1.profibus概貌
(1) profibus是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(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信號傳輸。
(4) profibus-pa：專為過程自動(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)。
(7) profibus是一種用于工廠自動(dòng)化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。
2. prfibus基本特性
2.1 profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)
profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)iso7498國際準(zhǔn)，以開放式系統(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，如下圖1所示：
圖1：profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)
(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，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在dp上擴(kuò)展pa網(wǎng)絡(luò)。
2.2 profibus傳輸技術(shù)
profibus提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型：
· 用于dp和fms的rs485傳輸。
· 用于pa的iec1158-2傳輸。
· 光纖
2.2.1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：
· 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€性總線，兩端有有源的總線終端電阻。
· 傳輸速率：9.6k bit/s~12m bit/s
· 介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（emc）。
· 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）。
· 插頭連接：最好使用9針d型插頭。
2.2.2 rs-485傳輸設(shè)備安裝要點(diǎn)
(1) 全部設(shè)備均與總線連接。
(2) 每個(gè)分段上最多可接32個(gè)站（主站或從站）。
(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。見圖2所示。
(4) 當(dāng)分段站超過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3個(gè)。見圖3所示：
圖2：profibud-dp和profibus-fms的電纜接線和總線終端電阻
圖3: 每個(gè)分段上最多可接32個(gè)站（主站或從站）
(5) 電纜最大長度取決于傳輸速率。如使用a型電纜，則傳輸速率與長度如下表1：
表1
(6) a型電纜參數(shù)：
阻抗：135-165w 電容：〈 30pf/m 回路電阻：110w
線規(guī)：0.64mm 導(dǎo)線面積：>0.34mmw
(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，插頭針腳定義和接線見圖2所示。
(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)使用帶屛蔽的電纜，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，并通過盡可能的大面積屏蔽接線來復(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500kbit/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，而且總線插頭可在任何時(shí)候接通或斷開而并不中斷其它站的數(shù)據(jù)通信。
2.2.3 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，并通過總線對現(xiàn)場設(shè)備供電。
(2) iec1158-2是一種位同步協(xié)議，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)：
· 每段只有一個(gè)電源作為供電裝置。
· 當(dāng)站收發(fā)信息時(shí)，不向總線供電。
· 每站現(xiàn)場設(shè)備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流。
· 現(xiàn)場設(shè)備其作用如同無源的電流吸收裝置。
· 主總線兩端起無源終端線作用。
· 允許使用線性、樹型和星型網(wǎng)絡(luò)。
· 為提高可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)可采用冗余的總線段。
· 為了調(diào)制的目的，假設(shè)每個(gè)總線站至少需用10ma基本電流才能使設(shè)備啟動(dòng)。通信信號的發(fā)生 是通過發(fā)送設(shè)備的調(diào)制，從±9 ma到基本電流之間。
(4) iec1158-2傳輸技術(shù)特性:
· 數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)字式、位同步、曼徹斯特編碼。
· 傳輸速率：31.25k bit/s，電壓式。
· 數(shù)據(jù)可靠性：前同步信號，采用起始和終止限定符避免誤差。
· 電纜：雙絞線，屏蔽式或非屏蔽式。
· 遠(yuǎn)程電源供電：可選附件，通過數(shù)據(jù)線。
· 防爆型：能進(jìn)行本征及非本征安全操作。
· 拓?fù)洌壕€型或樹型，或兩者相結(jié)合。
· 站數(shù)：每段最多32個(gè)，總數(shù)最多為126個(gè)。
· 中繼器：最多可擴(kuò)展至4臺。
2.2.4 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信號與iec1158-2信號相適配。它們?yōu)楝F(xiàn)場設(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)溆袠湫秃途€型結(jié)構(gòu)，或是兩種拓?fù)涞幕旌?，見圖3
(3) 現(xiàn)場配電箱仍繼續(xù)用來連接現(xiàn)場設(shè)備并放置總線終端電阻器。采用樹型結(jié)構(gòu)時(shí)連在現(xiàn)場總線分段的全部現(xiàn)場設(shè)備都并聯(lián)地接在現(xiàn)場配電箱上。
(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。
· 電纜設(shè)計(jì)： 雙絞線屏蔽電纜
· 導(dǎo)線面積（額定值）： 0.8mm2(awg18)
· 回路電阻（直流）： 44w/km
· 阻抗（31.25千赫時(shí)）： 100w±20%
· 39千赫時(shí)衰減： 3db/km
· 電容不平衡度： 2nf/km
(5) 主總線電纜的兩端各有一個(gè)無源終端器，內(nèi)有串聯(lián)的rc元件，r=100w，c=1mf。當(dāng)總線站極性反向連接時(shí)，它對總線的功能不會(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) 線路最長長度的確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先計(jì)算一下電流的需要，從表2-2中選用一種供電電源單元，再根據(jù)表2-3中線的長度選定哪種電纜。
表2-2標(biāo)準(zhǔn)供電裝置（操作值）
(8) 外接電源：如果外接電源設(shè)備，根據(jù)en50020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。
2.2.5 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，供距離大于1公里情況下使用。
(3) 許多廠商提供專用總線插頭可將rs-485信號轉(zhuǎn)換成光纖導(dǎo)體信號或?qū)⒐饫w導(dǎo)體信號轉(zhuǎn)換成rs-485信號。 2.2.3 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osi參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）來實(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)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（fieldbus data link-fdl）。介質(zhì)存取控