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1、PROFIBUS 是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统，在集中自动化系统向分散自 动化系统转移方面是一种重大突破。 由于PROFIBUS一直侧重于系统集成和系统工程等方面，尤其是侧重于应用行规的研究开发，使 得该总线具有适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务的特点，成为唯一能够全面覆 盖工厂自动化和过程自动化应用的现场总线，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。因而从 诞生至今，PROFIBUS 在现场总线技术领域一直是国际市场上的领导者。随着PROFIBUS的大量应用，许多用户开始接触并使用了现场总线。但由于用户对现场总线 技术的了解程度不同，再加上现场施工情况复杂，因而很有
2、可能导致许多项目的现场总线通讯上 可能存在着一些隐患，如果不能及时发现和处理，将有可能导致系统出现通讯故障，从而影响整 个系统的正常运行。为了帮助广大用户一一特别是刚刚接触到现场总线的用户能够对PROFIBUS的硬件有个初步的了解，这里将重点介绍如何在现场正确的安装和使用相关PROFIBUS的网络元件和设备，帮助 用户在使用PROFIBUS现场总线的过程中从硬件安装的角度尽量减少问题的发生，从而尽量减少 整个网络使用中出现故障的概率。1 PROFIBUS 概述PROFIBUS网络通讯的本质是RS485串口通讯，按照不同的行业应用，主要有三种通讯行规： DP（Decentralized Peri
3、pherals），FMS（Field Message Specification）和PA（Process Automation）行规。其中DP通讯的方式在OSI参考模型中主要使用第1、2、7层，因此PROFIBUS DP网络的通讯 速度较快，且报文简单（表1）。第7层DP设备行规FMS设备行规PA设备行规（应用层）基本功能基本功能扩展功能扩展功能DP用户接口直接数据链路映象程序(DDLM)应用层接口（ALI)DP用户接口直接数据链路映象程序(DDLM)第36层（并没有省略）第2层（数据链路数据链路层数据链路层IEC接口层）现场总线数据链路现场总线数据链路（FDL)（FDL)第1层（物理层）物理
4、层（RS485/光纤)物理层（RS485/光纤）IEC61158-2表1 三种PROFIBUS的通讯行规的OSI模型随着现场总线的应用领域不断扩大，PROFIBUS技术也在不断的发生着变化，例如FMS行规 目前己经不再使用，而DP和PA的应用会越来越多，另外类似Motion Control with PROFIBUS 和 PROFIsafe 等新的行规也都会随着应用而逐渐普及。但无论那种行规，涉及到的硬件和网络形式基本都是一致的（PA除外）。因此这里我们从最 基本的网络硬件着手，介绍PROFIBUS的网络连接方式。2 PROFIBUS 网络硬件PROFIBUS网络主要涉及到的硬件包括：PROF
5、IBUS接口，通讯介质，PROFIBUS插头，中 继器，诊断中继器，OLM以及有源终端电阻等。2.1 PROFIBUS 接口PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管脚定义为：一般CPU或者CP板卡都采用该接口。该接口外部的金属部分一般连接到CPU或者CP的内部 的“PE”。而当CPU安装在底板上时，其“PE”与底板是连通的，此时如果将安装底板在电气柜内做 接地处理，则该SUB-D接口的外部金属部分也是接地的。2.2 通讯介质关于通讯介质，在表1的OSI模型中己经规定：PROFIBUS网络支持RS485的电缆和光纤两种 通讯介质。当然，现在也有支持无线通
6、讯的设备，但我们目前面对的主要还是有线介质的用户。2.2.1 PROFIBUS 电缆PROFIBUS（类型 1）介质是一根屏蔽双绞电缆，屏蔽可以提高电磁兼容（EMC）能力。 类型 1：NRZ 位编码与 EIA RS-485 信号结合，目的是降低总线稠合器成本，稠合器可以使站与总线之间电气隔离或非电气隔离；需要总线终端器，特别在较高数据传输速率（达到 1500 k bits/s）时更需要。类型 1 规范描述平衡的总线传输，符合美国标准 EIA RS-485(EIA: 电气工业协 会；RS-485: 平衡的数字多点系统中使用的收/发器的电特性标准)。在双绞线两端的终端器使得类型 1 的物理层支持高
7、速数据传输。传输速率三93.75 kbits/s 时，最大电缆长度为 1.2km 。对 1500kbits/s 的速度，最大长度减到 70/200m(对 B/A 型电缆)。PROFIBUS 电缆的特性阻抗应在 1000 到 2200 之间，电缆电容（导体间）应该60pF/m， 导线截面积应主0.22mm2(24 AWG)。电缆选择标准参见美国标准 EIA RS-485 的附录。 两类电缆的特性：电缆参数A 型B 型阻抗1350-1650(f=3 到 20MHz)1000-1300(f100kHz)电容30pF/m60pF/m电阻三1100/Km-导线截面积主0.34mm2 (22AWG)主0.
8、22mm2(24AWG)表 2 电缆规格下面的表指出两类电缆（A 和 B）对不同传输速度时的最大长度波特率kbit/s9.693.75187.55001500300012000A 型电缆 长度（m）12001000400200100B 型电缆 长度（m）120060020070表 3 不同传输速度时的电缆长度 标准PROFIBUS电缆为屏蔽双绞电缆，其中数据线有两根：A-绿色和B-红色，分别连接DP接口的管脚3（B）和8（A），电缆的外部包裹着编织网和铝街两层屏蔽，最外面是紫色的外皮（图1）。图1 标准PROFIBUS电缆标准的PROFIBUS电缆一般都是A类电缆。 除了标准PROFIBUS电
9、缆，还有许多其它特殊类型的电缆可以用于特定的环境：图2 各种类型的PROFIBUS电缆 为了方便将PROFIBUS的外皮以及屏蔽层按照固定的长度进行切除，减少剥线的时间和剥线过程中将电缆破坏或者造成短路的可能，西门子还提供了PROFIBUS快速剥线工具（订货号：6GK1 905-6AA00）（见图3）。图3 PROFIBUS快速剥线工具2.2.2 光纤及接口 光纤通讯具有很多优点，比如传输距离远，抗电磁干扰性好，且光纤尺寸小，重量轻，耐腐蚀性好，便于敷设等。当然也有缺点：光纤弯曲半径不能过小，光纤连接处及终端不容易处理等 等。按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤（图 4）。
10、图 4 光纤的分类多模光纤：中心玻璃芯较粗(50 或 62.5m)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限 制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM 的光纤在 2KM 时则 只有 300MB 的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为 9 或 10m)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯。在现场总线的规范中，定义了光纤可以做为现场总线的通讯介质。西门子可以使用光纤的 PROFIBUS 设备有：带光纤接口的 CP 板卡及模板（如 CP5613 A2 FO， CP3425-FO 等），
11、 OLM 和 OBT。光纤主要涉及到选型的问题，因为通讯距离与光纤的类型有很大关系，而且并非所有的设备 都能支持多种类型的光纤。因此需要注意设备与光纤以及接头的选型。这可以通过 OLM 的选型来 了解。OLM 接口及匹配光纤看如下表格：OLM/P11P12G11G12G11-1300G12-1300接口111111-电气-光纤（BFOC）121212可连光纤-塑料(如：6XV1 821-0AT10)980/100um80m80m-PCF(如：6XV1 861-2A)200/230um400m400m-石英玻璃(如：6XV1 820-5BT30)单模 (10/125um)-15km15km多模
12、(50/125um)-3km3km10km10km多模 (62.5/125um)-3km3km10km10km表 4 OLM 的接口及其光纤选型表中列出了塑料光纤、PCF 光纤和玻璃光纤主要的应用场合，与 OLM 相关的设备基本上都是BFOC 接头类型。光纤可以选择预装了接头的（如购买时己经安装了 BFOC 接头），但如果事先不知道距离， 也可以选择单独购买光纤和接头。但一般玻璃光纤的 BFOC 接头都需要专业人士来安装。除了 OLM，其它的带有光纤接口的设备包括：OBT / CP342-5 FO / IM467 FO / CP5613 FO / IM153-2 FO，这些设备使用的光纤一般使
13、用的是简单接头（Simplex plug），且有两种光纤可以 选择：A.塑料光纤 980/100um50m(如：6XV1 821-0AT10)B.PCF 光纤 200/230um300m(如：6XV1 861-2A)C.接头 Simplex plug :6GK1 900-0KB00-0AC0这里再总结一下两种接头的订货号：玻璃光纤的 BFOC connector ：6GK1 901-0DA20-0AA0塑料光纤的 PCF Simplex plug ：6GK1 900-0KB00-0AC0 BFOC plug ：6GK1 900-0HB00-0AA0图 5 Simplex plug图 6 BFO
14、C 接头 如果希望自己完成接头的焊接工作，可以订工具箱（图 7）：工具箱 PCF Simplex plugs： 6GK1 900-0KL00-0AA0 BOC plugs：6GK1 900-0HL00-0AA0图7 熔接工具箱但如果是玻璃光纤还是建议找专业的人员和设备来熔接。2.2.3 PRFOBUS 插头PROFIBUS插头用于连接PROFIBUS电缆和PROFIBUS的站点（图8）。图8 PROFIBUS插头的使用 在PROFIBUS插头上，有一个进线孔（In）和一个出线孔（Out），分别连接至前一个站和后一个站。当各站点通过插头连接以及网线连接到网络上时，根据RS485串口通讯的规范，每个物理网 段支持32个物理设备，且在物理网段终端的站点应该设置终端电阻防止浪涌保证通讯质量。而每 个PROFIBUS插头上，都内置了终端电阻，需要是可以接入（
