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時(shí)間：2018-09-19作者：湖南迪碩自動(dòng)化設(shè)備有限公司瀏覽：5

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

由于PROFIBUS一直側(cè)重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，尤其是側(cè)重于應(yīng)用行規(guī)的研究開發(fā)，使得該總線具有適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)的特點(diǎn)，成為**能夠**覆蓋工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線，特別適用于工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化領(lǐng)域。因而從誕生至今，PROFIBUS 在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)領(lǐng)域一直是**市場(chǎng)上的***。

隨著PROFIBUS的大量應(yīng)用，許多用戶開始接觸并使用了現(xiàn)場(chǎng)總線。但由于用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的了解程度不同，再加上現(xiàn)場(chǎng)施工情況復(fù)雜，因而很有可能導(dǎo)致許多項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊上可能存在著一些隱患，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將有可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)通訊故障，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

為了幫助廣大用戶――特別是剛剛接觸到現(xiàn)場(chǎng)總線的用戶能夠?qū)ROFIBUS的硬件有個(gè)初步的了解，這里將重點(diǎn)介紹如何在現(xiàn)場(chǎng)正確的安裝和使用相關(guān)PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)元件和設(shè)備，幫助用戶在使用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)使用中出現(xiàn)故障的概率。

1 PROFIBUS 概述

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊的本質(zhì)是RS485串口通訊，按照不同的行業(yè)應(yīng)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(luò)的通訊速度較快，且報(bào)文簡單（表1）。

*7層 （應(yīng)用層）	DP設(shè)備行規(guī)	FMS設(shè)備行規(guī)	PA設(shè)備行規(guī)
	基本功能 擴(kuò)展功能		基本功能 擴(kuò)展功能
	DP用戶接口     直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序(DDLM)	應(yīng)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(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL)	數(shù)據(jù)鏈路層          現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，PROFIBUS技術(shù)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(yīng)用會(huì)越來越多，另外類似Motion Control with PROFIBUS 和PROFIsafe 等新的行規(guī)也都會(huì)隨著應(yīng)用而逐漸普及。

但無論那種行規(guī)，涉及到的硬件和網(wǎng)絡(luò)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(luò)硬件著手，介紹PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)連接方式。

2 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)硬件

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通訊介質(zhì)，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(nèi)部的“PE”。而當(dāng)CPU安裝在底板上時(shí)，其“PE”與底板是連通的，此時(shí)如果將安裝底板在電氣柜內(nèi)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(zhì)

關(guān)于通訊介質(zhì)，在表1的OSI模型中已經(jīng)規(guī)定：PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質(zhì)。當(dāng)然，現(xiàn)在也有支持無線通訊的設(shè)備，但我們目**對(duì)的主要還是有線介質(zhì)的用戶。

2.2.1 PROFIBUS 電纜

PROFIBUS（類型1）介質(zhì)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(hào)結(jié)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(dá)到1500 k bits/s）時(shí)較需要。類型1規(guī)范描述平衡的總線傳輸，符合美標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)EIA RS-485(EIA: 電氣工業(yè)協(xié)會(huì)；RS-485: 平衡的數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)中使用的收/發(fā)器的電特性標(biāo)準(zhǔn))。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(shí)，**電纜長度為1.2km 。對(duì)1500 kbits/s的速度，**長度減到70/200m(對(duì)B/A型電纜)。

PROFIBUS電纜的特性阻抗應(yīng)在100Ω到220Ω之間，電纜電容（導(dǎo)體間）應(yīng)該＜60pF/m，導(dǎo)線截面積應(yīng)≥0.22mm²(24 AWG)。電纜選擇標(biāo)準(zhǔn)參見美標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)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(dǎo)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(duì)不同傳輸速度時(shí)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	70

表3  不同傳輸速度時(shí)的電纜長度

標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS電纜

標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS電纜一般都是A類電纜。

除了標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行切除，減少剝線的時(shí)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(hào)：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(diǎn)，比如傳輸距離遠(yuǎn)，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(shè)等。當(dāng)然也有缺點(diǎn)：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(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)較加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)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(xì)(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(yuǎn)程通訊。

在現(xiàn)場(chǎng)總線的規(guī)范中，定義了光纖可以做為現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊介質(zhì)。西門子可以使用光纖的PROFIBUS設(shè)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?yàn)橥ㄓ嵕嚯x與光纖的類型有很大關(guān)系，而且并非所有的設(shè)備都能支持多種類型的光纖。因此需要注意設(shè)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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• 詞條

  詞條說明

• 6ES7153-2BA02-0XB4

  簡單應(yīng)用： 由于一致采用成熟的 PROFINET 機(jī)制，即使涉及大量數(shù)據(jù)，也能**高性能和高數(shù)據(jù)傳輸速率 由于采用智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)，安裝與接線十分簡便 使用具有不同功能和通道數(shù)的模塊實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的站設(shè)計(jì) 由于具有按通道進(jìn)行診斷的功能，調(diào)試時(shí)間和工廠停產(chǎn)時(shí)間縮短 緊湊型設(shè)計(jì)： 將站擴(kuò)展為包含較多 30 個(gè)帶 PROFINET 接口的 I/O 模塊或較多 12 個(gè)帶 PROFIBUS 接口的 I/O 模塊

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  標(biāo)準(zhǔn)型 CPU ? CPU 1511-1 PN: 適用于對(duì)程序范圍和處理速度具有中等要求的應(yīng)用，用于通過 PROFINET IO 進(jìn)行分布式配置。 ? CPU 1513-1 PN: 適用于對(duì)程序范圍和處理速度具有中等要求的應(yīng)用，用于通過 PROFINET IO 進(jìn)行分布式配置。 ? CPU 1515-2 PN: 適用于在程序范圍、網(wǎng)絡(luò)和處理速度方面具有中等/較高要求的應(yīng)用，可通過 PROFINET