3章PROFIBUS总线3

三、光纤传输技术
延时时间短、传输距离长，站之间的距离最大达到 15km ，
1、总线导线 有两种光纤可供使用，一种为价格低廉的塑料纤
维，供距离小于50m情况下使用。另一种是玻璃纤 维，用于距离小于1km情况下使用。 2、连接技术
光链路模块OLM、光链路插头OLP、集成光纤 电缆连接、光纤总线终端OBT等4种连接技术
4、IECl158-2传输技术特性：
数据传输:数字式、位同步、曼彻斯特编码; 传输速率:31.25kbit/s，电压式; 电缆:双绞线，屏蔽式或非屏蔽式; 远程电源供电:可选附件，通过数据线; 防爆型:能进行本征及非本征安全操作; 拓扑:总线形或树形，或两者相组合; 站数:每段最多32个，总数最多为127个; 中继器:最多可扩展至4台。
总体说明，DP主设备相关规格，从设备的相关规格
3.4 PROFIBUS-DP技术简介
DP用于现场层的高速数据传输，典型的DP配置是单 主站结构。
DP主站与DP从站间的通信基于主-从原理，一个报 文循环由DP主站发出的请求帧 (轮询报文)和由DP从 站返回的有关应答或响应帧组成。
主站周期地读取从站的输入信息并周期性地向从站 发送输出信息，总线循环时间必须要比主站(PLC)程 序循环时间短，除周期性用户数据传输外， PROFlBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通 信以进行组态、诊断和报警处理。
被所有类型的SIMATICS7 DP主站和从站设备的模块所支持。
四、设备数据库文件
PROFIBUS设备具有不同性能特征，主要指现有功能 (即I/0的数 量和诊断信息)的不同或可能的总线参数（如速率和时间）。为 达到PROFIBUS简单的即插即用配置，这些特性均在电子数据单 中具体说明，有时称为设备数据库文件或GSD文件。包括：
二、总线存取控制机制
1、令牌总线机制：主站之间 2、主从机制：主站与从站之间
PROFIBUS总线存取控制机制
三、 采用交叉通信的数据交换
交叉通信，简称 “直接通信”，在S7-DP应用中使用。 在交叉通信期间，DP从站不用1对1的报文 (从--主)响应DP主站，
而用特殊的1对多的报文 (从—主)。 用交叉通信，通信关系 “主-从”和 “从-从”是可能的，但它们并不
2.PROFIBUS-PA：
用于过程自动化， 具有本质安全特性， 31.25Kbit/s IEC1158-2规定其通信规程。 将系统与现场设备，如压力、温度和液位变送器等连接起来，代替了4-20mA模拟信 号传输
3.PROFIBUS-FMS:
车间和厂级通信，提供大量循环和非循环通信服务，中等传输速率。主要考虑系统功 能而非响应时间，通常要求随机信息交换 (如改变设定参数等)。可用于大范围和复杂 的通信系统。
终端） 一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUS站或RS-
485段可以通过OBT连接到一个光纤电路。
3．拓扑结构
用于数据传输的光纤技术可以构成环型、总线 型、树型和星型结构。光链路模块（OLM）可以用 于实现单光纤环和冗余的双光纤环。
3.3 PROFIBUS的总线存取控制机制
一、概述
1、基本特性 DP、FMS、PA等3种均使用一致的总线存取协议。 数据链路层(Fieldbus Data Link，FDL) ：保证数据可靠性技术、
RS-485总线段的结构
VP(6) 390Ω
220Ω 390Ω
....
DGND(5)
RS485段 B
6) 390Ω
220Ω 390Ω DGND(5)
1、传输序列
半双工、异步、无间隙同步
NRZ（不归零）编码
传输期间，二进制“1”对应于RXD/TXD-P （Receive/Transmit-Data-P）线上的正电位，而 RXD/TXD-N线上则相反。
PROFIBUS三个兼容部分:
DP（Decentralized Periphery分散外围设备)，PA（Progress Automation过程 自动化)，FMS(Fieldbus Message Specification，现场总线报文规范）
1.PROFIBUS-DP:
传感器和执行器级高速数据传输，通信功能可扩充。传输速率可达12Mbit/s，单主 站系统，主从站间采用循环数据传输方式。
各报文的空闲（idle）状态对应于二进制“1”信号（图3-3）
A线对应RXD/TXD-N信号，B线对应RXD/TXD-P信号（图 0 3b-14b）2 。b3 b4 b5 b6 b7 b8 p 1
数据位
停止位
（“0”或“1”信号）
（“1”
信号）
起始位
奇偶校验位
（“0”信号）
（“0”或“1”
信号） 图3-3 PROFIBUS字符帧
传输协议和报文处理。 介质存取控制(Medium access controI,MAC)具体控制数据传
输程序，确保任何时刻只有一个站点发送数据。
2、PROFIBUS协议满足介质控制的2个基本要求： 1)复杂系统(主站)间的通信，须保证限定时间间隔中，任一个站
点要有足够时间完成通信任务。 2)复杂程序控制器和简单的I/O设备(从站)间通信，快速又简单
PROFIBUS通信模型
二、PROFIBUS的协议类型
1、协议类型 1）ISO/OSI模型1、2（数据链路层），其中FMS还有第7
层（应用层）,并增加了用户层。 2）PROFIBUS-DP/FMS的第1层和第2层相同，
PROFIBUS-PA有第1层和第2层，但与DP/FMS有区别。 2、协议的特点 1)不支持>235B的长信息段 2)不支持短信息组块功能 3)不提供网络层支持运行功能，其他可选，如口令保护等。 4)除规定最小组态外，可根据需求建立任意服务子集。 5)总线形拓扑，两端带终端器或不带终端器。
一.PROFIBUS-DP的基本功能
(1)传输技术 1)RS-485双绞线或光缆 2)波特率从9.6kbit/s-l2Mbit/s
(2)总线存取 1)各主站间为令牌传输，主站与从站间为主-从传输; 2)支持单主或多主系统; 3)主-从设备，总线上最多站点数为126
设备地址
PROFIBUS支持的设备地址范围是0~127。这其 中有几个特殊地址是保留作为它用的，除此之外 一般情况下地址是可以随便使用，但在实际应用 中还是遵守一定的规则较好。
(1)OLM技术 (Optical Link Module光链路模块)
(2)OLP技术 (Optical Link Plug光链路插头)
（3）集成的光纤电缆连接 使用集成在设备中的光纤接口将PROFIBUS节点
与光纤电缆直接连接。 （4）OBT（Optical Fiber Bus Terminal，光纤总线
1、数据传输
非直流传输的位同步，采用曼彻斯特编码 (也称H1编码)。 数据的发送采用对总线系统的基本电流IB调节±9mA的方法实现 。
2．传输电缆
4种标准电缆类型，推荐采用A和B型， C和D仅用于网络升级改 造。
3、总线连接 （PA 总线段的结构）
最多可接32个站，总线两端各有一个无源RC终端器
由于所连接站的电容性负载而引起导线反射，必须 使用附加有轴向电感的总线连接插头。
4、拓扑结构
一段总线上最多连接32个RS-485站
传输距离：1200m(9.6kbps)，最大10.8 Km（9个中继）；
二、PA的IEC61158-2传输技术
IEC61158-2标准，位同步协议，每段只有一个电源供电
ProfiBus是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双 绞线、光纤、无线传输。
PROFIBUS技术的发展经历:
1987年,德国SIEMENS等18家企业和研究机构联合开 发；
1989年,德国工业标准DIN19245； 1996年,欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS-DP); 1998年,PROFIBUS-PA被纳入EN50170V.2； 1999年,国际标准IEC61158的组成部分(TYPEIII) 2001年,中国的机械行业标准JB/T10308-3-2001。
地完成数据的实时传输。
令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总 线存取权 (令牌)。在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之 间进行。
主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从 站发送或读取信息。
总线存取控制允许3种系统配置： 主-从系统，主-主系统，混合系统。
ED(终止界定符):终止字节，指出 此报文终止。
3 应用层
PROFIBUS的应用层由FMS接口(现场总线报文规范)和LLI接 口(低层接口)组成。
在不同的应用中，具体需要的功能范围必须与具体应用相适 应，这些适应性定义称为行规。
行规提供了设备的可互换性，保证不同厂商生产的设备具有 相同的通信功能。
第三讲 PROFIBUS现场总线
作为众多现场总线家族的成员之一，ProfiBus是在欧洲 工业界得到最广泛应用的一个现场总线标准，也是目前国际 上通用的现场总线标准之一。
ProfiBus是属于单元级、现场级的SIMITAC网络，适 用于传输中、小量的数据。其开放性可以允许众多的厂商开 发各自的符合ProfiBus协议的产品，这些产品可以连接在同 一个ProfiBus网络上。
6)传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从 9.6kbit/s到l2Mbit/s不等。
7) 地址定义范围为:0－127(对广播而言，127是
全局地址)。
8)两类数据传输服务: 非循环:发送数据:有/无应答;请求数据:有应答
要求。 循环(轮询):发送和请求:有应答要求。
3.2 PROFIBUS的数据通信和拓扑结构
127:保留用于全局控制或广播信息
126：保留用于尚未分配的地址（只允许一个从 站具有该地址，DP主站不得设置该地址）
文中信息字段的长度。 DA(目的地址):目的地址字节，指
出将接收此信息的站。
FC(帧控制):控制字节，包含用于 此信息的服务和此信息的优先权 的详细说明。
DU:数据单元，包含报文的有用 信息，必要时还包含扩展地址的 详细说明。
FCS(帧校验顺序):校验字节，包 含报文校验和 (不进位地加所有 报文字节的和)。
B线 二进制 1 0 1 1 0 1 A线
图3-4 不归零码信号波形
2、传输长度与速率
传输长度与速率成反比.
3、总线连接
1)连接器 EN50170推荐9针D型连接器插座与总线站连接，插头与总
线电缆连接。 2)总线终端器 EIA RS-485标准，在数据线A和B两端均加接总线终端器。 空闲状态：由固定电阻确定空闲电位，跳接器可由开关启动。 传输速率大于1.5Mbit/s时。
PROFIBUS物理层协议提供三种数据传输标准： DP/FMS(RS-485)传输；DP/FMS(光纤电缆)传输； PA的IEC61158-2传输。 三种传输技术总线段可以通过DP/PA耦合器或链接器相连。
一、DP/FMS(RS-485)的物理层
1）屏蔽双绞线：EIA RS-485标准(H2)，9针D型插头连接器 2）总线段的两端点各有一个终端器 3）传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选 4）每段32站，通过中继器增加段数，每段最多127站。
PROFIBUS报文格式： 1.有固定信息字段长 度的格式 2.带数据的有固定信 息字段长度的格式 3.有可变信息字段长 度的格式 4.短应答 5.令牌报文
L:信息字段长度。 SC(单字符):单字符，仅用于应答。 SD1-SD4(起始界定符):起始字节，
用于区别不同的报文格式。 LE/LEr:长度字节，指出可变长报
3.1 PROFIBUS的通信模型和协议类型
一、PROFIBUS的通信模型
OSI的1、2、7层（FMS），物理层、数据链路层、应用层。
1、物理层包含
DP/FMS(RS-485)的物理层，DP/FMS(光纤电缆)的物理层， PA的物理层。
2、数据链路层
数据链路层规定总线存取控制、数据安全性以及传输协议和 报文的处理。在PROFIBUS中，数据链路层 (第2层)称为FDL 层 (现场总线数据链路层)。