1.PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)
PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498標(biāo)準(zhǔn),以O(shè)SI作為參考模型的。PROFIBUS-DP定義了第1、2層和用戶接口。第3到7層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能,并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)備行為。PROFIBUS-FMS定義了第1、2、7層,應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS)和低層接口(LLI)。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù);LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第2層訪問接口。PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外,PA還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1157-2標(biāo)準(zhǔn),PA的傳輸技術(shù)可確保其本質(zhì)安全性,而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。
2.PROFIBUS的傳輸技術(shù)
PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸型式:RS-485傳輸、IEC1157-2傳輸和光纖傳輸。
(1) RS-485傳輸技術(shù)
RS-485傳輸是PROFIBUSzui常用的一種傳輸技術(shù),通常稱之為H2。RS-485傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS。
RS-485傳輸技術(shù)基本特征是:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€性總線,兩端有有源的總線終端電阻;傳輸速率為9.6kbps~12Mbps;介質(zhì)為屏蔽雙絞電纜,也可取消屏蔽,取決于環(huán)境條件;不帶中繼時每分段可連接32個站,帶中繼時可多到127個站。RS-485傳輸設(shè)備安裝要點(diǎn):全部設(shè)備均與總線連接;每個分段上zui多可接32個站(主站或從站);每段的頭和尾各有一個總線終端電阻,確保操作運(yùn)行不發(fā)生誤差;兩個總線終端電阻必須一直有電源;當(dāng)分段站超過32個時,必須使用中繼器用以連接各總線段,串聯(lián)的中繼器一般不超過4個;傳輸速率可選用9.6kbps~12Mbps,一旦設(shè)備投入運(yùn)行,全部設(shè)備均需選用同一傳輸速率。電纜zui大長度取決于傳輸速率采用RS-485傳輸技術(shù)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)使用9針D型插頭。當(dāng)連接各站時,應(yīng)確保數(shù)據(jù)線不要擰絞,系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境下運(yùn)行應(yīng)使用帶屏蔽的電纜,屏蔽可提高電磁兼容性(EMC)。如用屏蔽編織線和屏蔽箔,應(yīng)在兩端與保護(hù)接地連接,并通過盡可能的大面積屏蔽接線來復(fù)蓋,以保持良好的傳導(dǎo)性。
(2)IEC1157-2傳輸技術(shù)
IEC1l57-2的傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-PA,能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本質(zhì)安全性,并通過總線對現(xiàn)場設(shè)備供電。IEC1157-2是一種位同步協(xié)議,可進(jìn)行無電流的連續(xù)傳輸,通常稱為H1。
(3)光纖傳輸技術(shù)
PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用時,可使用光纖導(dǎo)體,以增加高速傳輸?shù)木嚯x??墒褂脙煞N光纖導(dǎo)體:一種是價格低廉的塑料纖維導(dǎo)體,供距離小于50m情況下使用;另一種是玻璃纖維導(dǎo)體,供距離小于1km情況下使用。許多廠商提供總線插頭可將RS-485信號轉(zhuǎn)換成光纖導(dǎo)體信號或?qū)⒐饫w導(dǎo)體信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號。
3. PROFIBUS總線存取控制技術(shù)
PROFIBUS-DP、FMS、PA均采用一樣的總線存取控制技術(shù),它是通過OSI參考模型第2層(數(shù)據(jù)鏈路層)來實現(xiàn)的,它包括保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報文處理。在PROFIBUS中,第2層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層(FDL,F(xiàn)ieldbus Data link)。介質(zhì)存取控制(M A C, Medium Access Control)具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦颍琈AC必須確保在任何一個時刻只有一個站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。PROFIBUS協(xié)議的設(shè)計要滿足介質(zhì)存取控制的兩個基本要求:
1)在復(fù)雜的自動化系統(tǒng)(主站)間的通信,必須保證在確切限定的時間間隔中,任何一個站點(diǎn)要有足夠的時間來完成通信任務(wù)。
2)在復(fù)雜的程序控制器和簡單的I/O設(shè)備(從站)間通信,應(yīng)盡可能快速又簡單地完成數(shù)據(jù)的實時傳輸。
因此PROFIBUS主站之間采用令牌傳送方式,主站與從站之間采用主從方式。令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規(guī)定的時間內(nèi)得到總線存取權(quán)(令牌),令牌在所有主站中循環(huán)一周的zui長時間是事先規(guī)定的。在PROFIBUS中,令牌傳遞僅在各主站之間進(jìn)行。主站得到總線存取令牌時可依照主-從通信關(guān)系表與所有從站通信,向從站發(fā)送或讀取信息,也可依照主-主通信關(guān)系表與所有主站通信。所以可能有3種系統(tǒng)配置:純主-從系統(tǒng)、純主-主系統(tǒng)和混合系統(tǒng)在總線系統(tǒng)初建時,主站介質(zhì)存取控制MAC的任務(wù)是制定總線上的站點(diǎn)分配并建立邏輯環(huán)。在總線運(yùn)行期間,斷電或損壞的主站必須從環(huán)中排除,新上電的主站必須加入邏輯環(huán)第2層的另一重要工作任務(wù)是保證數(shù)據(jù)的高度完整性。PROFIBUS在第2層按照非連接的模式操作,除提供點(diǎn)對點(diǎn)邏輯數(shù)據(jù)傳輸外,還提供多點(diǎn)通信,包括廣播和選擇廣播功能。