PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

Profibus的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實際應(yīng)用驗證具有普遍性。目前已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等領(lǐng)域。

Profibus由3個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分布I/O系統(tǒng)）、PROFIBUS-PA（Process Automation，現(xiàn)場總線信息規(guī)范）和PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，過程自動化）。

PROFIBUS-DP是一種高速、低成本通信，專門用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4～20mA信號傳輸。PORFIBUS-PA專為過程自動化設(shè)計，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連在一根總線上，并有本質(zhì)安全規(guī)范。PROFIBUS-FMS用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)的實時多主網(wǎng)絡(luò)。

1．PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)
PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)，以O(shè)SI作為參考模型的。PROFIBUS-DP定義了第1、2層和用戶接口。第3到7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。PROFIBUS-FMS定義了第1、2、7層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（FMS）和低層接口（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2層訪問接口。PROFIBUS-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)IEC1157-2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本質(zhì)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．PROFIBUS的傳輸技術(shù)
PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸型式：RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸。
（1） RS-485傳輸技術(shù)
RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)，通常稱之為H2。RS-485傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS。

RS-485傳輸技術(shù)基本特征是：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率為9.6kbps～12Mbps；介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件；不帶中繼時每分段可連接32個站，帶中繼時可多到127個站。

RS-485傳輸設(shè)備安裝要點：全部設(shè)備均與總線連接；每個分段上最多可接32個站（主站或從站）；每段的頭和尾各有一個總線終端電阻，確保操作運(yùn)行不發(fā)生誤差；兩個總線終端電阻必須一直有電源；當(dāng)分段站超過32個時，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4個；傳輸速率可選9.6kbps～12Mbps，一旦設(shè)備投入運(yùn)行，全部設(shè)備均需選用同一傳輸速率。電纜最大長度取決于傳輸速率。采用RS-485傳輸技術(shù)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)最好使用9針D型插頭。當(dāng)連接各站時，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）。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。

（2）IEC1157-2傳輸技術(shù)
IEC1l57-2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。它可保持其本質(zhì)安全性，并通過總線對現(xiàn)場設(shè)備供電。IEC1157-2是一種位同步協(xié)議，可進(jìn)行無電流的連續(xù)傳輸，通常稱為H1。

（3）光纖傳輸技術(shù)
PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用時，可使用光纖導(dǎo)體，以增加高速傳輸?shù)木嚯x?？墒褂脙煞N光纖導(dǎo)體：一種是價格低廉的塑料纖維導(dǎo)體，供距離小于50m情況下使用；另一種是玻璃纖維導(dǎo)體，供距離小于1km情況下使用。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。