在提及西門子的通信時，就不得不說PROFIBUS。你是否對它有所了解？PROFIBUS又是怎樣使用的呢？

PROFIBUS支持的是主從模式以及多主多從的工作模式。在多主站的環(huán)境下，主站間通過令牌傳遞的方式?jīng)Q定對總線的控制權(quán)，一旦獲得控制權(quán)，主站便可以與從站進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，實現(xiàn)點對點的通信。

PROFIBUS的架構(gòu)

PROFIBUS協(xié)議主要由三個核心部分組成：PROFIBUS-DP（分布式過程接口）、PROFIBUS-PA（過程自動化）以及PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場總線消息規(guī)范）。

1、PROFIBUS-DP（分布式過程接口）

PROFIBUS-DP專注于高速且成本效益高的數(shù)據(jù)傳輸，適用于自動化系統(tǒng)中單元級控制設(shè)備與分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站間的通信遵循令牌機制，而主站與從站之間則通過主從輪詢或兩者的混合方式進行通信。在典型的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡中，存在一個主動令牌（主站）和多個被動節(jié)點（從站）。

圖1 展示了典型的主從PROFIBUS-DP總線結(jié)構(gòu)，其中一個站作為主站，其余站均為從站。

2、PROFIBUS-PA（過程自動化）

PROFIBUS-PA適用于過程自動化的現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器的低速數(shù)據(jù)傳輸，它基于擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議。采用IEC 1158-2標準傳輸技術(shù)，使其能夠用于防爆區(qū)域的傳感器和執(zhí)行器與中央控制系統(tǒng)的通信。它使用屏蔽雙絞線電纜，并由總線供電。圖2 描繪了典型的PROFIBUS-PA系統(tǒng)配置。

3、PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場總線消息規(guī)范）

PROFIBUS-FMS服務于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡，提供廣泛的通信服務，支持中等速度下的循環(huán)和非循環(huán)通信。FMS主要關(guān)注系統(tǒng)功能而非系統(tǒng)響應時間。如圖3所示，一個典型的PROFIBUS-FMS系統(tǒng)由各種智能自動化單元組成，如PC、PLC、HMI等。

PROFIBUS協(xié)議層次結(jié)構(gòu)

PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)基于ISO/OSI參考模型，如圖4所示。其中，第1層負責物理傳輸特性，第2層涉及數(shù)據(jù)鏈路層，而第3至6層在PROFIBUS中未被使用。第7層為應用層，定義了應用功能。

PROFIBUS-DP以其高效和快速而著稱，它僅使用了第1、2層以及用戶接口，而省略了第3至7層。這種簡化的結(jié)構(gòu)確保了DP的高效數(shù)據(jù)傳輸。

傳輸技術(shù)

PROFIBUS總線采用帶有終端的總線拓撲結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

在傳輸技術(shù)上，PROFIBUS DP和PROFIBUS FMS采用相同的機制，可以使用RS485屏蔽雙絞線電纜或光纖進行傳輸；而PROFIBUS PA則采用IEC 1158-2傳輸技術(shù)。DP和FMS使用統(tǒng)一的總線存取協(xié)議，因此可以在同一電纜上同時運行。它們符合EIA RS-485標準（也稱為H2），可以使用屏蔽或非屏蔽雙絞線電纜，在9.6kbit/s至12Mbit/s的速率范圍內(nèi)工作。在不帶中繼器的情況下，一個總線段最多可以連接32個站，而帶有中繼器時則可以達到127個站。DP/FMS的傳輸距離與傳輸速率相關(guān)，在3-12Mbit/s時為100m，在9.6-93.75kbit/s時則為1200m。

為了適應高強度的電磁干擾環(huán)境或?qū)崿F(xiàn)高速遠距離傳輸，PROFIBUS還支持光纖傳輸技術(shù)。

PROFIBUS總線連接器的應用

PROFIBUS總線連接器是專為連接PROFIBUS站點與電纜而設(shè)計，以實現(xiàn)信號的高效傳輸。它配備了內(nèi)置的終端電阻，如圖6所示，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了重要保障。

PROFIBUS-DP線纜的規(guī)范接法

PROFIBUS-DP線纜的規(guī)范接法如圖所示，直觀易懂。這種電纜包含兩根主要導線，一根紅色，一根綠色，外層為屏蔽層。在接線過程中，務必確保屏蔽層正確連接，避免與內(nèi)部導線接觸。此外，要區(qū)分進線和出線，特別是在總線系統(tǒng)中，經(jīng)常采用串聯(lián)方式，通過一根總線不斷接入分站。在總線兩端的接頭，線纜應接入進線孔，并將開關(guān)置于ON狀態(tài)，此時僅進線通路暢通，而出線則斷開。中間的接頭則應將開關(guān)置于OFF狀態(tài)，確保進出線均暢通無阻。

PROFIBUS-DP接線與采購指南

無論是構(gòu)建MPI還是PROFIBUS-DP網(wǎng)絡，所需的主要部件都相似。具體電纜及接頭的型號可參照常用附件訂貨號。以下是詳細步驟：

A. 準備電纜與剝線工具。使用FC技術(shù)時，無需剝出裸露銅線。

上圖展示了使用快速剝線器（FCS，訂貨號6GK1905-6AA00）剝好的PROFIBUS電纜一端。

B. 打開PROFIBUS網(wǎng)絡連接器。首先釋放電纜張力壓塊，然后打開芯線鎖。

上圖展示了打開的PROFIBUS連接器。

C. 去除電纜芯線外的保護層，按照顏色標記將芯線插入芯線鎖，并用力壓下鎖塊，確保內(nèi)部導體接觸良好。同時，要確保電纜剝出的屏蔽層與屏蔽連接壓片接觸。

上圖展示了電纜的插入過程。

由于通信頻率較高，通信電纜采用雙端接地方式，確保電纜兩頭的屏蔽層均連接。

D. 復位電纜壓塊，擰緊螺絲，以減少外部拉力對內(nèi)部連接的影響。

網(wǎng)絡連接器分為帶編程口和不帶編程口兩種。不帶編程口的連接器適用于一般聯(lián)網(wǎng)場景，而帶編程口的連接器則可在聯(lián)網(wǎng)的同時提供編程連接端口，便于編程或連接HMI等設(shè)備。

通過PROFIBUS電纜連接網(wǎng)絡插頭，構(gòu)建總線型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。如下圖所示，連接器A、B、C分別接入三個通信站點的通信口；電纜a連接插頭A和B，電纜b連接插頭B和C。可根據(jù)需要擴展此線型結(jié)構(gòu)。

注意圓圈內(nèi)的“終端電阻”開關(guān)設(shè)置。網(wǎng)絡終端的插頭必須將終端電阻開關(guān)置于“ON”位置；中間站點的插頭則應將終端電阻開關(guān)置于“OFF”位置。

注意事項：

當終端電阻開關(guān)置于“ON”的設(shè)備不能斷電時，如Profibus插頭上除了220歐的終端電阻外還配備有兩個390歐的偏置電阻，這些偏置電阻必須連接電源。

若終端設(shè)備需要頻繁斷電維護或僅配備接線端子而無9針D型插座，建議使用有源終端模塊作為Profibus總線的終端（如6ES7 972-0DA00-0AA0）。

當Profibus電纜長度不足時，需采用專業(yè)接頭連接兩根電纜，而非簡單擰合銅芯，以避免破壞電纜的特征阻抗并導致通訊問題。

RS485中繼器的終端電阻配置

Profibus通訊電纜的最大長度受限于通訊波特率。當電纜長度超出通訊范圍時，需使用RS485中繼器延長通訊距離。中繼器配備接線端子，Profibus電纜可直接連接。同時，中繼器也配備終端電阻，其使用方法與電纜插頭相同。

OLM插頭終端電阻的應用

在電磁干擾嚴重或通訊距離較遠的現(xiàn)場環(huán)境中，可使用OLM將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纜傳輸。OLM配備RS485電氣接口，需使用Profibus插頭連接電纜。無論連接主站還是從站，接法均相同。

DP/DP coupler插頭終端電阻的配置

兩個DP主站之間可通過DP/DP coupler傳輸數(shù)據(jù)。DP/DP coupler配備兩個RS485接口，連接方法與OLM相同。

雖然PROFIBUS-DP在某些情況下可能給人一種不安全感，主要是因為其操作要求較高。然而，只要遵循規(guī)范并確保所有工作都正確無誤，它同樣可以展現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性。盡管目前PROFINET受到越來越多人的青睞，但對于許多舊設(shè)備而言，掌握PROFIBUS-DP仍然具有實際意義。