PROFIBUS는 세계표준을 기반으로 하고 있기에 프로토콜 구성 또한 세계표준인 ISO 7498에 의한 OSI(Open System Interconnection) 참조모델을 준용하고 있다. OSI 참조모델에는 모든 전송계층 (Transmission Layer)의 내용이 정확히 정의되어 있는데 PROFIBUS는 이중에서 1계층,2계층,7계층의 3개 계층을 사용하고 있다. Layer 1 (physical layer)에는 물리적 전송특성이 정의되어 있고 Layer 2 (data link layer)에는 Bus 접속 프로토콜을 정의하 고 있다. Layer 7 (application layer)에는 Application function이 정의되어 있다. 그림 4는 PROFIBUS 프로토콜 구성을 설명한 것이다.

DP(Decentralized Periphery)는 1계층과 2계층을 사용하는 효과적인 사용자 인터페이스 통신 프로토콜로써 3계층부터 7계층까지는 사용하지 않는다. 이같은 구성은 매우 빠르고 효율적인 데이터 전송을 보장하고 Direct Data Link Mapper(DDLM)는 사용자 인터페이스가 보다 쉽게 2계층에 접속할 수 있게 하여준다. Application function은 각종의 DP 디바이스 형태별로 시스템과 디바이스의 동작을 사용자 인터페이스 형태로 사용자에게 제공한다.

FMS는 범용 통신 프로토콜로써 중요한 점은 1,2계층과 7계층에 접속된다는 점이다. Application layer(7계층)는 Fieldbus Message Specification (FMS)과 Lower Layer Interface (LLI)로 구성되어 있다. FMS는 Master와 Master, Master와 Slave 간의 통신을 위한 강력한 통신기능을 정의하고 있다. LLI 는 2계층에서의 데이터 전송 프로토콜 FMS 서비스를 나타내고 있다.

3.2 RS-485 전송기술

RS 485 전송은 PROFIBUS에서 가장 자주 사용되는 전송기술로써 모든 Application 영역에서 빠른 전송과 간단하고 비용이 안들게 사용할 수 있다. 하나의 Pair Conductor와 함께 Twisted pair shield-ed copper cable이 사용된다.

RS 485 전송기술은 우선 다루기가 쉽다. Twisted pair cable의 설치는 특별한 지식과 경험이 없어도 가능하기 때문이다. Bus 구조도 Station을 추가하거나 제거할때 또는 단계별로 시스템기능을 추가할때 등의 경우에 다른 Station에 아무런 영향을 주지 않 는다. 즉 향후 시스템 확장시 동작중인 기존의 다른 Station은 아무런 영향을 받지 않는다는 것이다.

전송속도는 9.6 kbit/sec 부터 12 Mbit/sec로써 Bus상의 시스템에 속해있는 모든 디바이스는 이중에서 자신에게 맞는 전송속도를 선택하여 통신한다.

RS 485 설치

모든 디바이스는 Bus에 직선처럼 연결되고, 32개의 station(master 또는 slaves)이 하나의 Segment에 연결된다. Bus는 그림 6에서 보듯이 각 Segment의 시작과 끝을 Terminate하는것에 의하여 Terminate 된다. 확실한 동작을 위하여 언제나 선로양단에는 Bus Termin- ator 반드시 장착되어 있어야 한다. Bus term-  nator는 보통 디바이스 또는 Bus Terminator Connector내에서 작동한다. 32개 이상 또는 그보다 더 많은 수가 네트웍에 연결될 때에는 Repeater(line amplifiers)를 사용하여 각각의 Bus Segment를 연결해 주어야 한다.

B형태의 케이블을 사용하는 경우는 고려하지 않았다. IP20용 9-pin D sub connector는 PROFIBUS 네트웍에 RS-485 전송기술을 사용하는데 알맞다. 커넥터의 핀할당과 배선은 그림 6과 같다. RS-485 에서 IP65/67방식을 사용을 위해서는 다음의 세가지 연결방법이 있다.

- IEC 947-5-2에 근거한 M12 circular
   connector
- DESINA에서 추천한 HAN-BRID connector
- Siemens hybrid connector

HAN-Brid connector system은 Fiber Optic을 경유한 전송데이터와 일반적인 hybrid cable인 구리케이블을 통해 주변기기에 공급되는 24Volt 전류와 같이 부합되지 않는 동시전송에 적합하다.

PROFIBUS cables은 여러 제작사에서 제작 및 공급되기에 주변에서 쉽게 구할 수 있고 신속한 작업을 위하여 Stripper, cable등의 작업도구들도 구비되어 있다.

Station을 연결시 데이터라인이 바뀌지 않도록 주의해야 하며 Shield된 Data lines을 반드시 사용해야만 주변의 전기적인 간섭현상을 방지하여 신뢰성을 유지할 수 있다. Shield는 양단이 접지에 연결 되어야 전도성이 좋아지며 데이터라인을 고전압 동력케이블로부터 분리시키는것도 검토하여야 한다.

PROFIBUS network 문제발생 경우의 90%정도는 배선등을 잘못 설치한 경우이다. 이같은 문제는 Bus tester를 이용하면 전형적인 배선결함등을 찾을 수 있어 해결에 문제가 없다, PROFIBUS Product Guide에는 많은 다른 형태의 커넥터, 케이블, repeater, bustester 제작사가 명시되어 있으니 참조바란다.

3.2 IEC 61158-2 전송기술

IEC 1158-2에 정의되어 있는 31.25 kbit/s의 Baud rate동기전송(Synchronous transmission)은 공정자동화 (process automation)에 사용된다. 이것은 화학 및 석유화학 공정등에서 Bus상의 두가닥 통신기술 (two-wire technology)만으로도 강력한 신뢰성을 갖고 있으므로 PROFIBUS는 이같이 작업위험도가 높은 지역(hazardous areas)에서 사용이 가능하다. IEC 1158-2 전송기술을 포함하고 있는 PROFIBUS 를 폭발가능성이 있는 지역에 적용함에 있어 옵션과 제한되는 사항은 FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) model에 정의되어 있다. FISCO model 은 독일 Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) (Federal Physical Technical Institute)에 의해 개발되었고 현재 위험지역에서 필드버스를 사용시의 기본모델로 검토되고 있다. IEC 1158-2 and FISCO model 원칙은 다음과 같다.

- 각 segment는 단일 power supply unit에서만 전력 을 공급받는다.
- Station이 sending중일때는 Bus에 전력 공급을 중단해야 한다.
- 모든 field device는 steady-state에서도 일정한 기본상태를 유지해야 한다.
- The field devices function as a passive current sink.
- Passive line의 termination은 Main BusLine 양단에 확실히 설치되어야 한다.
- 선형(Linear),tree형,star형 topology의 구성은 가 능하다.

Steady state에서 각 station은 10 mA 정도를 기본적으로 소비하고 bus powering시 이 기본전류는 필드 디바이스로 전달된다. Communication signal은 디바이스로 신호가 보내질 때 +/- 9 mA가 기본적으로 발생된다.

PROFIBUS 네트웍을 위험지역에서 동작시키기 위해서는 사용되는 모든 요소들이 FISCO model 또는 IEC 1158-2에 근거한 PTB, BVS (Germany) UL, FM (US)같은 공인기관에서 인증을 받는 것이 필요하다. 만약 모든 요소들에게 필요한 인증요소는 다음의 내용과 같은것으로써 이 원칙만 지켜진다면 PROFIBUS 네트웍에서 향후 계속하여 이상없이 사용된다.