PROFIBUS-DP总线应用手册（rs485） .pdf

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1、 1 目目次次 1 1 1 1前言前言 3 3 3 3 2 2 2 2RS-485RS-485RS-485RS-485 简介简介3 3 3 3 2. 2. 2. 2. 1 1 1 1 RS-485RS-485RS-485RS-485 的规范的规范.3 2.22.22.22.2RS485RS485RS485RS485 应用中常见的问题应用中常见的问题 4 2.2.12.2.12.2.12.2.1 最多可带收发器（即节点数）的数目最多可带收发器（即节点数）的数目4 2.2.22.2.22.2.22.2.2关于终端匹配关于终端匹配5 2.2.32.2.32.2.32.2.3引出线（分支）的长度引出线

2、（分支）的长度6 2.2.42.2.42.2.42.2.4关于偏置电阻关于偏置电阻6 3 3 3 3PROFIBUS-DPPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP 总线应用说明总线应用说明总线应用说明总线应用说明 9 9 9 9 3.13.13.13.1标准最大配置标准最大配置. 9 3.23.23.23.2支持的传输速率支持的传输速率. 9 3.33.33.33.3传输介质传输介质. 9 3.43.43.43.4传输线最大距离传输线最大距离. 10 3.53.53.53.5长距离时节点数的计算长距离时节点数的计算. 10 3.5.13.5.13.5.13.5.1FM

3、1FM1FM1FM1 模块的数据量模块的数据量.10 3.5.23.5.23.5.23.5.2MACSMACSMACSMACS 系统数据交换周期的概念系统数据交换周期的概念11 3.5.33.5.33.5.33.5.3数据交换周期的工程应用数据交换周期的工程应用11 3.63.63.63.6重复器与终端匹配器的应用重复器与终端匹配器的应用. 12 3.73.73.73.7通过重复器改变网络拓扑结构通过重复器改变网络拓扑结构. 12 P P P Profibus-DProfibus-DProfibus-DProfibus-DP 总线总线总线总线 2 Profibus-DPProfibus-DPP

4、rofibus-DPProfibus-DP 总线总线 1 1 1 1 前言前言 目前用于过程控制的多种通讯协议中 Profibus-DP、Arcnet、和 CAN 的物理层均是 RS-485 规范。 本手册围绕 RS-485 的理论和应用要点，对 Profibus-DP 的物理层进 行工程应用上的说明。 读者如果熟悉第 2 节内容，可以跳过不阅。 2 2 2 2 RS-485RS-485RS-485RS-485 简介简介 2 2 2 2. . . . 1 1 1 1 RS-485RS-485RS-485RS-485 的规范的规范 RS-485 标准采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总

5、 线，是 EIA 制定的一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的串口总线 标准。 其具体规范如表 1。 3 表 1RS-485 电气规范 2.22.22.22.2RS485RS485RS485RS485 应用中常见的问题应用中常见的问题 2.2.12.2.12.2.12.2.1 最多可带收发器（即节点数）的数目最多可带收发器（即节点数）的数目 RS485 允许连接的收发器数标准并没有规定，但规定了最大总线负 载为32个单位负载 （UL） ， 每单位负载的最大输入电流为1.0mA/-0.8mA， 相当于约 12K 欧。 实际信号在电缆的传输过程中受传输衰减、信号反射、带载能力的 影响。因此直接所带

6、的节点数目有限。为了扩展节点数目，一般有两种 做法，其一是采用重复器，通过重复器的信号整形、放大、转发，将节 点数目扩大。另一个是增加收发器的输入电阻，例如输入电阻为 48K 欧 以上（1/4UL） ，节点数就可以增加到 128 个。 在 MACS 的 Profibus-DP 应用中，采用上述第一种办法增加节点数 目。Profibus-DP 系统最多可连接 126 个站（站号从 0125） ，总线系统 可以分为 4 个段，段与段之间用重复器连接。但在实际应用中，建议总 参数条件最小值最大值单位 驱动器开路输出电压1.5 -1.5 6 -6 V V 驱动器带载输出电压RL=1001.5 -1.5

7、 5 -5 V V 驱动器输出短路电流Per output to Common250mA 驱动器输出上升时间RL=54 CL=50 pF 30% of bit width 驱动器共模电压RL=54 3V 接收器灵敏度-7VVCM12V200mV 接收器共模电压范围-712V 接收器输入电阻12k P P P Profibus-DProfibus-DProfibus-DProfibus-DP 总线总线总线总线 4 线段数最好不超过 3 段。 在 DP 规范中每个段最多可连接 32 个站， 重复器的每一端也作为一 个站包含在内。但是在 MACS 系统设计中，由于模块间采用底座内的 PCB 布板线作

8、为通讯连接线，因此破坏了阻抗连续的原则，此外还涉及 到通讯总线到模块的引线，因此所带模块数目也与所配的模块的类型有 关。综合上述考虑后的实验表明，工程配置为：每个段内最多 24 个站。 2.2.22.2.22.2.22.2.2关于终端匹配关于终端匹配 1 1 1 1、终端匹配的来由、终端匹配的来由 当信号在一根长电缆上传输或是有很高的数据速率时，电缆将呈现 传输线的特性， 即信号在线路上以一定的速度传播开来， 从而形成行波。 当遇到不连续的阻抗时，就会产生反射波，反射波与原来信号叠加，从 而造成原来信号的失真。一般来讲，经过几个回合的反射振荡后，会恢 复原来信号的电平， 加终端匹配就是要消除或

9、减少线路中这种反射振荡。 因此 RS485 要求必须按其特征阻抗进行终端匹配。 所谓终端匹配就 是在信号传输线的两头各串入一个与电缆特征阻抗相等的电阻。 电缆的特征阻抗 Z=（L/C）1/2，其中 L 为单位长度的电缆分布电感， C 为单位长度电缆的线间分布电容。 RS485 的典型终端匹配是 120 欧 （24 AWG PVC 电缆） ，一般不得低 于 90 欧； 除非有重复器，总线上终端匹配电阻数目为 2。 在 Profibus-DP 规范中， 其终端匹配电阻为 220 欧。 可见它的线缆特 征阻抗比较特殊。 2 2 2 2、是否需要终端匹配的判断、是否需要终端匹配的判断 是否要终端匹配取

10、决于线缆的长度和传输速率及信号转换速率，如 果传输延迟低于 1bit 信号宽度的 3 倍时，终端匹配就不需要。 例如，一条 4000 英尺的电缆，电信号传播速度为 198000m/s，则传 输延迟为 6.2 ms。如果线路的波特率设为 9600bps，则 1bit 的信号时间 5 宽度为 104ms，6.2*3=18.6ms0.53 线芯截面积（mm2）0.340.22 9 3.43.43.43.4 传输线最大距离传输线最大距离 不同的介质，不同的波特率，信号可传输的的距离是不同的，见表 3。 表 3传输速率与距离关系表 该传输距离指不加重复器的距离。 3.53.53.53.5 长距离时节点数

11、的计算长距离时节点数的计算 3.5.13.5.13.5.13.5.1FM1FM1FM1FM1 系列模块的数据量系列模块的数据量 FM1 的数据量表如下： 表 4FM1 系列 IO 模块通讯数据量表（每控制周期） Baud_Rate (kbps) 9.619.293.75187.5500150012000 传输距离 （LineA） 1200120012001200400200100 传输距离 （Line B） 120012001200600200不推荐不推荐 FM1 模块名称数据量FM1 模块名称数据量 FM141341bitFM161187bit FM142341bitFM161-SOE231

12、bit FM143341bitFM162341bit FM144187bitFM163330bit FM145341bitFM171242bit FM146528bitFM172220bit FM147341bitFM1813916bit FM151550bitFM1822068bit FM151R462bit P P P Profibus-DProfibus-DProfibus-DProfibus-DP 总线总线总线总线 10 3.5.23.5.23.5.23.5.2MACSMACSMACSMACS 系统数据交换周期的概念系统数据交换周期的概念 在 MACS 系统中， 用于数据交换的周期有两

13、个， 一个是主控器 CPU 与 DP 主卡的数据交换周期（不妨称为周期 I） ；一个是 DP 主卡与现场 I/O 模块的数据交换周期（不妨称为周期 II） 。为了实现系统中两个周期 处理的同步性，系统规定：周期系统规定：周期 II II II II 应该不超过周期应该不超过周期 I I I I 的的 2/32/32/32/3。 在 MACS 系统中， 用于主控器 CPU 与 DP 主卡的数据交换周期 （周 期 I）是设定的，当从站含有 SOE 功能时，该数据交换的时间是 30ms； 否则，用于该数据交换的时间是 50ms。 在 MACS 系统中， 用于 DP 主卡与现场 I/O 模块的数据交换

14、周期 （周 期 II）的工程计算可以采用如下公式： 周期周期 II II II II(s)(s)(s)(s)= = = =（FM1XXFM1XXFM1XXFM1XX 的数据量的数据量*FM1XX*FM1XX*FM1XX*FM1XX 的数目）的数目）(bit)(bit)(bit)(bit)/ / / /传输速率传输速率 (bit/s)(bit/s)(bit/s)(bit/s) 上式只是给出了一个便于工程计算的实用算法，若要准确计算一个 完整的数据交换周期时，还要考虑协议中的各种传输间隔（该值一般在 一个完整的数据交换周期内所占比例很小） 。 3.5.33.5.33.5.33.5.3数据交换周期的

15、工程应用数据交换周期的工程应用 虽然由表 3：传输距离与电缆长度的关系，可以确定信号的正常传 输。但当控制有数据交换周期要求的场合下，就必须考虑从站数目太多 时，可能会使在 DP 主卡与现场 I/O 模块的数据交换的数据量太大，使 得上述周期 II 大于系统规定。此时，提高传输速率是解决问题的一个有 效办法。 例：当某 IO 站不含 SOE 时，假定有若干个 FM1 模块，如果参考上 述表 4，得出一个控制周期中，该工程的 DP 总线中所有从站的数据量 是 10000bit， 而总线的传输速率是 9600bps， 此时一个完整的数据交换周 期是 10000/9600（50*2/3）ms，会产生

16、失控。若采用提高传输速率的 办法，将传输速率提高到 500kbps，则此时一个完整的数据交换周期为 10000/500000=20ms1.5Mbit/s）下，应避免引出分支线。 即只能采用总线网络拓扑结构。 DP 在低传输速率应用场合（=1.5Mbit/s）下，引出分支线要求小 于 6.6 米。但是通过西门子的重复器可以改变总线网络结构。见图 2。 图 2 用重复器改变网络结构 说明：说明：1 1 1 1图中每一个收发器表示主站或从站； T R Rt T R . FM192- TR DP 重复器 A1 B1 Rt A2 B2 T R T R . FM192- TR B1 A1 Rt FM192

17、- TR T R Rt FM192- TR T R B2 A2 P P P Profibus-DProfibus-DProfibus-DProfibus-DP 总线总线总线总线 12 2 2 2 2A1、B1，A1，B1上最多接 32 个主从站。如需扩展从站数目 或长距离传输，需要通过重复器扩展。 3 3 3 3A2、B2，A2，B2上最多也接 32 个主从站，如需扩展从站 数目或长距离传输，需要通过重复器扩展。 4 4 4 4星型接法中，要注意将重复器分支处的终端匹配电阻拨码断 开，即去掉重复器的终端匹配电阻。只用于扩展的重复器应该在接入端 去掉终端匹配电阻，在输出侧加上终端匹配电阻。 5 5 5 5终端匹配器加在各支路末端。 6 6 6 6DP 重复器的使用可以参见Profibus-DP 重复器手册。