Введение
PROFIBUS (Process Field Bus) — открытая промышленная сеть, прототип которой был разработан компанией Siemens AG для своих промышленных контроллеров SIMATIC, на основе этого прототипа Организация пользователей PROFIBUS разработала международные стандарты, принятые затем некоторыми национальными комитетами по стандартизации. Очень широко распространена в Европе, особенно в машиностроении и управлении промышленным оборудованием. Сеть PROFIBUS — это комплексное понятие, она основывается на нескольких стандартах и протоколах. Сеть отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170. Поддержкой, стандартизацией и развитием сетей стандарта PROFIBUS занимается PROFIBUS NETWORK ORGANISATION (PNO).
PROFIBUS объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.
PROFIBUS использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами (протоколы DP и PA) или между несколькими ведущими устройствами (протоколы FDL и FMS). Требования пользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи, базируется на использовании стандартных протоколов PROFIBUS.
Сеть PROFIBUS построена в соответствии с многоуровневой сетевой моделью ISO 7498. PROFIBUS определяет следующие уровни:
· 1 — физический уровень — отвечает за характеристики физической передачи;
· 2 — канальный уровень — определяет протокол доступа к шине;
· 7 — уровень приложений — отвечает за прикладные функции.
Основные характеристики: Интерфейсы реализованы в виде специализированных микросхем (ASIC), которые выпускаются множеством поставщиков. Основывается на спецификации интерфейса RS485 и европейской электрической спецификации EN50170. Разновидности: Profibus DP (главный/подчиненный), Profibus FMS (несколько главных устройств/одноранговые устройства), Profibus PA (внутренне безопасная шина). Максимальное число узлов: 127. Длина соединения: от 100 м до 24 км (с ретрансляторами и оптоволоконными кабелями). Скорость передачи: от 9600 бит/с до 12 Мбит/с. Размер сообщения: до 244 байт на сообщение для одного узла. Методы обмена сообщениями: опрос (DP/PA) и одноранговый (FMS). Поддерживаемые стандарты
Открытость и независимость от производителя гарантирует стандарт EN 50170, всё остальное реализовано в соответствии со стандартом DIN 19245 (а именно: техника передачи данных, методы доступа, протоколы передачи, сервисные интерфейсы для уровня приложений, спецификация протоколов, кодирование, коммуникационная модель и т. д.). С помощью PROFIBUS, устройства разных производителей могут работать друг с другом без каких-либо специальных интерфейсов. Семейство PROFIBUS состоит из трех совместимых друг с другом версий: PROFIBUS PA, PROFIBUS DP и PROFIBUS FMS.
Уровни сетевой модели OSI
Физический уровень PROFIBUS
Физически PROFIBUS может представлять из себя:
· электрическую сеть с шинной топологией, использующую экранированную витую пару, соответствующую стандарту RS-485;
· оптическую сеть на основе волоконно-оптического кабеля;
· инфракрасную сеть.
Скорость передачи может варьироваться от 9,6 Кбит/сек до 12 Мбит/сек. 2.1.1 RS-485
Интерфейс RS-485 (другое название - EIA/TIA-485) - один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи. Физический уровень - это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI).Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары.
| Стандартные параметры интерфейсов | RS-485 |
| Допустимое число передатчиков / приемников | 32 / 32 |
| Максимальная длина кабеля | 1200 м |
| Максимальная скорость связи | 10 Мбит/с |
| Диапазон напряжений "1" передатчика | +1.5...+6 В |
| Диапазон напряжений "0" передатчика | -1.5...-6 В |
| Диапазон синфазного напряжения передатчика | -1...+3 В |
| Допустимый диапазон напряжений приемника | -7...+12 В |
| Пороговый диапазон чувствительности приемника | ±200 мВ |
| Максимальный ток короткого замыкания драйвера | 250 мА |
| Допустимое сопротивление нагрузки передатчика | 54 Ом |
| Входное сопротивление приемника | 12 кОм |
| Максимальное время нарастания сигнала передатчика | 30% бита |
Преимущества:
• Гибкая шинная или древовидная топология с повторителями, шинными терминалами и шинными штекерами для подключения узлов PROFIBUS
• Исключительно пассивная передача сигналов, которая обеспечивает отключение узлов без оказания влияния на сеть (за исключением узлов, питающих нагрузочные сопротивления)
• Простота прокладки и подключения шинного кабеля, не требующая специального опыта.
Ограничения:
• Охватываемое расстояние снижается при увеличении скорости передачи
• При наружной установке требуются дополнительные меры по молниезащите