Что такое PROFIBUS: как устроена шина — АСУ ТП: сообщество инженеров

Что такое PROFIBUS: как устроена шина

Коротко о статье

Разбор шины PROFIBUS: из каких протоколов состоит семейство, как устроен физический уровень DP и PA и какие ограничения по скорости и длине сегмента. Из статьи можно вынести требования к терминаторам, разъёмам и типичные ошибки монтажа.

Главное
  • PROFIBUS объединяет три совместимых протокола: FMS для цехового уровня, DP для распределённой периферии и PA для взрывозащищённых зон.
  • DP и FMS работают на экранированной витой паре RS-485, сегмент вмещает до 32 участников, на его концах обязательны терминаторы.
  • Скорость DP — от 100 кбит/с до 12 Мбит/с, при этом рост скорости сокращает допустимую длину сегмента.
  • PA передаёт данные по двухжильному кабелю модуляцией тока около ±9 мА на фиксированных 31,25 кбит/с и питает приборы по шине.
  • Среди частых ошибок монтажа DP — неверный терминатор, топология «звезда», отсутствие экрана и превышение длины для выбранной скорости.
  • Сегменты PROFIBUS связывают с PROFINET через шлюзы-преобразователи, а часть устройств поддерживает оба протокола.
Термины и технологии
  • PROFIBUS
  • PROFIBUS-DP
  • PROFIBUS-PA
  • PROFIBUS-FMS
  • PROFINET
  • RS-485
  • терминатор
  • DB9

Кому полезно: Инженерам АСУ ТП, проектирующим и монтирующим промышленные сети

По теме на сайте

Выжимка составлена редакцией сайта с помощью ИИ по тексту статьи.

PROFIBUS — открытая промышленная шина полевого уровня, разработанная Siemens для контроллеров SIMATIC и стандартизованная на международном уровне. Объединяет три протокола: DP для высокоскоростного обмена с распределённой периферией, PA для взрывозащищённых зон и FMS для цехового уровня. DP работает по RS-485 со скоростью от 100 кбит/с до 12 Мбит/с, PA — по двухжильному кабелю на 31,25 кбит/с.

PROFIBUS — это семейство протоколов, а не один протокол. Под общим названием понимают совокупность трёх совместимых вариантов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA [5]. FMS появился первым и предназначался для цехового уровня, где важны большие объёмы данных, но сегодня практически вытеснен PROFINET и Industrial Ethernet [3]. DP — основной рабочий протокол для связи контроллера с распределёнными устройствами ввода-вывода, приводами и датчиками. PA — тот же DP, но с другой физикой, рассчитанной на взрывозащищённые применения и питание устройств по шине [6].

Физический уровень DP/FMS построен на экранированной витой паре стандарта RS-485 [5]. Сеть собирается из сегментов, к каждому из которых можно подключить до 32 участников. На концах сегмента обязательно ставятся терминаторы: они гасят отражённые волны, которые иначе складываются в стоячие волны и меняют уровень сигнала по длине линии [2]. Шинные нагрузки встроены почти во все стандартные разъёмы PROFIBUS и включаются переключателями. Для скоростей выше 1500 кбит/с применяют штекер с дополнительной индуктивностью [2].

Скорость и длина жёстко связаны: чем выше скорость, тем короче сегмент. По материалам сайта, DP обеспечивает от 100 кбит/с на 1200 м до 12 Мбит/с на дистанции до 100 м [5]. На практике проектировщики редко выбирают предельные 12 Мбит/с: не каждый приёмопередатчик и микроконтроллер ведомого устройства способны работать на такой скорости [7]. Обмен в DP циклический, с отслеживанием потери мастера или слейва, поддерживается широковещательная передача и гибкая конфигурация ведомых [7]. На уровне UART это кадр 8E1.

PA отличается от DP физически. Передача идёт по двухжильному кабелю, характеристики которого не нормированы жёстко, а данные кодируются модуляцией тока в диапазоне примерно ±9 мА [1]. Скорость фиксирована на 31,25 кбит/с. Сегменты замыкаются на RC-цепочки, к сегменту подключается максимум 32 участника, а предельная длина сегмента зависит от источника питания, типа провода и суммарного потребления тока устройствами [1]. Именно по этой паре передаётся и питание полевых приборов, что и позволяет применять PA во взрывозащищённых зонах.

Типичные ошибки при монтаже DP: забытый или неверно включённый терминатор на конце сегмента, подключение устройств «звездой» вместо шины, неэкранированная прокладка рядом с силовыми кабелями, превышение допустимой длины для выбранной скорости. Ещё одна частая проблема — смешивание DP и PA без соответствующего сегментного соединителя или шлюза. Для связи сегментов PROFIBUS с PROFINET применяют шлюзы-преобразователи, а многие устройства поддерживают оба протокола [4].

Материалы сайта по теме

Частые вопросы

Чем PROFIBUS DP отличается от PROFIBUS PA?

Это один и тот же протокол обмена, но с разной физикой. DP работает по RS-485 на скоростях до 12 Мбит/с, PA — по двухжильному кабелю на 31,25 кбит/с с питанием приборов по шине и возможностью взрывозащищённого исполнения.

Какая максимальная длина линии PROFIBUS DP?

Зависит от скорости: 1200 м при 100 кбит/с и до 100 м при 12 Мбит/с. Длину наращивают повторителями, добавляя сегменты.

Зачем нужны терминаторы в шине PROFIBUS?

Они согласуют линию и расходуют энергию отражённых волн на нагрев, не давая возникнуть стоячим волнам, которые искажают уровень сигнала по длине линии.

Какой разъём используется для подключения к PROFIBUS?

Стандартный шинный штекер DB9, в который обычно встроена отключаемая шинная нагрузка. Для скоростей выше 1500 кбит/с применяют штекер с дополнительной индуктивностью.

Можно ли объединить PROFIBUS и PROFINET в одной системе?

Да. Многие устройства поддерживают оба протокола, а сегменты связывают через шлюзы-преобразователи, например PROFINET-Profibus.

Остались вопросы?Спросите ИИ-помощника сайта — он ответит по нашим статьям, видеоурокам и книгам.

Оставьте комментарий

Войти

Зарегистрироваться

Сбросить пароль

Пожалуйста, введите ваше имя пользователя или эл. адрес, вы получите письмо со ссылкой для сброса пароля.

Прокрутить вверх