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摘要：Profibus-DP通信控制网络是由西门子主导的一种在工业控制领域被广泛使用的现场总线网络。使用该技术可以十分方便的进行控制系统间的相互通信，也被用于搭建分布式I/O控制架构。虽然该技术具有高速、实时、使用方便的特点，但在实际应用中往往受到通讯距离的限制而难以应用于较远距离的通讯。本文介绍了Profibus-DP总线的技术特性和网络设备，并分享了通用型RS-485光电收发器在Profibus-DP通信网络中的应用案例。
关键词：光电收发器;RS-485;Profibus-DP;通信控制网络
Keyword： Optical Transceiver; RS-485; Profibus-DP; Communication Control Net
Profibus-DP通信控制网络在工业控制领域被广泛应用，其使用方便的特点为大型自动化系统的建设提供了便利，高速、实时的技术特性也足以满足现场控制系统的需求。但其在实际应用中，特别是在电磁环境复杂、通信距离较远的情况下往往容易出现问题，接下来我们就来了解一下Profibus-DP通信控制网络的技术特性、系统组成以及通用型RS-485光电收发器在应用中的优势。
一、Profibus-DP通信控制网络的技术分析
下面我们具体了解一下Profibus-DP现场总线的技术特性和相关传输设备在其控制网络中的应用。
（一）Profibus-DP现场总线的技术特性
Profibus-DP通信总线基于RS-485电气协议实现，可以由主站控制器、从站控制器、DP中继器、DP/DP耦合器等设备组成，其传输速率为9.6K～12Mbps。在常用的187.5Kbps速率下，使用专用的双绞线进行传输时，其理论最大传输距离为1000米（500Kbps时为400米，1.5Mbps时为200米，3M～12Mbps时为100m）。当实际应用超出最大传输距离时，可用使用多个DP中繼器进行延长，最远可达10公里。
（二）Profibus-DP通信控制网络中的传输设备
在Profibus-DP网络中主要依靠DP中继器来延长网络的通讯距离。其不具备主从站身份，也不需要设置通讯地址，但会被认为是DP站点，占用网络中最多可挂接站点的总数量。本质上是在原通信链路之外，使用同一网络配置来驱动一段新的通讯链路，从而达到扩展传输距离的目的。DP中继器扩展出来的通讯链路与原本的通讯链路之间互相电气隔离。这一特性可以隔离两个链路之间的电流冲击和干扰，满足网络的安全和可靠性要求。
理论上当Profibus-DP网络的通讯速率为187.5Kbps的时候其每段通信链路的距离可以达到1000米，但在电磁环境复杂的工业生产现场，由于大量高功率的机电设备，特别是变频设备的运行，会给传输线路引入大量的干扰信号，在长距离传输的情况下尤为严重，其实际传输距离往往大打折扣。虽然可以使用DP中继器延长通讯距离、隔离干扰，但多个DP中继器的使用无疑增加了通讯链路的复杂度，不仅增加了故障点，在通讯网络出现故障时也难以迅速定位故障点。
针对这种情况西门子推出了可使用光纤传输的Profibus-DP网络专用设备，如带有光纤接口的ET200分布式IO模块、OLM光纤链路模块等。由于光信号不会受到电气干扰，使用光纤传输可以有效的延长传输距离。在实际应用中，根据不同的型号可以将通讯距离扩展至3～15km。这种专用的Profibus-DP光纤设备需要在每段链路中占用两根光纤，采用全双工的通讯方式，其传输速率可以满足Profibus-DP网络的最高传输速率需求，部分型号还可以支持线型网络、星型网络以及冗余环网的网络拓扑形式。
二、通用型RS-485光电收发器的技术分析和应用
专用的Profibus-DP光纤设备虽然可以提供最高的通信速率和强大的组网功能，但价格较高。Profibus-DP通信总线基于标准的RS-485电气协议实现，在对成本比较敏感并且通信速率要求较低的情况下，完全可以使用通用型RS-485光电收发器进行替代。接下来我汇总了市面上较常见的几种通用型RS-485光电收发器的技术特性，并对其在Profibus-DP网络中的应用进行了介绍。
（一）通用型RS-485光电收发器的技术特性
市面上常见的RS-485光电收发器一般具备以下特性和功能：
1.只使用一根光纤即可完成传输;
2.采用半双工通讯方式;
3.自动判别信号传输方向;
4.通讯速率自适应;
5.通信速率最高可支持500kbps;
6.可同时支持单模光纤和多模光纤;
7.使用单模光纤，传输距离最高可达20km;
8.部分产品具备多路RS-485信号聚合传输功能。
由以上特性可以看出，市面上常见的通用型RS-485光电收发器具备强大的自适应性，完全可以满足基于RS-485电气协议的各类现场总线的通讯需求，并且具有成本低、节省光纤线芯、使用方便等优点。
（二）通用型RS-485光电收发器在Profibus-DP网络中的应用
RS-485光电收发器的“发射机”和“接收机”需要成对使用，两者在使用上没有方向性，位置可以互换。在实际接线时，Profibus-DP线缆的两根线芯一般标记为A线（绿色）和B线（红色），而在RS-485光电收发器上一般标记为TX+和TX-，在接线时需要注意“线序”的对应。
在Profibus-DP通信总线的通讯协议中A线被定义为negative green线，B为positive red线。其传输信号的定义与RS-485标准协议一致，当B线电平高于A线电平时，数据为1时;反之，数据为0。因此应按照“A线（绿色）接TX-，B线（红色）接TX+”的“线序”来连接。
（三）实际应用案例
在我们的生产现场中，有一处泥浆压滤车间，距离主控室直线距离约为2公里，根据生产需求需要对该现场的设备实现远程控制。
该压滤车间中包括五条压滤生产线，每条生产线都使用了一台西门子的S7-200PLC进行控制。为了实现远程控制，需要将这5台S7-200PLC接入主控PLC的Profibus-DP网络。我们的主控通讯网络的速率设定为187.5Khz，由于距离较远，如果使用电缆传输，中间需要假设多个DP中继器。为了减少工作量并提升通讯网络的可靠性，我们使用了一对通用型RS-485光电收发器进行网络扩展。由于主控室到该压滤车间之间已经敷设了视频监控使用的光缆并且有多余的线芯，因此使用RS-485光电收发器完全避免了电缆的敷设工作。
三、小结
虽然通用型RS-485光电收发器的性能和功能无法与专用的Profibus-DP光纤设备相媲美，但在一些速率和可靠性要求不高的场合，其低廉的价格和使用方便的特性，也可以为我们提供另外的一种可选方案。
参考文献：
[1] 周志敏.解析PROFIBUS总线传输技术及RS-485网络拓扑.智慧工厂; 2019（12）：63
[2] 于传、潘世丽、舒永志.基于数字电路的Profibus-DP总线光电信号转换模块的设计.国网技术学院学报;2016（04）：32
[3] 江海汕.基于光纤传输的总线防雷改进技术.科技资讯;2018 （25）：26
[4] 杨伟雄.水质净化厂PROFIBUS总线光纤改造.通讯世界;2017（14）：12
关键词：光电收发器;RS-485;Profibus-DP;通信控制网络
Keyword： Optical Transceiver; RS-485; Profibus-DP; Communication Control Net
Profibus-DP通信控制网络在工业控制领域被广泛应用，其使用方便的特点为大型自动化系统的建设提供了便利，高速、实时的技术特性也足以满足现场控制系统的需求。但其在实际应用中，特别是在电磁环境复杂、通信距离较远的情况下往往容易出现问题，接下来我们就来了解一下Profibus-DP通信控制网络的技术特性、系统组成以及通用型RS-485光电收发器在应用中的优势。
一、Profibus-DP通信控制网络的技术分析
下面我们具体了解一下Profibus-DP现场总线的技术特性和相关传输设备在其控制网络中的应用。
（一）Profibus-DP现场总线的技术特性
Profibus-DP通信总线基于RS-485电气协议实现，可以由主站控制器、从站控制器、DP中继器、DP/DP耦合器等设备组成，其传输速率为9.6K～12Mbps。在常用的187.5Kbps速率下，使用专用的双绞线进行传输时，其理论最大传输距离为1000米（500Kbps时为400米，1.5Mbps时为200米，3M～12Mbps时为100m）。当实际应用超出最大传输距离时，可用使用多个DP中繼器进行延长，最远可达10公里。
（二）Profibus-DP通信控制网络中的传输设备
在Profibus-DP网络中主要依靠DP中继器来延长网络的通讯距离。其不具备主从站身份，也不需要设置通讯地址，但会被认为是DP站点，占用网络中最多可挂接站点的总数量。本质上是在原通信链路之外，使用同一网络配置来驱动一段新的通讯链路，从而达到扩展传输距离的目的。DP中继器扩展出来的通讯链路与原本的通讯链路之间互相电气隔离。这一特性可以隔离两个链路之间的电流冲击和干扰，满足网络的安全和可靠性要求。
理论上当Profibus-DP网络的通讯速率为187.5Kbps的时候其每段通信链路的距离可以达到1000米，但在电磁环境复杂的工业生产现场，由于大量高功率的机电设备，特别是变频设备的运行，会给传输线路引入大量的干扰信号，在长距离传输的情况下尤为严重，其实际传输距离往往大打折扣。虽然可以使用DP中继器延长通讯距离、隔离干扰，但多个DP中继器的使用无疑增加了通讯链路的复杂度，不仅增加了故障点，在通讯网络出现故障时也难以迅速定位故障点。
针对这种情况西门子推出了可使用光纤传输的Profibus-DP网络专用设备，如带有光纤接口的ET200分布式IO模块、OLM光纤链路模块等。由于光信号不会受到电气干扰，使用光纤传输可以有效的延长传输距离。在实际应用中，根据不同的型号可以将通讯距离扩展至3～15km。这种专用的Profibus-DP光纤设备需要在每段链路中占用两根光纤，采用全双工的通讯方式，其传输速率可以满足Profibus-DP网络的最高传输速率需求，部分型号还可以支持线型网络、星型网络以及冗余环网的网络拓扑形式。
二、通用型RS-485光电收发器的技术分析和应用
专用的Profibus-DP光纤设备虽然可以提供最高的通信速率和强大的组网功能，但价格较高。Profibus-DP通信总线基于标准的RS-485电气协议实现，在对成本比较敏感并且通信速率要求较低的情况下，完全可以使用通用型RS-485光电收发器进行替代。接下来我汇总了市面上较常见的几种通用型RS-485光电收发器的技术特性，并对其在Profibus-DP网络中的应用进行了介绍。
（一）通用型RS-485光电收发器的技术特性
市面上常见的RS-485光电收发器一般具备以下特性和功能：
1.只使用一根光纤即可完成传输;
2.采用半双工通讯方式;
3.自动判别信号传输方向;
4.通讯速率自适应;
5.通信速率最高可支持500kbps;
6.可同时支持单模光纤和多模光纤;
7.使用单模光纤，传输距离最高可达20km;
8.部分产品具备多路RS-485信号聚合传输功能。
由以上特性可以看出，市面上常见的通用型RS-485光电收发器具备强大的自适应性，完全可以满足基于RS-485电气协议的各类现场总线的通讯需求，并且具有成本低、节省光纤线芯、使用方便等优点。
（二）通用型RS-485光电收发器在Profibus-DP网络中的应用
RS-485光电收发器的“发射机”和“接收机”需要成对使用，两者在使用上没有方向性，位置可以互换。在实际接线时，Profibus-DP线缆的两根线芯一般标记为A线（绿色）和B线（红色），而在RS-485光电收发器上一般标记为TX+和TX-，在接线时需要注意“线序”的对应。
在Profibus-DP通信总线的通讯协议中A线被定义为negative green线，B为positive red线。其传输信号的定义与RS-485标准协议一致，当B线电平高于A线电平时，数据为1时;反之，数据为0。因此应按照“A线（绿色）接TX-，B线（红色）接TX+”的“线序”来连接。
（三）实际应用案例
在我们的生产现场中，有一处泥浆压滤车间，距离主控室直线距离约为2公里，根据生产需求需要对该现场的设备实现远程控制。
该压滤车间中包括五条压滤生产线，每条生产线都使用了一台西门子的S7-200PLC进行控制。为了实现远程控制，需要将这5台S7-200PLC接入主控PLC的Profibus-DP网络。我们的主控通讯网络的速率设定为187.5Khz，由于距离较远，如果使用电缆传输，中间需要假设多个DP中继器。为了减少工作量并提升通讯网络的可靠性，我们使用了一对通用型RS-485光电收发器进行网络扩展。由于主控室到该压滤车间之间已经敷设了视频监控使用的光缆并且有多余的线芯，因此使用RS-485光电收发器完全避免了电缆的敷设工作。
三、小结
虽然通用型RS-485光电收发器的性能和功能无法与专用的Profibus-DP光纤设备相媲美，但在一些速率和可靠性要求不高的场合，其低廉的价格和使用方便的特性，也可以为我们提供另外的一种可选方案。
参考文献：
[1] 周志敏.解析PROFIBUS总线传输技术及RS-485网络拓扑.智慧工厂; 2019（12）：63
[2] 于传、潘世丽、舒永志.基于数字电路的Profibus-DP总线光电信号转换模块的设计.国网技术学院学报;2016（04）：32
[3] 江海汕.基于光纤传输的总线防雷改进技术.科技资讯;2018 （25）：26
[4] 杨伟雄.水质净化厂PROFIBUS总线光纤改造.通讯世界;2017（14）：12