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Profibus的大优点在于具有稳定的标准EN50170作保证,并经实际应用验证具有普遍性。目前已广泛应用于制造业自动化、流程产业自动化和楼宇、交通电力等领域。
Profibus由3个兼容部分组成,即PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery,分布I/O系统)、PROFIBUS-PA(Process Automation,现场总线信息规范)和PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification,过程自动化)。
PROFIBUS-DP是一种高速、低本钱通讯,专门用于设备级控制系统与分散式I/O的通讯。使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4~20mA信号传输。PORFIBUS-PA专为过程自动化设计,可使传感器和执行机构连在一根总线上,并有本质安全规范。PROFIBUS-FMS用于车间级监控网络,是一个令牌结构的实时多主网络。
1.PROFIBUS的协议结构
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498标准,以OSI作为参考模型的。PROFIBUS-DP定义了1、2层和用户接口。3到7层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,并具体说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。PROFIBUS-FMS定义了1、2、7层,应用层包括现场总线信息规范(FMS)和低层接口(LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通讯服务;LLI协调不同的通讯关系并提供不依靠设备的2层访问接口。PROFIBUS-PA的采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外,PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1157-2标准,PA的传输技术可确保其本质安全性,而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。
2.PROFIBUS的传输技术
PROFIBUS提供了三种型式:RS-485传输、IEC1157-2传输和光纤传输。
(1) RS-485传输技术
RS-485传输是PROFIBUS常用的一种传输技术,通常称之为H2。RS-485传输技术用于PROFIBUS-DP与PROFIBUS-FMS。
RS-485传输技术基本特征是:网络拓扑为线性总线,两端有有源的总线终端电阻;传输速率为9.6kbps~12Mbps;介质为屏蔽双绞电缆,也可屏蔽,取决于环境条件;不带中继时每分段可连接32个站,带中继时可多到127个站。
RS-485安装要点:全部设备均与总线连接;每个分段上多可接32个站(主站或从站);每段的头和尾各有一个总线终端电阻,确保操纵运行不发生误差;两个总线终端电阻必须一直有电源;当分段站过32个时,必须使用中继器用以连接各总线段,串联的中继器一般不过4个;传输速率可选9.6kbps~12Mbps,一旦设备投进运行,全部设备均需选用同一传输速率。电缆大长度取决于传输速率。采用RS-485传输技术的PROFIBUS网络好使用9针D型插头。当连接各站时,应确保数据线不要拧绞,系统在高电磁发射环境下运行应使用带屏蔽的电缆,屏蔽可进步电磁兼容性(EMC)。如用屏蔽编织线和屏蔽箔,应在两端与保护接地连接,并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖,以保持良好的传导性。
(2)IEC1157-2传输技术
IEC1l57-2的传输技术用于PROFIBUS-PA,能满足化工和石油化产业的要求。它可保持其本质安全性,并通过总线对现场设备供电。IEC1157-2是一种位同步协议,可进行无电流的连续传输,通常称为H1。
(3)光纤传输技术
PROFIBUS系统在电磁干扰很大的环境下应用时,可使用光纤导体,以增加高速传输的间隔。可使用两种光纤导体:一种是价格低廉的塑料纤维导体,供间隔小于50m情况下使用;另一种是玻璃纤维导体,供间隔小于1km情况下使用。很多厂商提供总线插头可将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。
3. PROFIBUS总线存取控制技术
PROFIBUS-DP、FMS、PA均采用一样的总线存取控制技术,它是通过OSI参考模型2层(数据链路层)来实现的,它包括保数据可靠性技术及传输协议和报文处理。在PROFIBUS中,2层称之为现场总线数据链路层(FDL,Fieldbus Data Link)。介质存取控制(M A C, Medium Access Control)具体控制的程序,必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。
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