PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的結構及應用
Profibus的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標準EN50170作保證,并經實際應用驗證具有普遍性。目前已廣泛應用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等領域。
Profibus由3個兼容部分組成,即PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery,分布I/O系統(tǒng))、PROFIBUS-PA(Process Automation,現(xiàn)場總線信息規(guī)范)和PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification,過程自動化)。
PROFIBUS-DP是一種高速、低成本通信,專門用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4~20mA信號傳輸。PORFIBUS-PA專為過程自動化設計,可使傳感器和執(zhí)行機構連在一根總線上,并有本質安全規(guī)范。PROFIBUS-FMS用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡,是一個令牌結構的實時多主網(wǎng)絡。
1.PROFIBUS的協(xié)議結構
PROFIBUS協(xié)議結構是根據(jù)ISO7498國際標準,以OSI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)以及不同設備可調用的應用功能,并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。PROFIBUS-FMS定義了第1、2、7層,應用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS)和低層接口(LLI)。FMS包括了應用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務;LLI協(xié)調不同的通信關系并提供不依賴設備的第2層訪問接口。PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外,PA還描述了現(xiàn)場設備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1157-2標準,PA的傳輸技術可確保其本質安全性,而且可通過總線給現(xiàn)場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網(wǎng)絡。
2.PROFIBUS的傳輸技術
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
RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術,通常稱之為H2。RS-485傳輸技術用于PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS。
RS-485傳輸技術基本特征是:網(wǎng)絡拓撲為線性總線,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傳輸設備安裝要點:全部設備均與總線連接;每個分段上最多可接32個站(主站或從站);每段的頭和尾各有一個總線終端電阻,確保操作運行不發(fā)生誤差;兩個總線終端電阻必須一直有電源;當分段站超過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9.6kbps~12Mbps,一旦設備投入運行,全部設備均需選用同一傳輸速率。電纜最大長度取決于傳輸速率。采用RS-485傳輸技術的PROFIBUS網(wǎng)絡最好使用9針D型插頭。當連接各站時,應確保數(shù)據(jù)線不要擰絞,系統(tǒng)在高電磁發(fā)射環(huán)境下運行應使用帶屏蔽的電纜,屏蔽可提高電磁兼容性(EMC)。如用屏蔽編織線和屏蔽箔,應在兩端與保護接地連接,并通過盡可能的大面積屏蔽接線來復蓋,以保持良好的傳導性。
(2)IEC1157-2傳輸技術
IEC1l57-2的傳輸技術用于PROFIBUS-PA,能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本質安全性,并通過總線對現(xiàn)場設備供電。IEC1157-2是一種位同步協(xié)議,可進行無電流的連續(xù)傳輸,通常稱為H1。
(3)光纖傳輸技術
PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應用時,可使用光纖導體,以增加高速傳輸?shù)木嚯x??墒褂脙煞N光纖導體:一種是價格低廉的塑料纖維導體,供距離小于50m情況下使用;另一種是玻璃纖維導體,供距離小于1km情況下使用。許多廠商提供專用總線插頭可將RS-485信號轉換成光纖導體信號或將光纖導體信號轉換成RS-485信號。
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