總線專(zhuān)題：第五講 PROFIBUS

2.PROFIBUS 的協(xié)議結(jié)構(gòu)

早期的PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)由3部分構(gòu)成如圖3所示，即PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA。其中現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范FMS（Fieldbus Message Specification）解決車(chē)間級(jí)通用性通信任務(wù)，即完成各控制器、PLC、操作站和工程師站等之間的通信任務(wù)。而DP是分散的外圍設(shè)備（Decentra-ligzd Perighery）的縮寫(xiě)是PROFIBUS的核心部分，功能強(qiáng)大，是專(zhuān)為工廠自動(dòng)化（Factory Automation FA）而設(shè)計(jì)的，適用于PLC應(yīng)用的場(chǎng)合，他高效、低廉，所以應(yīng)用甚廣。PA是過(guò)程自動(dòng)化（Process Automation）的縮寫(xiě)，是專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化PA而設(shè)計(jì)的，適用于現(xiàn)場(chǎng)智能化儀表，包括防爆場(chǎng)合的應(yīng)用在內(nèi)，是DP的延伸部分，他靠耦合器（Coupler）或鏈接器（Link）與DP相連。

DP的中央控制器周期地讀取從站（如I/O、驅(qū)動(dòng)器、閥門(mén)等）的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息（如控制閥門(mén)的控制信息等），總線循環(huán)時(shí)間必須要比中央控制的程序循環(huán)時(shí)間短，因?yàn)槌酥芷谛杂脩?hù)數(shù)據(jù)（這是大量的）傳輸外，還要有與現(xiàn)場(chǎng)智能化設(shè)備進(jìn)行的非周期性通信的時(shí)間，如進(jìn)行組態(tài)，診斷和報(bào)警等信息的處理。

3.PROFIBUS的傳輸技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的應(yīng)用在很大程度上取決于選用的傳輸技術(shù)，既要考慮一些總的要求（傳輸可靠，傳輸距離和高速）又要考慮一些簡(jiǎn)便而又價(jià)廉的機(jī)電因素。當(dāng)涉及過(guò)程自動(dòng)化時(shí)，數(shù)據(jù)和電源的傳送必須在同一根電纜上。由于單一的傳輸技術(shù)不可能滿(mǎn)足所有的要求，因此PROFIBUS提供以下3種類(lèi)型；DP和FMS的RS-485傳輸，PA的IEC61158-2傳輸和光纖（FO）傳輸。

1）DP和FMS的RS485傳輸

采用一根導(dǎo)線對(duì)的雙絞屏蔽銅芯電纜，RS485傳輸技術(shù)的操作非常容易，雙絞線電纜的安裝不需要專(zhuān)門(mén)的知識(shí)?？偩€結(jié)構(gòu)允許隨時(shí)增加站、撤除站或者說(shuō)系統(tǒng)的分步投運(yùn)而不影響總線上的其他站。后繼站的擴(kuò)展不影響已在總線上運(yùn)行的所有站。RS485的傳輸速率在9.6kbit/s和12Mbit/s之間選用。總線上的所有設(shè)備均應(yīng)選用相同的傳輸速率。在一個(gè)總線段中最多可連接32個(gè)站（分站或從站），當(dāng)使用中繼器時(shí)，可擴(kuò)展至126個(gè)站。

在每個(gè)總線段的開(kāi)始和結(jié)束端各用一個(gè)有源（active）的總線終端器來(lái)終止。最大的電纜長(zhǎng)度取決于傳輸速率，見(jiàn)表1。

A型電纜的參數(shù)為①阻抗為135～165?；②電容小于30pF/m；③回路電阻為110Ω/km；④線規(guī)為0.64mm；⑤導(dǎo)線截面積大于0.34mm2 在連接器方向，最好采用9針D型（IP20）；而在保護(hù)等級(jí)為IP65/67時(shí)，則是好用M12，HAN-BRID或西門(mén)子的混合型連接器。

2）IEC 61158-2傳輸

PROFIBUS PA 應(yīng)用IEC61158-2傳輸技術(shù)，PA可用于危險(xiǎn)區(qū)域，如化工，石油等行業(yè)需防爆的場(chǎng)合。所有用在危險(xiǎn)區(qū)域的部件都必須經(jīng)過(guò)授權(quán)批準(zhǔn)的中立機(jī)構(gòu)按照FISCO(Fieldbus Instrinsically Safe Concept)模型和IEC61158-2的要求進(jìn)行認(rèn)證和核準(zhǔn)。這些機(jī)構(gòu)如PTB，BVS(德國(guó))，UL，F(xiàn)M(美國(guó))等。如果所有使用的部件按要求進(jìn)行認(rèn)證，并對(duì)供電裝置、電纜長(zhǎng)度和總線終端器的選擇遵照以下的規(guī)則，那么PA網(wǎng)絡(luò)的投運(yùn)就不需要更多的系統(tǒng)試驗(yàn)了，因此是有IEC61158-2傳輸技術(shù)的送件和限制由FISCO模型來(lái)定義。FISCO模型已經(jīng)在德國(guó)由PTB(聯(lián)邦物理技術(shù)研究院)開(kāi)發(fā)，并被國(guó)際所承認(rèn)作為用于危險(xiǎn)場(chǎng)合現(xiàn)場(chǎng)總線的基本模型。符合IEC61158-2和FISCO模型的傳輸技術(shù)基于以下的規(guī)則：

①每一段只有一個(gè)供電電源，作為供電裝置。②當(dāng)一個(gè)站在發(fā)送信息時(shí)，對(duì)總線不供電。③在穩(wěn)定狀態(tài)下，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備消耗恒定的基本電流。 ④現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的作用如同一個(gè)無(wú)源的（passive）電流吸收器。⑤在主總線的二端各有一個(gè)無(wú)源的終端器⑥允許線型、樹(shù)型和星型拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。

IEC61158-2傳輸技術(shù)的主要特性見(jiàn)表2

關(guān)于IEC611582-2