PROFIBUS-DP現場總線的結構及應用

Profibus的最大優點在于具有穩定的國際標準EN50170作保證，并經實際應用驗證具有普遍性。目前已廣泛應用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等領域。

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

PROFIBUS-DP是一種高速、低成本通信，專門用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4～20mA信號傳輸。PORFIBUS-PA專為過程自動化設計，可使傳感器和執行機構連在一根總線上，并有本質安全規范。PROFIBUS-FMS用于車間級監控網絡，是一個令牌結構的實時多主網絡。

1．PROFIBUS的協議結構
PROFIBUS協議結構是根據ISO7498國際標準，以OSI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。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。PROFIBUS-FMS定義了第1、2、7層，應用層包括現場總線信息規范（FMS）和低層接口（LLI）。FMS包括了應用協議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務；LLI協調不同的通信關系并提供不依賴設備的第2層訪問接口。PROFIBUS-PA的數據傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協議。另外，PA還描述了現場設備行為的PA行規。根據IEC1157-2標準，PA的傳輸技術可確保其本質安全性，而且可通過總線給現場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網絡。

2．PROFIBUS的傳輸技術
PROFIBUS提供了三種數據傳輸型式：RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸。
（1） RS-485傳輸技術
RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術，通常稱之為H2。RS-485傳輸技術用于PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS。

RS-485傳輸技術基本特征是：網絡拓撲為線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率為9.6kbps～12Mbps；介質為屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環境條件；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傳輸設備安裝要點：全部設備均與總線連接；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，確保操作運行不發生誤差；兩個總線終端電阻必須一直有電源；當分段站超過32個時，必須使用中繼器用以連接各總線段，串聯的中繼器一般不超過4個；傳輸速率可選9.6kbps～12Mbps，一旦設備投入運行，全部設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傳輸技術的PROFIBUS網絡最好使用9針D型插頭。當連接各站時，應確保數據線不要擰絞，系統在高電磁發射環境下運行應使用帶屏蔽的電纜，屏蔽可提高電磁兼容性（EMC）。如用屏蔽編織線和屏蔽箔，應在兩端與保護接地連接，并通過盡可能的大面積屏蔽接線來復蓋，以保持良好的傳導性。

（2）IEC1157-2傳輸技術
IEC1l57-2的傳輸技術用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業的要求。它可保持其本質安全性，并通過總線對現場設備供電。IEC1157-2是一種位同步協議，可進行無電流的連續傳輸，通常稱為H1。

（3）光纖傳輸技術
PROFIBUS系統在電磁干擾很大的環境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸的距離。可使用兩種光纖導體：一種是價格低廉的塑料纖維導體，供距離小于50m情況下使用；另一種是玻璃纖維導體，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信號轉換成光纖導體信號或將光纖導體信號轉換成RS-485信號。