ISO/OSI 參考模型的物理層是第1層，PROFIBUS可以使用多種通信媒體，例如帶屏蔽的雙絞線、光纖、紅外線、導(dǎo)軌以及混合方式。傳輸速率為9.6kbit/s～12Mbit/s，每個(gè)DP從站的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)最大為244B。使用屏蔽雙絞線電纜時(shí)最長(zhǎng)通信距離為9.6km，使用光纜時(shí)最長(zhǎng)通信距離為90km，最多可以連接127個(gè)從站。

  PROFIBUS可以使用靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持線形、樹形、環(huán)形結(jié)構(gòu)以及冗余的通信模型。支持基于總線的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和符合IEC 61508的總線安全通信技術(shù)。下面介紹用于DP和FMS 的RS-485傳輸和光纖傳輸。

  1. DP/FMS的RS-485傳輸

  PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS使用相同的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線存取協(xié)議，可以在同一根電纜上同時(shí)運(yùn)行。DP/FMS符合EIA RS-485標(biāo)準(zhǔn)(也稱為H2)，采用價(jià)格便宜的屏蔽雙絞線電纜，電磁兼容性(EMC)條件較好時(shí)也可以使用不帶屏蔽的雙絞線電纜。一個(gè)總線段的兩端各有一套有源的總線終端電阻。

  圖2-3中A、B線之間是220@終端電阻，根據(jù)傳輸線理論，終端電阻可以吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射波，有效地增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。兩端的終端電阻并聯(lián)后的值應(yīng)基本上等于傳輸線相對(duì)于通信頻率的特性阻抗。在總線上沒有站發(fā)送數(shù)據(jù)(即總線處于空閑狀態(tài))時(shí)，39022的下拉電阻與數(shù)據(jù)基準(zhǔn)電位 DGND 相連，上拉電阻與DC 5V電壓的正端(VP)相連。上拉電阻和下拉電阻用于確保 A、B 線之間有一個(gè)確定的空閑電位。

圖 2-3 DP/FMS總線段的結(jié)構(gòu)

  大多數(shù)PROFIBUS總線連接器都集成了終端電阻，連接器上的開關(guān)在On位置時(shí)終端電阻被連接到網(wǎng)絡(luò)上，開關(guān)在 Off 位置時(shí)終端電阻從網(wǎng)絡(luò)上斷開。每個(gè)網(wǎng)段兩端的站必須接入終端電阻，中間的站不能接入終端電阻。

  傳輸速率為9.6 kbit/s～12 Mbit/s，所選的傳輸速率

  用于總線段上的所有設(shè)備。傳輸速率大于1.5Mbit/s時(shí)，由于連接的站的電容性負(fù)載引起導(dǎo)線反射，必須使用附加有軸向電感的總線連接插頭。

  PROFIBUS的站地址空間為0～127，其中的127為廣播用的地址，所以最多能連接127 個(gè)站點(diǎn)。一個(gè)總線段最多32個(gè)站，超過了必須分段，段與段之間用中繼器連接。中繼器沒有站地址，但是被計(jì)算在每段的最大站數(shù)中。

  每個(gè)網(wǎng)段的電纜最大長(zhǎng)度與傳輸速率有關(guān)(見表2-1)。

表 2-1 傳輸速率與總線的長(zhǎng)度的關(guān)系

  RS-485采用半雙工、異步的傳輸方式，PROFIBUS的1個(gè)字符幀由8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)起始位、1個(gè)停止位和1個(gè)奇偶校驗(yàn)位組成。

  2. D型總線連接器

  PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)推薦總線站與總線的相互連接使用9針D型連接器。連接器的引腳分配如表2-2所示。

表 2-2 D型連接的引腳分配

  在傳輸期間，A線和B線對(duì)“地”(DGND)的電壓波形相反。信號(hào)為1時(shí)B線為高電平，A線為低電平。各報(bào)文間的空閑(Idle)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制“1”信號(hào)。

  3. DP/FMS的光纖電纜傳輸

  PROFIBUS可以通過光纖中光的傳輸來傳送數(shù)據(jù)。單芯玻璃光纖的最大連接距離為15km，價(jià)格低廉的塑料光纖為80m。光纖電纜對(duì)電磁干擾不敏感，并能確保站與站之間的電氣隔離。近年來，由于光纖的連接技術(shù)大為簡(jiǎn)化，這種傳輸技術(shù)已經(jīng)廣泛地用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。許多廠商提供專用總線插頭來轉(zhuǎn)換RS-485信號(hào)和光纖信號(hào)。

  光鏈路模塊(OLM)用來實(shí)現(xiàn)單光纖環(huán)和冗余的雙光纖環(huán)。在單光纖環(huán)中，OLM 通過單工光纖電纜相互連接，如果光纖電纜斷線或 OLM出現(xiàn)故障，整個(gè)環(huán)路將崩潰。在冗余的雙光纖環(huán)中，OLM 通過兩個(gè)雙工光纖電纜相互連接，如果兩根光纖線中的一根出了故障，總線系統(tǒng)將自動(dòng)地切換為線性結(jié)構(gòu)。光纖導(dǎo)線中的故障排除后，總線系統(tǒng)返回正常的冗余環(huán)狀態(tài)。