现场总线（PROFIBUS）技能简介（三）

第二章：现场总线PROFIBUS技能关键
本章从PROFIBUS协议规范视点，概要说明晰PROFIBUS技能关键。使读者可快速了解PROFIBUS技能概貌。

2.1PROFIBUS概貌
(1)PROFIBUS是一种世界化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线规范。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他范畴自动化。
(2)PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。
(3)PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通讯，用于设备级操控体系与涣散式I/O的通讯。运用PROFIBUS-DP可取代理24VDC或4-20mA信号传输。
(4)PROFIBUS-PA：专为进程自动化规划，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讯与操控的现场总线技能。可完成现场设备层到车间级监控的涣散式数字操控和现场通讯网络，从而为完成工厂归纳自动化和现场设备智能化供给了可行的解决方案。

2.2PRFIBUS根本特性
2.2.1PROFIBUS协议结构
PROFIBUS协议结构是依据ISO7498世界准，以开放式体系互联网络（OpenSystemInterconnection-SIO）作为参阅模型的。该模型共有七层，如下图2-1所示：

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图2-1：PROFIBUS协议结构

(1)PROFIBUS-DP：界说了榜首、二层和用户接口。第三到七层未加描绘。用户接口规则了用户及体系以及不同设备可调用的运用功用，并具体说明晰各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
(2)PROFIBUS-FMS：界说了榜首、二、七层，运用层包含现场总线信息规范（FieldbusMessageSpecification-FMS）和低层接口（LowerLayerInterface-LLI）。FMS包含了运用协议并向用户供给了可广泛选用的强有力的通讯服务。LLI和谐不同的通讯联系并供给不依赖设备的第二层拜访接口。
(3)PROFIBUS-PA：PA的数据传输选用扩展的PROFIBUS-DP协议。别的，PA还描绘了现场设备行为的PA行规。依据IEC1158-2规范，PA的传输技能可保证其本征安全性，并且可经过总线给现场设备供电。运用衔接器可在DP上扩展PA网络。
2.2.2PROFIBUS传输技能
PROFIBUS供给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传输技能
因为DP与FMS体系运用了相同的传输技能和一致的总线拜访协议，因此，这两套体系可在同一根电缆上一起操作。
RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技能。这种技能一般称之为H2。选用的电缆是屏蔽双绞铜线。
RS-485传输技能根本特征：
·网络拓扑：线性总线，两头有有源的总线终端电阻。
·传输速率：9.6Kbit/s~12Mbit/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）。
·插头衔接：最好运用9针D型插头。

2.2.2.2RS-485传输设备设备关键
(1)悉数设备均与总线衔接。
(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，保证操作运转不产生差错。两个总线终端电阻有必要永久有电源。见图2-2所示。
(4)当分段站超越32个时，有必要运用中继器用以衔接各总线段。串联的中继器一般不超越3个。见图2-3所示：

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

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图2-2:每个分段上最多可接32个站（主站或从站）

(5)电缆最大长度取决于传输速率。如运用A型电缆，则传输速率与长度如下表2-1：
表2-1

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(6)A型电缆参数：
阻抗：135-165W电容：〈30pf/m回路电阻：110W
线规：0.64mm导线面积：>0.34mmW
(7)RS-485的传输技能的PROFIBUS网络最好运用9针D型插头，插头针脚界说和接线见图2-2所示。
(8)当衔接各站时，应保证数据线不要拧绞，体系在高电磁发射环境（如轿车制造业）下运转应运用带屛蔽的电缆，屏蔽可进步电磁兼容性（EMC）。
(9)如用屏蔽织造线和屏蔽箔，应在两头与维护接地衔接，并经过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖，以坚持杰出的传导性。别的主张数据线有必要与高压线阻隔。
(10)超越500Kbit/s的数据传输速率时应防止运用短截线段，应运用市场上现有的插头可使数据输入和输出电缆直接与插头衔接，并且总线插头可在任何时候接通或断开而并不中止其它站的数据通讯。

2.2.2.3用于PA的IEC1158-2传输技能
(1)数据IEC1158-2的传输技能用于PROFIBUS-PA，能满意化工和石油化工业的要求。它可坚持其本征安全性，并经过总线对现场设备供电。
(2)IEC1158-2是一种位同步协议，一般称为H1。
(3)IEC1158-2技能用于PROFIBUS-PA，其传输以下列原理为依据：
·每段只要一个电源作为供电设备。
·当站收发信息时，不向总线供电。
·每站现场设备所耗费的为常量稳态根本电流。
·现场设备其效果好像无源的电流吸收设备。
·主总线两头起无源终端线效果。
·答应运用线性、树型和星型网络。
·为进步可靠性，规划时可选用冗余的总线段。
·为了调制的意图，假定每个总线站至少需用10mA根本电流才能使设备发动。通讯信号的产生是经过发送设备的调制，从±9mA到根本电流之间。
(4)IEC1158-2传输技能特性:
·数据传输：数字式、位同步、曼彻斯特编码。
·传输速率：31.25Kbit/s，电压式。
·数据可靠性：前同步信号，选用开始和停止限定符防止差错。
·电缆：双绞线，屏蔽式或非屏蔽式。
·长途电源供电：可选附件，经过数据线。
·防爆型：能进行本征及非本征安全操作。
·拓扑：线型或树型，或两者相结合。
·站数：每段最多32个，总数最多为126个。
·中继器：最多可扩展至4台。

2.2.2.4IEC1158传输设备设备关键(1)分段藕合器将IEC1158-2传输技能总线段与RS-485传输技能总线段衔接。藕合器使RS-485信号与IEC1158-2信号相适配。它们为现场设备的长途电源供电，供电设备可限制IEC1158-2总线的电流和电压。
(2)PROFIBUS-PA的网络拓扑有树型和线型结构，或是两种拓扑的混合，见图2-3

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(3)现场配电箱仍持续用来衔接现场设备并放置总线终端电阻器。选用树型结构时连在现场总线分段的悉数现场设备都并联地接在现场配电箱上。
(4)主张运用下列参阅电缆，也可运用更粗截面导体的其它电缆。
·电缆规划：双绞线屏蔽电缆
·导线面积（额定值）：0.8mm2(AWG18)
·回路电阻（直流）：44W/Km
·阻抗（31.25千赫时）：100W±20%
·39千赫时衰减：3dB/Km
·%&&&&&%不平衡度：2nF/Km
(5)主总线电缆的两头各有一个无源终端器，内有串联的RC元件，R=100W，C=1mF。当总线站极性反向衔接时，它对总线的功用不会有任何影响。
(6)衔接到一个段上的站数目最多是32个。假如运用本征安全型及总线供电，站的数量将进一步受到限制。即便不需求本征安全性，长途供电设备电源也要受到限制。
(7)线路最长长度的确认，依据经历先核算一下电流的需求，从表2-2中选用一种供电电源单元，再依据表2-3中线的长度选定哪种电缆。
表2-2规范供电设备（操作值）

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(8)外接电源：假如外接电源设备，依据EN50020规范带有恰当的阻隔设备，将总线供电设备与外接电源设备连在本征安全总线上是答应的。
2.2.2.5光纤传输技能
(1)PROFIBUS体系在电磁搅扰很大的环境下运用时，可运用光纤导体，以添加高速传输的间隔。
(2)可运用两种光纤导体，一是价格低廉的塑料纤维导体，供间隔小于50米情况下运用。另一种是玻璃纤维导体，供间隔大于1公里情况下运用。
(3)许多厂商供给专用总线插头可将RS-485信号转换成光纤导体信号或将光纤导体信号转换成RS-485信号。