PROFIBUS 是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统，在集中自动化系统向分散自动化系统转移方面是一种重大突破。
由于PROFIBUS一直侧重于系统集成和系统工程等方面，尤其是侧重于应用行规的研究开发，使得该总线具有适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务的特点，成为**能够**覆盖工厂自动化和过程自动化应用的现场总线，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。因而从诞生至今，PROFIBUS 在现场总线技术领域一直是国际市场上的***。
随着PROFIBUS的大量应用，许多用户开始接触并使用了现场总线。但由于用户对现场总线技术的了解程度不同，再加上现场施工情况复杂，因而很有可能导致许多项目的现场总线通讯上可能存在着一些隐患，如果不能及时发现和处理，将有可能导致系统出现通讯故障，从而影响整个系统的正常运行。
为了帮助广大用户――特别是刚刚接触到现场总线的用户能够对PROFIBUS的硬件有个初步的了解，这里将重点介绍如何在现场正确的安装和使用相关PROFIBUS的网络元件和设备，帮助用户在使用PROFIBUS现场总线的过程中从硬件安装的角度尽量减少问题的发生，从而尽量减少整个网络使用中出现故障的概率。
1 PROFIBUS 概述
PROFIBUS网络通讯的本质是RS485串口通讯，按照不同的行业应用，主要有三种通讯行规：DP（Decentralized Peripherals），FMS（Field Message Specification）和PA（Process Automation）行规。
其中DP通讯的方式在OSI参考模型中主要使用第1、2、7层，因此PROFIBUS DP网络的通讯速度较快，且报文简单（表1）。
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*7层 （应用层） |
DP设备行规 |
FMS设备行规 |
PA设备行规 |
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基本功能 扩展功能 |
基本功能 扩展功能 |
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DP用户接口 直接数据链路映象程序(DDLM) |
应用层接口 （ALI) |
DP用户接口 直接数据链路映象程序(DDLM) |
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*3～6层 |
（并没有省略） |
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*2层（数据链路层） |
数据链路层 现场总线数据链路（FDL) |
数据链路层 现场总线数据链路（FDL) |
IEC接口 |
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*1层 （物理层） |
物理层 （RS485/光纤) |
物理层 （RS485/光纤） |
IEC61158-2 |
表1 三种PROFIBUS的通讯行规的OSI模型
随着现场总线的应用领域不断扩大，PROFIBUS技术也在不断的发生着变化，例如FMS行规目前已经不再使用，而DP和PA的应用会越来越多，另外类似Motion Control with PROFIBUS 和PROFIsafe 等新的行规也都会随着应用而逐渐普及。
但无论那种行规，涉及到的硬件和网络形式基本都是一致的（PA除外）。因此这里我们从基本的网络硬件着手，介绍PROFIBUS的网络连接方式。
2 PROFIBUS网络硬件
PROFIBUS网络主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通讯介质，PROFIBUS插头，中继器，诊断中继器，OLM以及有源终端电阻等。
2.1 PROFIBUS接口
PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管脚定义为：
一般CPU或者CP板卡都采用该接口。该接口外部的金属部分一般连接到CPU或者CP的内部的“PE”。而当CPU安装在底板上时，其“PE”与底板是连通的，此时如果将安装底板在电气柜内做接地处理，则该SUB-D接口的外部金属部分也是接地的。
2.2 通讯介质
关于通讯介质，在表1的OSI模型中已经规定：PROFIBUS网络支持RS485的电缆和光纤两种通讯介质。当然，现在也有支持无线通讯的设备，但我们目前面对的主要还是有线介质的用户。
2.2.1 PROFIBUS 电缆
PROFIBUS（类型1）介质是一根屏蔽双绞电缆，屏蔽可以提高电磁兼容（EMC）能力。
类型1：NRZ位编码与EIA RS-485信号结合，目的是降低总线耦合器成本，耦合器可以使站与总线之间电气隔离或非电气隔离；需要总线终端器，特别在较高数据传输速率（达到1500 k bits/s）时更需要。类型1规范描述平衡的总线传输，符合美国标准EIA RS-485(EIA: 电气工业协会；RS-485: 平衡的数字多点系统中使用的收/发器的电特性标准)。在双绞线两端的终端器使得类型1的物理层支持高速数据传输。传输速率≤93.75 kbits/s时，**电缆长度为1.2km 。对1500 kbits/s的速度，**长度减到70/200m(对B/A型电缆)。
PROFIBUS电缆的特性阻抗应在100Ω到220Ω之间，电缆电容（导体间）应该＜60pF/m，导线截面积应≥0.22mm2(24 AWG)。电缆选择标准参见美国标准EIA RS-485的附录。
两类电缆的特性：
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电缆参数 |
A型 |
B型 |
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阻抗 |
135Ω-165Ω (f=3到20MHz) |
100Ω-130Ω (f>100kHz) |
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电容 |
<30pF/m |
<60pF/m |
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电阻 |
≤110Ω/Km |
- |
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导线截面积 |
≥0.34mm2 (22AWG) |
≥0.22mm2(24AWG) |
表2 电缆规格
下面的表指出两类电缆（A和B）对不同传输速度时的**长度
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波特率 [kbit/s] |
9.6~93.75 |
187.5 |
500 |
1500 |
3000~12000 |
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A型电缆 长度（m） |
1200 |
1000 |
400 |
200 |
100 |
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B型电缆 长度（m） |
1200 |
600 |
200 |
70 |
表3 不同传输速度时的电缆长度
标准PROFIBUS电缆为屏蔽双绞电缆，其中数据线有两根：A-绿色和B-红色，分别连接DP接口的管脚3（B）和8（A），电缆的外部包裹着编织网和铝箔两层屏蔽，外面是紫色的外皮（图1）。
图1 标准PROFIBUS电缆
标准的PROFIBUS电缆一般都是A类电缆。
除了标准PROFIBUS电缆，还有许多其它特殊类型的电缆可以用于特定的环境：
图2 各种类型的PROFIBUS电缆
为了方便将PROFIBUS的外皮以及屏蔽层按照固定的长度进行切除，减少剥线的时间和剥线过程中将电缆破坏或者造成短路的可能，西门子还提供了PROFIBUS快速剥线工具（订货号：6GK1 905-6AA00）（见图3）。
图3 PROFIBUS快速剥线工具
2.2.2光纤及接口
光纤通讯具有很多优点，比如传输距离远，抗电磁干扰性好，且光纤尺寸小，重量轻，耐腐蚀性好，便于敷设等。当然也有缺点：光纤弯曲半径不能过小，光纤连接处及终端不容易处理等等。
按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤（图4）。
图4 光纤的分类
多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯。
在现场总线的规范中，定义了光纤可以做为现场总线的通讯介质。西门子可以使用光纤的PROFIBUS设备有：带光纤接口的CP板卡及模板（如CP5613 A2 FO， CP3425-FO等）， OLM和OBT。
光纤主要涉及到选型的问题，因为通讯距离与光纤的类型有很大关系，而且并非所有的设备都能支持多种类型的光纤。因此需要注意设备与光纤以及接头的选型。这可以通过OLM的选型来了解。
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