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時間：2018-09-19

PROFIBUS 是一種具有廣泛應用范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，在集中自動化系統(tǒng)向分散自動化系統(tǒng)轉移方面是一種重大突破。

由于PROFIBUS一直側重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，尤其是側重于應用行規(guī)的研究開發(fā)，使得該總線具有適合于快速、時間要求嚴格的應用和復雜的通信任務的特點，成為**能夠**覆蓋工廠自動化和過程自動化應用的現(xiàn)場總線，特別適用于工廠自動化和過程自動化領域。因而從誕生至今，PROFIBUS 在現(xiàn)場總線技術領域一直是**市場上的***。

隨著PROFIBUS的大量應用，許多用戶開始接觸并使用了現(xiàn)場總線。但由于用戶對現(xiàn)場總線技術的了解程度不同，再加上現(xiàn)場施工情況復雜，因而很有可能導致許多項目的現(xiàn)場總線通訊上可能存在著一些隱患，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，將有可能導致系統(tǒng)出現(xiàn)通訊故障，從而影響整個系統(tǒng)的正常運行。

為了幫助廣大用戶――特別是剛剛接觸到現(xiàn)場總線的用戶能夠對PROFIBUS的硬件有個初步的了解，這里將重點介紹如何在現(xiàn)場正確的安裝和使用相關PROFIBUS的網(wǎng)絡元件和設備，幫助用戶在使用PROFIBUS現(xiàn)場總線的過程中從硬件安裝的角度盡量減少問題的發(fā)生，從而盡量減少整個網(wǎng)絡使用中出現(xiàn)故障的概率。

1 PROFIBUS 概述

PROFIBUS網(wǎng)絡通訊的本質是RS485串口通訊，按照不同的行業(yè)應用，主要有三種通訊行規(guī)：DP（Decentralized Peripherals），F(xiàn)MS（Field Message Specification）和PA（Process Automation）行規(guī)。

其中DP通訊的方式在OSI參考模型中主要使用第1、2、7層，因此PROFIBUS DP網(wǎng)絡的通訊速度較快，且報文簡單（表1）。

*7層（應用層）	DP設備行規(guī)	FMS設備行規(guī)	PA設備行規(guī)
	基本功能擴展功能	FMS設備行規(guī)	基本功能擴展功能
	DP用戶接口直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序(DDLM)	應用層接口（ALI)	DP用戶接口直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序(DDLM)
*3～6層		（并沒有省略）
*2層（數(shù)據(jù)鏈路層）	數(shù)據(jù)鏈路層現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL)	數(shù)據(jù)鏈路層現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL)	IEC接口
*1層（物理層）	物理層（RS485/光纖)	物理層（RS485/光纖）	IEC61158-2

表1 三種PROFIBUS的通訊行規(guī)的OSI模型

隨著現(xiàn)場總線的應用領域不斷擴大，PROFIBUS技術也在不斷的發(fā)生著變化，例如FMS行規(guī)目前已經(jīng)不再使用，而DP和PA的應用會越來越多，另外類似Motion Control with PROFIBUS 和PROFIsafe 等新的行規(guī)也都會隨著應用而逐漸普及。

但無論那種行規(guī)，涉及到的硬件和網(wǎng)絡形式基本都是一致的（PA除外）。因此這里我們從基本的網(wǎng)絡硬件著手，介紹PROFIBUS的網(wǎng)絡連接方式。

2 PROFIBUS網(wǎng)絡硬件

PROFIBUS網(wǎng)絡主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通訊介質，PROFIBUS插頭，中繼器，診斷中繼器，OLM以及有源終端電阻等。

2.1 PROFIBUS接口

PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管腳定義為：

一般CPU或者CP板卡都采用該接口。該接口外部的金屬部分一般連接到CPU或者CP的內部的“PE”。而當CPU安裝在底板上時，其“PE”與底板是連通的，此時如果將安裝底板在電氣柜內做接地處理，則該SUB-D接口的外部金屬部分也是接地的。

2.2 通訊介質

關于通訊介質，在表1的OSI模型中已經(jīng)規(guī)定：PROFIBUS網(wǎng)絡支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質。當然，現(xiàn)在也有支持無線通訊的設備，但我們目**對的主要還是有線介質的用戶。

2.2.1 PROFIBUS 電纜

PROFIBUS（類型1）介質是一根屏蔽雙絞電纜，屏蔽可以提高電磁兼容（EMC）能力。

類型1：NRZ位編碼與EIA RS-485信號結合，目的是降低總線耦合器成本，耦合器可以使站與總線之間電氣隔離或非電氣隔離；需要總線終端器，特別在較高數(shù)據(jù)傳輸速率（達到1500 k bits/s）時較需要。類型1規(guī)范描述平衡的總線傳輸，符合美標準準EIA RS-485(EIA: 電氣工業(yè)協(xié)會；RS-485: 平衡的數(shù)字多點系統(tǒng)中使用的收/發(fā)器的電特性標準)。在雙絞線兩端的終端器使得類型1的物理層支持高速數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速率≤93.75 kbits/s時，**電纜長度為1.2km 。對1500 kbits/s的速度，**長度減到70/200m(對B/A型電纜)。

PROFIBUS電纜的特性阻抗應在100Ω到220Ω之間，電纜電容（導體間）應該＜60pF/m，導線截面積應≥0.22mm²(24 AWG)。電纜選擇標準參見美標準準EIA RS-485的附錄。

兩類電纜的特性：

電纜參數(shù)	A型	B型
阻抗	135Ω-165Ω (f=3到20MHz)	100Ω-130Ω (f>100kHz)
電容	<30pF/m	<60pF/m
電阻	≤110Ω/Km	-
導線截面積	≥0.34mm² (22AWG)	≥0.22mm²(24AWG)

表2 電纜規(guī)格

下面的表指出兩類電纜（A和B）對不同傳輸速度時的**長度

波特率

[kbit/s]

9.6~93.75

187.5

500

1500

3000~12000

A型電纜

長度（m）

1200

1000

400

200

100

B型電纜

長度（m）

1200

600

200

表3 不同傳輸速度時的電纜長度

標準PROFIBUS電纜為屏蔽雙絞電纜，其中數(shù)據(jù)線有兩根：A-綠色和B-紅色，分別連接DP接口的管腳3（B）和8（A），電纜的外部包裹著編織網(wǎng)和鋁箔兩層屏蔽，外面是紫色的外皮（圖1）。

圖1 標準PROFIBUS電纜

標準的PROFIBUS電纜一般都是A類電纜。

除了標準PROFIBUS電纜，還有許多其它特殊類型的電纜可以用于特定的環(huán)境：

圖2 各種類型的PROFIBUS電纜

為了方便將PROFIBUS的外皮以及屏蔽層按照固定的長度進行切除，減少剝線的時間和剝線過程中將電纜破壞或者造成短路的可能，西門子還提供了PROFIBUS快速剝線工具（訂貨號：6GK1 905-6AA00）（見圖3）。

圖3 PROFIBUS快速剝線工具

2.2.2光纖及接口

光纖通訊具有很多優(yōu)點，比如傳輸距離遠，抗電磁干擾性好，且光纖尺寸小，重量輕，耐腐蝕性好，便于敷設等。當然也有缺點：光纖彎曲半徑不能過小，光纖連接處及終端不容易處理等等。

按光在光纖中的傳輸模式不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖（圖4）。

圖4 光纖的分類

多模光纖：中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會較加嚴重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。

單模光纖：中心玻璃芯教細(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊。

在現(xiàn)場總線的規(guī)范中，定義了光纖可以做為現(xiàn)場總線的通訊介質。西門子可以使用光纖的PROFIBUS設備有：帶光纖接口的CP板卡及模板（如CP5613 A2 FO， CP3425-FO等）， OLM和OBT。

光纖主要涉及到選型的問題，因為通訊距離與光纖的類型有很大關系，而且并非所有的設備都能支持多種類型的光纖。因此需要注意設備與光纖以及接頭的選型。這可以通過OLM的選型來了解。

OLM接口及匹配光纖看如下表格：

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