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在提及西门子的通信时，就不得不说PROFIBUS。你是否对它有所了解？PROFIBUS又是怎样使用的呢？

PROFIBUS支持的是主从模式以及多主多从的工作模式。在多主站的环境下，主站间通过令牌传递的方式决定对总线的控制权，一旦获得控制权，主站便可以与从站进行数据的发送和接收，实现点对点的通信。

PROFIBUS的架构

PROFIBUS协议主要由三个核心部分组成：PROFIBUS-DP（分布式过程接口）、PROFIBUS-PA（过程自动化）以及PROFIBUS-FMS（现场总线消息规范）。

1、PROFIBUS-DP（分布式过程接口）

PROFIBUS-DP专注于高速且成本效益高的数据传输，适用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O（例如ET 200）的通信。主站间的通信遵循令牌机制，而主站与从站之间则通过主从轮询或两者的混合方式进行通信。在典型的PROFIBUS-DP网络中，存在一个主动令牌（主站）和多个被动节点（从站）。

图1 展示了典型的主从PROFIBUS-DP总线结构，其中一个站作为主站，其余站均为从站。

2、PROFIBUS-PA（过程自动化）

PROFIBUS-PA适用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输，它基于扩展的PROFIBUS-DP协议。采用IEC 1158-2标准传输技术，使其能够用于防爆区域的传感器和执行器与中央控制系统的通信。它使用屏蔽双绞线电缆，并由总线供电。图2 描绘了典型的PROFIBUS-PA系统配置。

3、PROFIBUS-FMS（现场总线消息规范）

PROFIBUS-FMS服务于车间级监控网络，提供广泛的通信服务，支持中等速度下的循环和非循环通信。FMS主要关注系统功能而非系统响应时间。如图3所示，一个典型的PROFIBUS-FMS系统由各种智能自动化单元组成，如PC、PLC、HMI等。

PROFIBUS协议层次结构

PROFIBUS的协议结构基于ISO/OSI参考模型，如图4所示。其中，第1层负责物理传输特性，第2层涉及数据链路层，而第3至6层在PROFIBUS中未被使用。第7层为应用层，定义了应用功能。

PROFIBUS-DP以其高效和快速而著称，它仅使用了第1、2层以及用户接口，而省略了第3至7层。这种简化的结构确保了DP的高效数据传输。

传输技术

PROFIBUS总线采用带有终端的总线拓扑结构，如图5所示。

在传输技术上，PROFIBUS DP和PROFIBUS FMS采用相同的机制，可以使用RS485屏蔽双绞线电缆或光纤进行传输；而PROFIBUS PA则采用IEC 1158-2传输技术。DP和FMS使用统一的总线存取协议，因此可以在同一电缆上同时运行。它们符合EIA RS-485标准（也称为H2），可以使用屏蔽或非屏蔽双绞线电缆，在9.6kbit/s至12Mbit/s的速率范围内工作。在不带中继器的情况下，一个总线段Zui多可以连接32个站，而带有中继器时则可以达到127个站。DP/FMS的传输距离与传输速率相关，在3-12Mbit/s时为100m，在9.6-93.75kbit/s时则为1200m。

为了适应高强度的电磁干扰环境或实现高速远距离传输，PROFIBUS还支持光纤传输技术。

PROFIBUS总线连接器的应用

PROFIBUS总线连接器是专为连接PROFIBUS站点与电缆而设计，以实现信号的高效传输。它配备了内置的终端电阻，如图6所示，为系统的稳定运行提供了重要保障。

PROFIBUS-DP线缆的规范接法

PROFIBUS-DP线缆的规范接法如图所示，直观易懂。这种电缆包含两根主要导线，一根红色，一根绿色，外层为屏蔽层。在接线过程中，务必确保屏蔽层正确连接，避免与内部导线接触。此外，要区分进线和出线，特别是在总线系统中，经常采用串联方式，通过一根总线不断接入分站。在总线两端的接头，线缆应接入进线孔，并将开关置于ON状态，此时仅进线通路畅通，而出线则断开。中间的接头则应将开关置于OFF状态，确保进出线均畅通无阻。

PROFIBUS-DP接线与采购指南

无论是构建MPI还是PROFIBUS-DP网络，所需的主要部件都相似。具体电缆及接头的型号可参照常用附件订货号。以下是详细步骤：

A. 准备电缆与剥线工具。使用FC技术时，无需剥出裸露铜线。

上图展示了使用快速剥线器（FCS，订货号6GK1905-6AA00）剥好的PROFIBUS电缆一端。

B. 打开PROFIBUS网络连接器。首先释放电缆张力压块，然后打开芯线锁。

上图展示了打开的PROFIBUS连接器。

C. 去除电缆芯线外的保护层，按照颜色标记将芯线插入芯线锁，并用力压下锁块，确保内部导体接触良好。同时，要确保电缆剥出的屏蔽层与屏蔽连接压片接触。

上图展示了电缆的插入过程。

由于通信频率较高，通信电缆采用双端接地方式，确保电缆两头的屏蔽层均连接。

D. 复位电缆压块，拧紧螺丝，以减少外部拉力对内部连接的影响。

网络连接器分为带编程口和不带编程口两种。不带编程口的连接器适用于一般联网场景，而带编程口的连接器则可在联网的同时提供编程连接端口，便于编程或连接HMI等设备。

通过PROFIBUS电缆连接网络插头，构建总线型网络结构。如下图所示，连接器A、B、C分别接入三个通信站点的通信口；电缆a连接插头A和B，电缆b连接插头B和C。可根据需要扩展此线型结构。

注意圆圈内的“终端电阻”开关设置。网络终端的插头必须将终端电阻开关置于“ON”位置；中间站点的插头则应将终端电阻开关置于“OFF”位置。

注意事项：

当终端电阻开关置于“ON”的设备不能断电时，如Profibus插头上除了220欧的终端电阻外还配备有两个390欧的偏置电阻，这些偏置电阻必须连接电源。

若终端设备需要频繁断电维护或仅配备接线端子而无9针D型插座，建议使用有源终端模块作为Profibus总线的终端（如6ES7 972-0DA00-0AA0）。

当Profibus电缆长度不足时，需采用专业接头连接两根电缆，而非简单拧合铜芯，以避免破坏电缆的特征阻抗并导致通讯问题。