                 現場總線數據鏈路（FDL)

數據鏈路層          現場總線數據鏈路（FDL)

IEC接口


第1層

（物理層）

物理層

（RS485/光纖)

物理層

（RS485/光纖）

IEC61158-2


表1  三種PROFIBUS的通訊行規的OSI模型

隨著現場總線的應用領域不斷擴大，PROFIBUS技術也在不斷的發生著變化，例如FMS行規目前已經不再使用，而DP和PA的應用會越來越多，另外類似Motion Control with PROFIBUS 和PROFIsafe 等新的行規也都會隨著應用而逐漸普及。

但無論那種行規，涉及到的硬件和網絡形式基本都是一致的（PA除外）。因此這里我們從基本的網絡硬件著手，介紹PROFIBUS的網絡連接方式。

2 PROFIBUS網絡硬件

PROFIBUS網絡主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通訊介質，PROFIBUS插頭，中繼器，診斷中繼器，OLM以及有源終端電阻等。

2.1 PROFIBUS接口

PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管腳定義為：



image004.jpg

一般CPU或者CP板卡都采用該接口。該接口外部的金屬部分一般連接到CPU或者CP的內部的“PE”。而當CPU安裝在底板上時，其“PE”與底板是連通的，此時如果將安裝底板在電氣柜內做接地處理，則該SUB-D接口的外部金屬部分也是接地的。

2.2 通訊介質

關于通訊介質，在表1的OSI模型中已經規定：PROFIBUS網絡支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質。當然，現在也有支持無線通訊的設備，但我們目前面對的主要還是有線介質的用戶。



2.2.1 PROFIBUS 電纜

PROFIBUS（類型1）介質是一根屏蔽雙絞電纜，屏蔽可以提高電磁兼容（EMC）能力。

類型1：NRZ位編碼與EIA RS-485信號結合，目的是降低總線耦合器成本，耦合器可以使站與總線之間電氣隔離或非電氣隔離；需要總線終端器，特別在較高數據傳輸速率（達到1500 k bits/s）時更需要。類型1規范描述平衡的總線傳輸，符合美國標準EIA RS-485(EIA: 電氣工業協會；RS-485: 平衡的數字多點系統中使用的收/發器的電特性標準)。在雙絞線兩端的終端器使得類型1的物理層支持高速數據傳輸。傳輸速率≤93.75 kbits/s時，大電纜長度為1.2km 。對1500 kbits/s的速度，大長度減到70/200m(對B/A型電纜)。

PROFIBUS電纜的特性阻抗應在100Ω到220Ω之間，電纜電容（導體間）應該＜60pF/m，導線截面積應≥0.22mm2(24 AWG)。電纜選擇標準參見美國標準EIA RS-485的附錄。