一、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的基本特點(diǎn)
現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP的物理層采用的是RS485接口技術(shù)，是目前應(yīng)用最普遍的一種形式。要使RS485網(wǎng)絡(luò)在高達(dá)12Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率的情況下，仍然保持較高的可靠性和穩(wěn)定性，這是很難做到的。因此，在PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)中又對(duì)RS485技術(shù)做了進(jìn)一步的嚴(yán)格定義和補(bǔ)充，其中包括了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、段、終端、中繼、分支等概念，并對(duì)所使用的電纜、連接器、中繼器等網(wǎng)絡(luò)部件做出詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范。
1、PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定RS485信號(hào)傳輸時(shí)，采用總線型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并提出了網(wǎng)絡(luò)段、終端、中繼器、連接器等網(wǎng)絡(luò)部件和概念，如圖1-1所示，當(dāng)電纜長(zhǎng)度超過(guò)PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的距離或網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)數(shù)量超過(guò)規(guī)定數(shù)量時(shí)，需使用中繼器將總線分割為段1和段2二個(gè)網(wǎng)絡(luò)段，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)段的頭和尾稱為終端。
2、一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)段的兩個(gè)終端站點(diǎn)必須設(shè)置終端電阻，而且兩個(gè)終端站點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間不能斷電（如果無(wú)法做到使設(shè)備不斷電，則需要在終端安裝有源終端電阻并保持不斷電，四星電子的有源終端電阻型號(hào)為PB-TR485）。終端站點(diǎn)設(shè)置終端電阻通常是通過(guò)PROFIBUS總線連接器插頭上的終端電阻開(kāi)關(guān)撥到ON來(lái)設(shè)置的，而網(wǎng)絡(luò)段中的其它站點(diǎn)的總線連接器插頭上的開(kāi)關(guān)需撥到OFF，因此判斷哪個(gè)站是段的終端至關(guān)重要。
3、PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定站點(diǎn)總數(shù)量在邏輯上可以有126個(gè)（站地址0~125可用于一般主/從站）。一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)段內(nèi)最多有32個(gè)站點(diǎn)。如果需要PROFIBUS總線上連接多于32個(gè)站的站點(diǎn)就必須使用中繼器或集線器之類的設(shè)備來(lái)擴(kuò)充成幾個(gè)段。
4、PROFIBUS通信介質(zhì)必須使用符合PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的專用電纜（西門(mén)子產(chǎn)品號(hào)：6XV1 830-0EH10），該電纜的一般特性如下表1-1：
表1-1 PROFIBUS專用電纜特性
一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)段中通信電纜的最大長(zhǎng)度與波特率密切相關(guān)，如下表1-2所示。整個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)所能達(dá)到的最大傳輸速率取決于電纜長(zhǎng)度最大的那個(gè)網(wǎng)絡(luò)段。
表1-2 不同傳輸速率下一個(gè)PROFIBUS段的最大電纜長(zhǎng)度
二、PROFIBUS中繼器的主要用途和特點(diǎn)
PROFIBUS中繼器主要有以下用途：
1、總線分支功能（集線器功能）：PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不允許有分支，這樣一來(lái)就增加了布線困難。在分支處安裝中繼器則又可以擴(kuò)充一段總線，即用中繼器可以改變PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)星形及混合型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，方便布線。見(jiàn)圖2-1。
2、中繼器功能： PROFIBUS中繼器的二個(gè)接口可以分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)段，即：可以再連接最多31個(gè)站接口，可以延長(zhǎng)相應(yīng)傳輸速率下的最大傳輸距離。還可以實(shí)現(xiàn)級(jí)連。這樣，通過(guò)中繼器組成的混合型PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站點(diǎn)數(shù)可達(dá)126站點(diǎn)。傳輸距離根據(jù)級(jí)連個(gè)數(shù)可以到達(dá)數(shù)公里（與使用的傳輸波特率有關(guān)）。
3、隔離器的功能：PROFIBUS中繼器每個(gè)接口可擴(kuò)展為一個(gè)“PROFIBUS段”（可稱為“段接口”），每接口段之間是電氣隔離的，也就是段與段之間是隔離的。這對(duì)于保護(hù)接口，抑制干擾，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是必不可少的。
4、監(jiān)示診斷功能：通過(guò)PROFIBUS中繼器上面的LED指示燈可以監(jiān)視PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中各段的工作狀態(tài)，為網(wǎng)絡(luò)診斷和排除故障提供參考。
四星電子PROFIBUS中繼器主要有以下特點(diǎn)：
1、物理層透明傳輸：四星電子PROFIBUS中繼器是采用物理層bit位透明傳輸?shù)�，與上層協(xié)議無(wú)關(guān)，因此適用于所有基于RS485的PROFIBUS協(xié)議，包括：PROFIBUS-DP/V0、V1、V2，及各種應(yīng)用行規(guī)，包括：PROFIsafe（安全）, Redundancy（冗余）、Ident Systems（識(shí)別系統(tǒng)）等等。支持連接多主站通信，如S7 FUNCTION協(xié)議、二類主站通信；也支持MPI協(xié)議、PPI協(xié)議和RS485自由口協(xié)議通信，并也可以適用于其它RS485傳輸技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線或網(wǎng)絡(luò)，如MODBUS等。
2、不需要主站配置：不需要主站配置、無(wú)GSD文件。
3、不分主/從站接口、不分輸入/輸出接口、不分終端/非終端節(jié)點(diǎn)：每個(gè)PROFIBUS接口，主站/從站可接到任何一個(gè)接口上，每個(gè)接口即可作為終端節(jié)點(diǎn)，也可作非終端節(jié)點(diǎn)。
4、波特率0~12Mbps自適應(yīng)：不需要開(kāi)關(guān)設(shè)置或任何軟件配置。
5、段隔離：每個(gè)接口段之間彼此隔離。
6、可級(jí)聯(lián)：任意一個(gè)接口段可再通過(guò)PROFIBUS中繼器實(shí)現(xiàn)級(jí)連以擴(kuò)展接口段數(shù)量，可級(jí)連數(shù)目與波特率有關(guān)。當(dāng)波特率≥187.5K時(shí)，可級(jí)連數(shù)目是3級(jí)；當(dāng)波特率＜187.5K時(shí)，可級(jí)連數(shù)目最多可以達(dá)到5級(jí)。
三、產(chǎn)品特性及主要技術(shù)參數(shù)
● 隔離電壓：1000VDC，電源對(duì)RS485和RS485對(duì)RS485全隔離
● 電源：9～40VDC寬電壓供電，不受電源電壓波動(dòng)的影響，帶電源極性接反保護(hù)和浪涌保護(hù)
● 功耗：FS-PBHUB-2的功耗約1W
● 通信速率：0～12Mbps無(wú)延時(shí)自動(dòng)適應(yīng)
● PROFIBUS接口：DB9F（孔）插座，引腳信號(hào)定義符合PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)
● 各個(gè)傳輸速率下每段的最大通信距離符合PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)：
● 每個(gè)RS485端口具有防雷擊浪涌保護(hù)器，可重復(fù)性浪涌容量：Ipp=100A（10/700us，4KV） 符合標(biāo)準(zhǔn)：ITU-TK20/21、VDE 0433。±15KV ESD（靜電）保護(hù)
● 自恢復(fù)過(guò)流保護(hù)，RS485端口能承受高達(dá)60V的電壓引起的持續(xù)過(guò)電流
● 每個(gè)RS485端口具有數(shù)據(jù)接收指示燈
● 工作溫度：-40～+85℃
● 外形尺寸：FS-PBHUB-2：93mm×99mm×28mm（長(zhǎng)×寬×高），重量：200克
● 安裝方式：背板安裝，安裝螺釘2×M4
四、外部結(jié)構(gòu)及管腳定義
1、產(chǎn)品外形：
圖4-1 中繼器FS-PBHUB-2外形圖
2、安裝尺寸：
圖4-2 中繼器FS-PBHUB-2安裝尺寸圖
3、電源端子：電源端口具有電源極性接反保護(hù)和浪涌保護(hù)，輸入電壓為9～40VDC之間的任意直流電壓，功耗約1W。產(chǎn)品內(nèi)部經(jīng)DC/DC隔離模塊將外接電源與內(nèi)部電路隔離，這樣就可接至任意設(shè)備供電而無(wú)需考慮共地干擾問(wèn)題。
4、指示燈：面板上各發(fā)光二極管指示燈的名稱和功能。
5、PROFIBUS接口DB9F插座的信號(hào)定義：
中繼器的每個(gè)PROFIBUS接口DB9F（孔座）信號(hào)定義符合PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)
五、內(nèi)部原理框圖
六、PROFIBUS中繼器的應(yīng)用方案
四星電子PROFIBUS中繼器使用非常靈活多樣，可實(shí)現(xiàn)總線型網(wǎng)絡(luò)、星形網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)以及混合型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，下面是各種應(yīng)用方案圖。
七、常見(jiàn)問(wèn)題解答
1、為什么在網(wǎng)絡(luò)段中作為終端的站點(diǎn)不能停電？
在PROFIBUS網(wǎng)段的首和尾稱為終端，為了抑制RS485信號(hào)的反射和畸變，終端電纜需接到總線連接器的A1、B1端子上，終端接口上的總線連接器插頭上的終端電阻設(shè)置開(kāi)關(guān)必須撥到ON位置，這樣終端接口就接入了一個(gè)220歐的終端電阻，一個(gè)390歐的上拉電阻和一個(gè)390歐的下拉電阻以確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行，上下拉電阻需要DP插座上的6腳和5腳提供5VDC工作電源。當(dāng)終端站點(diǎn)停電時(shí)，上下拉電阻的5VDC工作電源也就沒(méi)有了，這將引起網(wǎng)絡(luò)通信異�；驘o(wú)法通信。
下圖是PROFIBUS總線連接器插頭的內(nèi)部原理圖。
2、作為終端的站點(diǎn)不可避免的可能停電怎么辦？
如果由于你受現(xiàn)場(chǎng)條件所限，終端站點(diǎn)需要停電，為了保證網(wǎng)絡(luò)的正常通信，需要在網(wǎng)段的終端安裝有源終端電阻（并確保其不停電）來(lái)作為網(wǎng)段的終端，西門(mén)子公司的有源終端電阻產(chǎn)品號(hào)為：6ES7 972-0DA00-0AA0，四星電子的有源終端電阻型號(hào)為：PB-TR485。
PROFIBUS網(wǎng)段終端加入有源終端電阻后，其能維持總線電壓在標(biāo)準(zhǔn)水平。因此，總線上任何一個(gè)站斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)都不會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)故障。任何一個(gè)網(wǎng)段的終端停電都會(huì)影響其它網(wǎng)段的通信，所以可能停電的終端都應(yīng)該使用有源終端電阻來(lái)替代，并確保該有源終端電阻不停電。
3、怎樣確定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到的最大通信速率？
使用PROFIBUS集線器可以組成復(fù)雜的混合型網(wǎng)絡(luò)，各網(wǎng)段長(zhǎng)短不一，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到的最大通信速率取決于最長(zhǎng)的網(wǎng)段，如要提高通信速率，可使用中繼器或集線器分割較長(zhǎng)的網(wǎng)段，使之符合你的速率要求。
4、FS-PBHUB-X集線器的每個(gè)DP接口均已互相隔離，所以在集線器上沒(méi)有必要使用隔離的總線連接器，使用普通的非隔離總線連接器即可。如在集線器上安裝使用隔離的總線連接器如PFB-G或PFB-GP則可能增加信號(hào)延遲從而使得通信速率下降。
5、怎樣實(shí)現(xiàn)PROFIBUS的高速遠(yuǎn)距通信？
當(dāng)PROFIBUS高速通信時(shí)，如3Mbps以上的通信速率，用電纜最大只能達(dá)到100米，加裝多個(gè)中繼器或集線器會(huì)帶來(lái)信號(hào)延遲增大、成本增加，供電麻煩等問(wèn)題，使用光纖傳輸是目前性價(jià)比最好的方案。如四星電子的PROFIBUS轉(zhuǎn)光纖模塊FS-OLM-S和FS-OLM-M。
