PROFIBUS概貌

　　（1） PROFIBUS是一種國(guó)際化．開(kāi)放式．不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化．流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇．交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。
　　（2） PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS－PA（Process Automation ）．PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。
　　（3） PROFIBUS – DP: 是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代辦24VDC或4－20mA信號(hào)傳輸。
　　（4） PORFIBUS－PA：專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。
　　（5） PROFIBUS－FMS：用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)．實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。
　　（6） PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。
　　（7） 與其它現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造．過(guò)程控制和自動(dòng)化等。PROFIBUS開(kāi)放性和不依賴于廠商的通信的設(shè)想，已在10多萬(wàn)成功應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)。市場(chǎng)調(diào)查確認(rèn)，在德國(guó)和歐洲市場(chǎng)中PROFIBUS占開(kāi)放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的市場(chǎng)超過(guò)40％。PROFIBUS有國(guó)際著名自動(dòng)化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。
　　《PROFIBUS 協(xié)議結(jié)構(gòu)》
PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Open System Interconnection-SIO）作為參考模型的。該模型共有七層。
　　（1）PROFIBUS－DP：定義了第一．二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明了各種不同PROFIBUS－DP設(shè)備的設(shè)備行為。
　　（2）PROFIBUS－FMS：定義了第一．二．七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低層接口(Lower Layer Interface － LLⅠ)。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLⅠ協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問(wèn)接口。
　　（3）PROFIBUS－PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS－DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158－2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過(guò)總線給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　注：第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，第三－六層末使用，第七層為應(yīng)用層。

《PROFIBUS傳輸技術(shù)》
PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型：
　　（1）用于DP和FMS的RS485傳輸。
　　（2）用于PA的IEC1158－2傳輸。
　　（3）光纖
　　1． 用于DP／FMS的RS485傳輸技術(shù)
　　由于DP與FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問(wèn)協(xié)議，因而，這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時(shí)操作。
　　RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的的一種傳輸技術(shù)。這種技術(shù)通常稱之為H2。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線。
　　RS-485傳輸技術(shù)基本特征：
　　（1） 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€性總線，兩端有有源的總線終端電阻。
　　（2） 傳輸速率：9.6K bit /s12M bit/ s
　　（3） 介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）。
　　（4） 站點(diǎn)數(shù)：每分段32個(gè)站（不帶中繼），可多到127個(gè)站（帶中繼）。
　　（5） 插頭連接：最好使用9針D型插頭。
　　2． RS－485傳輸設(shè)備安裝要點(diǎn)
　　（1） 全部設(shè)備均與決線連接。
　　（2） 每個(gè)分段上最多可接32個(gè)站（主站或站）。
　　（3） 每段的頭和尾各有一個(gè)總線終端電阻，確保操作運(yùn)行不發(fā)生誤差。兩個(gè)總線終端電阻必須永遠(yuǎn)有電源。
　　（4） 當(dāng)分段站超過(guò)32個(gè)時(shí)，必須使用中繼器用以連接各總線段。串聯(lián)的中繼器一般不超過(guò)3個(gè)。
　　（注：中繼器沒(méi)有站地址，但被計(jì)算機(jī)在每段的最多站數(shù)中）
　　（5） 電纜最大長(zhǎng)度取決于傳輸速率。如使用A型電纜，則傳輸速率與長(zhǎng)度如下：
　　波特率：（K bit/s）9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 1200
　　距離／段（M） 1200 1200 1200 1000 400 200 100
　　（6） A型電纜參數(shù)：
　　 阻抗：135－165Ω 電容：＜30 pf / m 回路電阻：110Ω
　　線規(guī)：0.64mm 導(dǎo)線面積：＞0.34mmΩ
　　（7） RS－485的傳輸技術(shù)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)最好使用9針D型插頭。
　　（8） 當(dāng)連接各站時(shí)，應(yīng)確保數(shù)據(jù)線不要擰絞，系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境（如汽車制造業(yè)）下運(yùn)行應(yīng)使用帶屏蔽的電纜,屏蔽可提高電磁兼容性（EMC）。
　　（9） 如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應(yīng)在兩端與保護(hù)接地連接，并通過(guò)盡可能的大面積屏蔽接線來(lái)復(fù)蓋，以保持良好的傳導(dǎo)性。另外建議數(shù)據(jù)線必須與高壓線隔離。
　　（10） 超過(guò)500K bit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)應(yīng)避免使用短截線段，應(yīng)使用市場(chǎng)上現(xiàn)有的插頭可使數(shù)據(jù)輸入和輸出電纜直接與插頭連接，而且總線插頭連接可在任何時(shí)候接通或斷開(kāi)而并不中斷其它站的數(shù)據(jù)通信。
　　3用于PA的IEC1158－2傳輸技術(shù)
　　（1） 數(shù)據(jù)IEC1158－2的傳輸技術(shù)用于PROFIBUS－PA，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本征安全性，并通過(guò)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。
　　（2） IEC1158－2是一種位同步協(xié)議，可進(jìn)行無(wú)電流的連續(xù)傳輸，通常稱為H1。
　　（3） IEC1158－2技術(shù)用于PROFIBUS－PA，其傳輸以下列原理為依據(jù)：
　　①． 每段只有一個(gè)電源作為供電裝置。
　　②． 當(dāng)站收發(fā)信息時(shí)，不向總線供電。
　　③． 每站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流。
　　④． 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備其作用如同無(wú)源的電流吸收裝置。
　　⑤． 主總線兩端起無(wú)源終端線作用。
　　⑥． 允許使用線性．樹(shù)型和星型網(wǎng)絡(luò)。
　　⑦． 為提高可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)可采用冗余的總線段。
　　⑧． 為了調(diào)制的目的，假設(shè)每個(gè)部線站至少需用10mA基本電流才能使設(shè)備啟動(dòng)。通信信號(hào)的發(fā)生是通過(guò)發(fā)送設(shè)備的調(diào)制，從±9mA到基本電流之間。
　　（4） IEC1158－2傳輸技術(shù)特性：
　　①． 數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)字式．位同步．曼徹斯特編碼。
　　②． 傳輸速率：31.25K bit /s，電壓式。
　　③． 數(shù)據(jù)可靠性：前同步信號(hào),采用起始和終止限定符避免誤差。
　　④． 電纜：雙絞線，屏蔽式或非屏蔽式。
　　⑤． 遠(yuǎn)程電源供電：可選附件，通過(guò)數(shù)據(jù)線。
　　⑥． 防爆型：能進(jìn)行本征及非本征安全操作。
　　⑦． 拓?fù)洌壕€型或樹(shù)型，或兩者相結(jié)合。
　　⑧． 站數(shù)：每段最多32個(gè)，總數(shù)最多為126個(gè)。
　　⑨． 中繼器：最多可擴(kuò)展至4臺(tái)。
　　4．IEC1158傳輸設(shè)備安裝要點(diǎn)
　　（1）分段藕合器將IEC1158－2傳輸技術(shù)總線段與RS－485傳輸技術(shù)總線段連接。藕合器使RS－485信號(hào)與IEC1158－2信號(hào)相適配。它們?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程電源供電，供電裝置可限制IEC1158－2總線的電流和電壓。
　　（2）PROFIBUS－PA的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆袠?shù)型和線型結(jié)構(gòu)，或是兩種拓?fù)涞幕旌稀?BR>　　（3）現(xiàn)場(chǎng)配電箱仍繼續(xù)用來(lái)連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備并放置總線終端電阻器。采用樹(shù)型結(jié)構(gòu)時(shí)連在現(xiàn)場(chǎng)線分段的全部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都并聯(lián)地接在現(xiàn)場(chǎng)配電箱上。
　　 (4)建議使用下列參考電纜，也可使用更粗截面導(dǎo)體的其它電纜。
　　①． 電纜設(shè)計(jì)：雙絞線屏蔽電纜
　　②． 導(dǎo)線面積（額定值）：0.8mm2(AWG18)
　　③． 回路電阻（直流）：44Ω／Km
　　④． 阻抗（31.25千赫時(shí)）：100Ω±20％
　　⑤． 39千赫時(shí)衰減：3dB/Km
　　⑥． 電容不平衡度：2nF/Km
　　（5）主總線電纜的兩端各有一個(gè)無(wú)源終端器，內(nèi)有串聯(lián)的RC元件，R＝100Ω，C＝1цF。當(dāng)總線站極性反向連接時(shí)，它對(duì)總線的功能不會(huì)有任何影響。
　　（6） 連接到一個(gè)段上的站數(shù)目最多是32個(gè)。如果使用本征安全型及總線供電，站的數(shù)量將進(jìn)一步受到限制。即使不需要本征安全性，遠(yuǎn)程供電裝置電源也要受到限制。
　　（7） 線路最長(zhǎng)長(zhǎng)度的確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先計(jì)算一下電流的需要，根據(jù)以下參數(shù)（2－2）選用一種供電電源單元，再根據(jù)以下參數(shù)中（2－3）線的長(zhǎng)度確定選用哪種電纜。
　　
　　（2－2）：標(biāo)準(zhǔn)供電裝置（操作值）
　　型號(hào) 應(yīng)用領(lǐng)域 供電電壓 供電最大電流 最大功率 典型站數(shù)
　　Ⅰ EEx ia/ibⅡC 13.5V 110mA 1.8W 8
　　Ⅱ EEx ia/IbⅡC 13.5V 110mA 1.8W 8
　　Ⅲ EEx ia/IbⅡB 13.5V 250mA 4.2W 22
　　Ⅳ 不具有本征安全 24V 500mA 12W 32
　　（備注：假設(shè)每個(gè)設(shè)備耗電10mA。）
　　
　　（２－３）：IEC1158-2傳輸設(shè)備的線路長(zhǎng)度
　　供電裝置　　　　　　　　　　Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型 Ⅳ型 Ⅴ型 Ⅵ型
　　供電電壓（Ｖ） 13.5 13.5 13.5 ２４ ２４ ２４
　　Σ所需電流（mA） ≤110 ≤110 ≤250 ≤110 ≤250 ≤500
　　Ｑ＝0.8mm2的導(dǎo)線長(zhǎng)度（m） ≤900 ≤900 ≤400 ≤1900 ≤1300 ≤650
　　Ｑ＝1.5mm2的導(dǎo)線長(zhǎng)度（m） ≤1000 ≤1500 ≤500 ≤1900 ≤1900 ≤1900
　　
　　(8)外接電源：如果外接電源設(shè)備，根據(jù)EN500200標(biāo)準(zhǔn)帶有適當(dāng)?shù)母綦x裝置，將總線供電設(shè)備與外接電源設(shè)備連在本征安全總線上是允許的。
　　5.光纖傳輸技術(shù)
　　（１）PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用時(shí)，可使用光纖導(dǎo)體,以增加高速傳輸?shù)木嚯x。
　　（２）可使用兩種光纖導(dǎo)體，一是價(jià)格低廉的塑料纖維導(dǎo)體，供距離小于50米情況下使用，另一種是玻璃纖維導(dǎo)體，供距離小于1公里米情況下使用。
　　（３）許多廠商提供專用總線插頭可將RS－485信號(hào)轉(zhuǎn)換成導(dǎo)體信號(hào)或?qū)⒐饫w導(dǎo)體信號(hào)轉(zhuǎn)成RS-485信號(hào)。

《PROFIBUS總線存取協(xié)議》　　
（１） 三種PROFIBUS(DP．FMS．PA)均使用一致的總線存取協(xié)議。該協(xié)議是通過(guò)OSI參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它包括了保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報(bào)文處理。
　　（２） 在PROFIBUS中，第二層稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層（Fieldbus Data Link - FDL）。介質(zhì)存取控制（Medium Access Control - MAC）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦颍琈AC必須確保在任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。
　　（３） PROFIBUS協(xié)議的設(shè)計(jì)要滿足介質(zhì)控制的兩個(gè)基本要求：
　　①． 在復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)（主站）間的通信，必須保證在確切限定的時(shí)間間隔中，任何一個(gè)站點(diǎn)要有足夠的時(shí)間來(lái)完成通信任務(wù)。
　　②． 在復(fù)雜的程序控制器和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備（從站）間通信，應(yīng)盡可能快速又簡(jiǎn)單地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。
　　因此，PROFIBUS總線存取協(xié)議，主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。
　　（４） 令牌傳遞程序保證每個(gè)主站在一個(gè)確切規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到總線存取權(quán)（令牌）。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進(jìn)行。
　　（５） 主站得到總線存取令牌時(shí)可與從站通信。每個(gè)主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。因此，可能有以下三種系統(tǒng)配置：
　　 ① ．純主－從系統(tǒng)
　　 ②．純主－主系統(tǒng)
　　 ③．混合系統(tǒng)
　　（６） 以一個(gè)由３個(gè)主站．７個(gè)從站構(gòu)成的PROFIBUS系統(tǒng)為例。３個(gè)主站之間構(gòu)成令牌邏輯環(huán)。當(dāng)某主站得到令牌報(bào)文后，該主站可在一定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行主站工作。在這段時(shí)間內(nèi)，它可依照主－從通訊關(guān)系表與所有從站通信，也可依照主－主通訊關(guān)系表與所有主站通信。
　　（７） 在總線系統(tǒng)初建時(shí)，主站介質(zhì)存取控制MAC的任務(wù)是制定總線上的站點(diǎn)分配并建立邏輯環(huán)。在總線運(yùn)行期間，斷電或損壞的主站必須從環(huán)中排除，新上電的主站必須加入邏輯環(huán)。
　　（８） 第二層的另一重要工作任務(wù)是保證數(shù)據(jù)的可靠性。PROFIBUS第二層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式可保證數(shù)據(jù)的高度完整性。
　　（９）PROFIBUS在第二層按照非連接的模式操作，除提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 邏輯數(shù)據(jù)傳輸外，還提供多點(diǎn)通信，其中包括廣播及選擇廣播功能。