PROFIBUS-DP的物理层支持屏蔽双绞电缆和光缆两种传输介质。图6-11 RS-485总线段的结构传输程序用于PROFIBUS RS-485的传输程序是以半双工、异步和无间隙同步为基础的。2根PROFIBUS数据线也常称为A线和B线。图6-13 用NRZ传输时的信号形状总线连接国际性的PROFIBUS标准EN 50170推荐使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接。光缆允许PROFIBUS系统站之间的距离最大到15km。......
2023-11-22
PROFIBUS-DP物理层的技术应用
【摘要】：PROFIBUS-DP的物理层支持屏蔽双绞线和光纤电缆两种传输介质。图4-12 PROFIBUS UART数据帧在传输期间，二进制“1”对应于RXD/TXD-P线上的正电位，而在RXD/TXD-N线上则相反。两根PROFIBUS数据线也常称为A线和B线。总线连接国际性的PROFIBUS标准EN 50170推荐使用9针D型连接器，用于总线站与总线的相互连接。光纤电缆允许PROFIBUS系统站之间的距离最大为15km。
PROFIBUS-DP的物理层支持屏蔽双绞线和光纤电缆两种传输介质。
1.DP（RS-485）的物理层
对于屏蔽双绞电缆的基本类型来说，PROFIBUS的物理层（第1层）实现对称的数据传输，符合EIA RS-485标准（也称为H2）。一个总线段内的导线是屏蔽双绞电缆，段的两端各有一个终端器，如图4-11所示。传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选，所选用的波特率适用于连接到总线（段）上的所有设备。
图4-11 RS-485总线段的结构
（1）传输程序
用于PROFIBUS RS-485的传输程序是以半双工、异步、无间隙同步为基础的，数据的发送用NRZ编码，即1个字符帧为11位（bit），如图4-12所示。当发送位时，由二进制“0”到“1”转换期间的信号形状不改变。
图4-12 PROFIBUS UART数据帧
在传输期间，二进制“1”对应于RXD/TXD-P（Receive/Transmit-Data-P）线上的正电位，而在RXD/TXD-N线上则相反。各报文间的空闲（Idle）状态对应于二进制“1”信号，如图4-13所示。
两根PROFIBUS数据线也常称为A线和B线。A线对应RXD/TXD-N信号，B线对应RXD/TXD-P信号。
（2）总线连接
国际性的PROFIBUS标准EN 50170推荐使用9针D型连接器，用于总线站与总线的相互连接。D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接。9针D型连接器如图4-14所示。
图4-13 用NRZ传输时的信号形状
图4-14 9针D型连接器
9针D型连接器的针脚分配见表4-2。
表4-29 针D型连接器的针脚分配
(www.chuimin.cn)
①该类信号是强制性的，它们必须使用。
（3）总线终端器
根据EIA RS-485标准，在数据线A和B的两端均加接总线终端器。PROFIBUS的总线终端器包含一个下拉电阻（与数据基准电位DGND相连接）和一个上拉电阻（与供电正电压VP相连接）（见图4-11）。当在总线上没有站发送数据时，也就是说在两个报文之间总线处于空闲状态时，这两个电阻确保在总线上有一个确定的空闲电位。几乎在所有标准的PROFIBUS总线连接器上都组合了所需要的总线终端器，而且可以由跳接器或开关来启动。
当总线系统运行的传输速率大于1.5Mbit/s时，由于所连接站的电容性负载而引起导线反射，因此，必须使用附加有轴向电感的总线连接插头，如图4-15所示。
图4-15 传输速率大于1.5Mbit/s的连接结构
RS-485总线驱动器可采用SN75176，当通信速率超过1.5Mbit/s时，应当选用高速型总线驱动器，如SN75ALS1176等。
2.DP（光纤电缆）的物理层
PROFIBUS第1层的另一种类型是以PNO的导则“用于PROFIBUS的光纤传输技术”（版本1.1，1993年7月版）为基础的，它通过光纤导体中光的传输来传送数据。光纤电缆允许PROFIBUS系统站之间的距离最大为15km。光纤电缆对电磁干扰不敏感，并能确保总线站之间的电气隔离。近年来，由于光纤的连接技术已大大简化，因此，这种传输技术已经普遍地用于现场设备的数据通信，特别是用于塑料光纤的简单单工连接器的使用成为这一发展的重要组成部分。
用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆可用做传输介质。根据所用导线的类型，目前玻璃光纤能处理的连接距离达到15km，而塑料光纤只能达到80m。
为了把总线站连接到光纤导体，有几种连接技术可以使用。
（1）OLM技术
类似于RS-485的中继器，OLM（Optical Link Module，光链路模块）有两个功能隔离的电气通道，并根据不同的模型占有一个或两个光通道。OLM通过一根RS-485导线与各个总线站或总线段相连接。
（2）OLP技术
OLP（Optical Link Plug，光链路插头）可将很简单的被动站（从站）用一个光纤电缆环连接。OLP直接插入总线站的9针D型连接器。OLP由总线站供电而不需要它们自备电源。但总线站的RS-485接口的+5V电源必须保证能提供至少80mA的电流。
主动站（主站）与OLP环连接需要一个光链路模块。
（3）集成的光纤电缆连接
使用集成在设备中的光纤接口将PROFIBUS节点与光纤电缆直接连接。
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