现场总线PROFIBUS技术要点

本章从PROFIBUS协议标准角度，概要说明了PROFIBUS技术要点。使读者可快速了解PROFIBUS技术概貌。

2.1 PROFIBUS概貌
(1) PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。
(2) PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA(Process Automation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。
(3) PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。
(4) PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。
(5) PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。
(7) PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

2.2 PRFIBUS基本特性
2.2.1 PROFIBUS协议结构
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-SIO）作为参考模型的。该模型共有七层，如下图2-1所示：

图2-1：PROFIBUS协议结构

(1) PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
(2) PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口（Lower Layer Interface-LLI）。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。
(3) PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。
2.2.2 PROFIBUS传输技术
PROFIBUS提供了三种数据传输类型：
· 用于DP和FMS的RS485传输。
· 用于PA的IEC1158-2传输。
· 光纤

2.2.2.1用于DP/FMS的RS485传输技术
由于DP与FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议，因而，这两套系统可在同一根电缆上同时操作。
RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术。这种技术通常称之为H2。采用的电缆是屏蔽双绞铜线。
RS-485传输技术基本特征：
· 网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻。
· 传输速率：9.6K bit/s~12M bit/s
· 介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）。
· 站点数：每分段32个站（不带中继），可多到127个站（带中继）。
· 插头连接：最好使用9针D型插头。

2.2.2.2 RS-485传输设备安装要点
(1) 全部设备均与总线连接。
(2) 每个分段上最多可接32个站（主站或从站）。
(3) 每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保操作运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。见图2-2所示。
(4) 当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线段。串联的中继器一般不超过3个。见图2-3所示：

图2-2：PROFIBUD-DP和PROFIBUS-FMS的电缆接线和总线终端电阻