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定义了第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,并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。PROFIBUS-FMS定义了第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信服务;LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的*2层访问接口。PROFIBUS-PA的数据传输采用扩展的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提供了三种数据传输型式: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;介质为屏蔽双电缆,也可取消屏蔽,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传输设备安装要点: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,确保操作运行不发生误差;两个总线终端电阻**一直有电源;当分段站*过32个时,**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;传输速率可选用9.6kbps~12Mbps,一旦设备投入运行,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,系统在高电磁发射环境下运行应使用带屏蔽的电缆,屏蔽可提高电磁兼容性(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工业的要求。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,以增加高速传输的距离。可使用两种光纤导体:一种是价格低廉的塑料纤维导体,供距离小于50m情况下使用;另一种是玻璃纤维导体,供距离小于1km情况下使用。许多厂商提供*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*数据**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)具体控制数据传输的程序,MAC**确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。PROFIBUS协议的设计要满足介质存取控制的两个基本要求:
1)在复杂的自动化系统(主站)间的通信,***在确切限定的时间间隔中,任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。
2)在复杂的程序控制器和简单的I/O设备(从站)间通信,应尽可能*又简单地完成数据的实时传输。
因此PROFIBUS主站之间采用令牌传送方式,主站与从站之间采用主从方式。令牌传递程序*每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权(令牌),令牌在所有主站中循环一周的长时间是事先规定的。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依照主-从通信关系表与所有从站通信,向从站发送或读取信息,也可依照主-主通信关系表与所有主站通信。所以可能有3种系统配置:纯主-从系统、纯主-主系统和混合系统。