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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。在多主站的環境下，主站間通過令牌傳遞的方式決定對總線的控制權，一旦獲得控制權，主站便可以與從站進行數據的發送和接收，實現點對點的通信。

PROFIBUS的架構

PROFIBUS協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（現場總線消息規范）。

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據傳輸，適用于自動化系統中單元級控制設備與分布式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網絡中，存在一個主動令牌（主站）和多個被動節點（從站）。

圖1 展示了典型的主從PROFIBUS-DP總線結構，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場傳感器和執行器的低速數據傳輸，它基于擴展的PROFIBUS-DP協議。采用IEC 1158-2標準傳輸技術，使其能夠用于防爆區域的傳感器和執行器與中央控制系統的通信。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系統配置。

3、PROFIBUS-FMS（現場總線消息規范）

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

PROFIBUS協議層次結構

PROFIBUS的協議結構基于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層涉及數據鏈路層，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。這種簡化的結構確保了DP的高效數據傳輸。

傳輸技術

PROFIBUS總線采用帶有終端的總線拓撲結構，如圖5所示。

在傳輸技術上，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。DP和FMS使用統一的總線存取協議，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的速率范圍內工作。在不帶中繼器的情況下，一個總線段Zui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，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境或實現高速遠距離傳輸，PROFIBUS還支持光纖傳輸技術。

PROFIBUS總線連接器的應用

PROFIBUS總線連接器是專為連接PROFIBUS站點與電纜而設計，以實現信號的高效傳輸。它配備了內置的終端電阻，如圖6所示，為系統的穩定運行提供了重要保障。

PROFIBUS-DP線纜的規范接法

PROFIBUS-DP線纜的規范接法如圖所示，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，避免與內部導線接觸。此外，要區分進線和出線，特別是在總線系統中，經常采用串聯方式，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，并將開關置于ON狀態，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置于OFF狀態，確保進出線均暢通無阻。

PROFIBUS-DP接線與采購指南

無論是構建MPI還是PROFIBUS-DP網絡，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部連接的影響。

網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網場景，而帶編程口的連接器則可在聯網的同時提供編程連接端口，便于編程或連接HMI等設備。

通過PROFIBUS電纜連接網絡插頭，構建總線型網絡結構。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。可根據需要擴展此線型結構。

注意圓圈內的“終端電阻”開關設置。網絡終端的插頭必須將終端電阻開關置于“ON”位置；中間站點的插頭則應將終端電阻開關置于“OFF”位置。

注意事項：

當終端電阻開關置于“ON”的設備不能斷電時，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。