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PROFIBUS-DP的主要特點

    *控制器（主站）周期性地讀取從設備（從站）的輸入信息，并周期性地向從站發(fā)送輸出信息，總線循環(huán)時間必須比*控制器的程序循環(huán)時間短，在很多應用場合，程序循環(huán)時間約為10ms。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供強有力的組態(tài)和配置功能，數(shù)據(jù)通信是由主站和從站進行監(jiān)控的。PROFIBUS-DP的主要特點有以下幾點。

    ①傳輸技術可用RS485雙絞線、雙線電纜或光纜。波特率從9.6Kb/s到12Mb/s。

    ②總線存取方式為：各主站間為令牌傳送，主站與從站間為主一從傳送，它支持單主或多主站系統(tǒng)，總線上主、從站多為126點。

    ③通信方式：用戶數(shù)據(jù)傳送采用點對點方式，控制指令可用廣播方式。它同時支持循環(huán)主一從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主一從用戶數(shù)據(jù)傳送。

    ④診斷功能：經(jīng)過擴展的PROFIBUS-DP診斷功能是對故障進行快速定位，診斷信息在總體上傳輸并由主站收集，這些診斷信息分為3類：本站診斷操作，即本站設備的一般操作狀態(tài)，如溫度過高、電壓過低；模塊診斷操作，即一個站點的某一個I/O模塊出現(xiàn)故障，如8位的輸出模塊；通道診斷操作，表示一個單獨的I/O位的故障，如輸出通道7短路。

    ⑤可靠性和保護機制：所有信息的傳輸在海明距離HD=4進行，DP從站帶看門狗定時器，其I／O有存取保護，DP主站上帶可變定時器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。

PROFIBUS-PA的網(wǎng)絡拓撲結構可以有多種形式，可以實現(xiàn)樹形、總線型或其組合結構，如圖6-39所示為樹形結構。樹形結構是典型的現(xiàn)場安裝技術，多路分配器負責連接現(xiàn)場設備與主干總線，所有連接在現(xiàn)場總線上的設備通過多路分配器進行并行切換。

圖6-39  樹形結構的PROFIBUS-PA

圖6-40為總線型結構?？偩€型結構提供了與供電電路安裝類似的沿現(xiàn)場總線電纜的連接點，現(xiàn)場總線電纜可通過現(xiàn)場設備連接成回路，其分支線也可連接一個或多個現(xiàn)場設備。

圖6-40  總線型結構的PROFIBUS-PA

    基于IEC1158-2傳輸技術總線段與基于RS-485傳輸技術總線段可以通過DP/PA耦合器或連接器相連，耦合器使RS-485信號和IEC1158-2信號相適配。電源設備經(jīng)總線為現(xiàn)場設備供電，這種供電方式可以限制EC1158-2總線段上的電流和電壓。

如果需要外接電源設備，則需設置適當?shù)母綦x裝置，將總線供電設備與外接電源設備連接在本質(zhì)安全總線上，如圖6-41所示。

    為了增加系統(tǒng)的可靠性，可以設計冗余的總線段。利用總線中繼器可以擴展總線站數(shù)，

總站數(shù)多126個，中繼器多4臺。

PROFIBUS系統(tǒng)是一個兩端有有源終端器的線性總線結構，也稱為RS-485總線段，在一個總線段上多可連接32個RS-485站（主站或從站）。例如，圖6-37所示為一個典型的PROFIBUS-DP系統(tǒng)，它包括一個主站(PLC/PC)，從站為各種外圍設備，如分布式I/O、AC或DC驅(qū)動器、電磁閥或氣動閥及人機界面(HMI)。

圖6-37  PROFIBUS-DP單主站系統(tǒng)

    當需要連接的站超過32個時，必須將PROFIBUS系統(tǒng)分成若干個總線段，使用中繼器連接各個總線段。中繼器也稱為線路放大器，用于放大傳輸信號的電平。按照EN50170標準，在中繼器傳輸信號中不實現(xiàn)位相的時間再生（信號再生），這樣就會存在位信號的失真和延遲，因此EN50170標準限定串聯(lián)的中繼器不能超過3個。但實際上，某些中繼器線路已經(jīng)實現(xiàn)了信號再生。

中繼器也是一個負載，因此在一個總線段內(nèi)，中繼器也計數(shù)為一個站，可運行的多總線站數(shù)就減少一個。即如果一個總線段包括一個中繼器，則在此總線段上可運行的總線站數(shù)為31。但是中繼器并不占用邏輯的總線地址。如果PROFIBUS總線要覆蓋更長的距離，中間可建立連接段，連接段內(nèi)不連接任何站，如圖6-38所示。

圖6-38  由中繼器構成的總線系統(tǒng)

另外，中繼器還可以用于實現(xiàn)“樹形”和“星形”總線結構。此外也可以是浮地的結構，在這種結構中，總線段彼此隔離，必須使用一個中繼器和一個不接地的24V電源。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)的應用在較大程度上取決于采用哪種傳輸技術，選擇傳輸技術時，既要考慮傳輸?shù)幕疽螅ㄈ缤負浣Y構、傳輸速率、傳輸距離和傳輸?shù)目煽啃缘龋?，還要考慮簡便和成本的因素。在過程自動化的應用中，數(shù)據(jù)和電源還必須在同一根電纜上傳送，以滿足本質(zhì)安全的要求等。單一的傳輸技術不可能滿足以上所有要求，因此PROFIBUS物理層協(xié)議提供了三種數(shù)據(jù)傳輸標準：DP/FMS的RS—485傳輸；DP/FMS的光纖傳輸和PA的IEC1158-2傳輸。

    ①DP/FMS的RS-485傳輸

    RS-485是PROFIBUS常用的一種（通常稱為H2），采用屏蔽或非屏蔽的雙絞銅線電纜，適用于需要高速傳輸和設施簡單而又便宜的各個領域?？偩€段的兩端各有一個終端器（有源的終端電阻）。不帶轉發(fā)器每段32個站，帶轉發(fā)器多可達127個站。傳輸速率從9.6Kb/s～12Mb/s可選，所選用的傳輸速率適用于連接到總線（段）上的所有設備。段的大長度與波特率有關。

    ②DP/FMS的光纖傳輸

在電磁干擾很大的環(huán)境下應用PROFIBUS系統(tǒng)時，可使用光纖導體增加總線長度及數(shù)據(jù)傳輸率，以滿足遠距離分布系統(tǒng)的需要。目前玻璃光纖能處理的連接距離遠到15km，而塑料光纖可達到80m。許多廠商提供的總線插頭可將RS-485信號轉換成光纖信號或?qū)⒐饫w信號轉換成RS-485信號，這樣就為在同一系統(tǒng)上使用RS-485和光纖傳輸技術提供了一套開關控制十分方便的方法。

    ③用于PA的IEC1158-2傳輸

    PROFIBUS-PA采用符合IEC115 8-2標準的傳輸技術。這種技術確保本質(zhì)安全并通過總線直接給現(xiàn)場設備供電。數(shù)據(jù)采用位同步，曼徹斯特編碼協(xié)議（通常稱為Hl）。傳輸速率為31.25Kb/s，傳輸介質(zhì)是屏蔽／非屏蔽雙絞線、總線段的兩端用一個無源的RC線終端器來終止，在一個PA總線段上多可連接32個站。大的總線段長度在很大程度上取決于供電裝置、導線類型和所連接站的電流消耗。

    如果采用段耦合器，可適配IEC1158-2和RS-485信號（主要是傳輸速率和信號電壓的匹配），從而將采用RS-485傳輸技術的總線段和采用IEC1158-2傳輸技術的總線段連接在一起。因此，可在同一套系統(tǒng)中使用RS-485傳輸技術和光纖傳輸技術。這樣，這三種不同的傳輸技術可以通過一定的手段混合使用.

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