PROFIBUS物理层在西门子工业通信网络中的应用

ISO/OSI参考模型的物理层是第1层，PROFIBUS可以使用多种通信媒体，例如带屏蔽的双绞线、光纤、红外线、导轨以及混合方式。传输速率为9.6kbit/s～12Mbit/s，每个DP从站的输入数据和输出数据最大为244B。使用屏蔽双绞线电缆时最长通信距离为9.6km，使用光缆时最长通信距离为90km，最多可以连接127个从站。

PROFIBUS可以使用灵活的拓扑结构，支持线形、树形、环形结构以及冗余的通信模型。支持基于总线的驱动技术和符合IEC61508的总线安全通信技术。下面介绍用于DP和FMS的RS-485传输和光纤传输。

1.DP/FMS的RS-485传输

PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS使用相同的传输技术和统一的总线存取协议，可以在同一根电缆上同时运行。DP/FMS符合EIARS-485标准（也称为H2），采用价格便宜的屏蔽双绞线电缆，电磁兼容性（EMC）条件较好时也可以使用不带屏蔽的双绞线电缆。一个总线段的两端各有一套有源的总线终端电阻。

图2-3中A、B线之间是220Ω终端电阻，根据传输线理论，终端电阻可以吸收网络上的反射波，有效地增强信号强度。两端的终端电阻并联后的值应基本上等于传输线相对于通信频率的特性阻抗。390Ω的下拉电阻与数据基准电位DGND相连，上拉电阻与DC5V电压的正端（VP）相连。在总线上没有站发送数据（即总线处于空闲状态）时，上拉电阻和下拉电阻用于确保A、B线之间有一个确定的空闲电位。

大多数PROFIBUS总线连接器都集成了终端电阻，连接器上的开关在On位置时终端电阻被连接到网络上，开关在Off位置时终端电阻从网络上断开。每个网段两端的站必须接入终端电阻，中间的站不能接入终端电阻。

传输速率为9.6kbit/s～12Mbit/s，所选的传输速率用于总线段上的所有设备。传输速率大于1.5Mbit/s时，由于连接的站的电容性负载引起导线反射，必须使用附加有轴向电感的总线连接插头。

PROFIBUS的站地址空间为0～127，其中的127为广播用的地址，所以最多能连接127个站点。一个总线段最多32个站，超过了必须分段，段与段之间用中继器连接。中继器没有站地址，但是被计算在每段的最大站数中。

每个网段的电缆最大长度与传输速率有关（见表2-1）。

图2-3 DP/FMS总线段的结构

表2-1 传输速率与总线长度的关系(www.xing528.com)

RS-485采用半双工、异步的传输方式，PROFIBUS的1个字符帧由8个数据位、1个起始位、1个停止位和1个奇偶校验位组成。

2.D型总线连接器

PROFIBUS标准推荐总线站与总线的相互连接使用9针D型连接器。连接器的引脚分配如表2-2所示。

表2-2D 型连接器的引脚分配

在传输期间，A线和B线对“地”（DGND）的电压波形相反。信号为1时B线为高电平，A线为低电平。各报文间的空闲（Idle）状态对应于二进制“1”信号。

3.DP/FMS的光纤电缆传输

PROFIBUS可以通过光纤中光的传输来传送数据。单芯玻璃光纤的最大连接距离为15km，价格低廉的塑料光纤为80m。光纤电缆对电磁干扰不敏感，并能确保站与站之间的电气隔离。近年来，由于光纤的连接技术大为简化，这种传输技术已经广泛地用于现场设备的数据通信。许多厂商提供专用总线插头来转换RS-485信号和光纤信号。

光链路模块（OLM）用来实现单光纤环和冗余的双光纤环。在单光纤环中，OLM通过单工光纤电缆相互连接，如果光纤电缆断线或OLM出现故障，整个环路将崩溃。在冗余的双光纤环中，OLM通过两个双工光纤电缆相互连接，如果两根光纤线中的一根出了故障，总线系统将自动地切换为线性结构。光纤导线中的故障排除后，总线系统返回正常的冗余环状态。