PLC网关联调西门子PROFIBUS-DP通讯技术讲解

作者:杭州领祺科技有限公司 日期:2022-10-25 阅读量:

  PROFIBUS支持主从模式和多主多从模式。对于多主站的模式,在主站之间按令牌传递决定对总线的控制权,取得控制权的主站可以向从站发送、获取信息,实现点对点的通信。


   一、PROFIBUS的组成PROFIBUS协议包括三个主要部分:PROFIBUS-DP(分布式外部设备)、PR0FIBUS-PA(过程自动化)和PR0FIBUS-FMS(现场总线报文规范)。


   1、PROFIBUS-DP(分布式外部设备)PROFIBUS-DP是一种高速低成本数据传输,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。主站之间的通信为令牌方式,主站与从站之间为主从轮询方式,以及这两种方式的混合。一个网络中有若干个被动节点(从站),而它的逻辑令牌只含有一个主动令牌(主站),这样的网络为纯主一从系统。图1所示为典型的主从PROFIBUS-DP总线,图中有一个站为主站,其他站都是主站的从站。


  图1 典型的主从PROFTBUS-DP总线

  2、PROFIBUS-PA(过程自动化)PROFIBUS-PA用于过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输,使用扩展的PROFIBUS-DP协议。传输技术采用IEC 1158-2标准,可以用于防爆区域的传感器和执行器与中央控制系统的通信。使用屏蔽双绞线电缆,由总线提供电源。典型PROFIBUS-PA系统配置如图2所示。

  新知达人, 西门子PROFIBUS-DP通讯技术讲解

  图2 典型PROFIBUS-PA系统配置

  3、PR0FIBUS-FMS(现场总线报文规范)


  PR0FIBUS-FMS可用于车间级监控网络,FMS提供大量的通信服务,用以完成中等级传输速度进行的循环和非循环的通信服务。对于FMS而言,它考虑的主要是系统功能而不是系统响应时间。如图3所示,一个典型PROFIBUS-FMS系统由各种智能自动化单元组成,如PC、PLC、HMI等。

  图3 典型PROFIBUS-FMS系统


  二、PROFIBUS协议结构PROFIBUS协议结构以ISO/OSI参考模型为基础,其协议结构如图4所示,第1层为物理层,定义了物理的传输特性;第2层为数据链路层;第3-6层PROFIBUS未使用;第7层为应用层、定义了应用的功能。

  图4 典型的PROFIBUS-FMS系统

  PROFIBUS-DP是高效、快速的通信协议,它使用了第1层与第2层及用户接口,第3-7层未使用。这种简化的结构确保了DP快速、高效的数据传输。


  三、传输技术PROFIBUS总线使用两端有终端的总线拓扑结构、如图5所示。

  图5 两端有终端的总线拓扑结构

  PROFIBUS使用三种传输技术:PROFIBUS DP和PROFIBUS FMS采用相同的传输技术,可使用RS485屏蔽双绞线电缆传输或光纤传输;PROFIBUS PA采用IEC 1158-2传输技术;DP和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EIA RS-485标准(也称为H2),采用屏蔽或非屏蔽双绞线电缆,9.6kbit/s-12Mbit/s。一个总线段最多32个站、带中继器最多127个站。DP/FMS传输距离与传输速率有关,3-12Mbit/s时为100m,9.6-93.75kbit/s时为1200m。

  另外,为了适应强度很高的电磁干扰环境或使用高速远距离传输,PROFIBUS可使用光纤传输技术。 四、PROFIBUS总线连接器PROFIBUS总线连接器是用于连接PROFIBUS站与电缆实现信号传输·带有内置终端电阻,如图6所示。


  图6 PROFIBUS总线连接器

  一、PROFIBUS-DP线的正确接法普及

  正确接法如下图,不用解释,看图就明白。PROFIBUS 电缆很简单的,就只有两根线在里面,一根红的一根绿的,然后外面有屏蔽层。接线的时候,要把屏蔽层接好,不能和里面的电线接触到。要分清楚进去的和出去的线分别是哪个,假如是一串的,就是一根总线下去,中间不断地接入分站,这个是很常用的方法。在总线的两头的两个接头,线都要接在进去的那个孔里,不能是出的那个孔,然后这两个两头的接头,要把它们的开关置为ON状态,这时候就只有进去的那个接线是通的,而出去的那个接线是断的。其余中间的接头,都置为 OFF,它们的进出两个接线都是通的(记忆方法:ON表示接入终端电阻,所以两端的接头拨至ON;OFF表示断开终端电阻,所以中间的接头要拨至 OFF)。


  二、手把手教你如何接,如何买

  无论是组成MPI还是RPOFIBUS-DP网络,用到的主要部件都是一样的:

  具体电缆及接头订货号请参看:常用附件订货号

  A. 电缆和剥线器。使用FC技术不用剥出裸露的铜线。

  图1. 剥好一端的PROFIBUS电缆与快速剥线器(FCS,订货号6GK1905-6AA00)。

  B. 打开PROFIBUS网络连接器。首先打开电缆张力释放压块,然后掀开芯线锁。

  图2. 打开的PROFIBUS连接器

  C. 去除PROFIBUS电缆芯线外的保护层,将芯线按照相应的颜色标记插入芯线锁,再把锁块用力压下,使内部导体接触。应注意使电缆剥出的屏蔽层与屏蔽连接压片接触。

  图3. 插入电缆

  由于通信频率比较高,因此通信电缆采用双端接地。电缆两头都要连接屏蔽层。

  D. 复位电缆压块,拧紧螺丝,消除外部拉力对内部连接的影响。

  网络连接器主要分为两种类型:带和不带编程口的。不带编程口的插头用于一般联网,带编程口的插头可以在联网的同时仍然提供一个编程连接端口,用于编程或者连接HMI等。

  图4. 左侧为不带编程口的网络连接器(订货号:6ES7 972-0BA52-0XA0)右侧的是带编程

  通过PROFIBUS电缆连接网络插头,构成总线型网络结构。

  图5. 总线型网络连接

  在上图中,网络连接器A、B、C分别插到三个通信站点的通信口上;电缆a把插头A和B连接起来,电缆b连接插头B和C。线型结构可以照此扩展。

  注意圆圈内的“终端电阻”开关设置。网络终端的插头,其终端电阻开关必须放在“ON”的位置;中间站点的插头其终端电阻开关应放在“OFF”位置。

  注意事项;

  终端电阻打ON的设备不能断电,如图5所示Profibus插头上除了220欧的终端电阻以外还有两个390欧的偏置电阻,并且偏置电阻上必须连接电源。

  如果终端设备需要经常断电维护,或者终端设备只有接线端子而没有9针D型插座,就需要使用有源终端模块作为Profibus总线的终端(6ES7 972-0DA00-0AA0)。

  如果Profibus电缆不够长,需要把两根电缆接起来,不能简单的把两根铜芯拧起来,因为这样会破坏电缆的特征阻抗,可能会导致通讯问题。最好使用图7中的接头来连接两根需要接起来的电缆。

  Profibus连接接头

  3 RS485中继器的终端电阻使用方法

  Profibus通讯电缆的最大长度取决于通讯的波特率,如果电缆超过了所能通讯的最大长度,就需要使用RS485中继器来延长通讯距离。

  中继器上有接线端子,Profibus电缆可直接连接到端子上。另外中继器上也配有终端电阻。其用法与电缆插头相同。

  1网段只有进线,2网段有进线出线

  1网段只有进线,2网段只有进线  

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