上海西門子電纜*總代理商

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上海晉營自動化科技有限公司

 
  ：喬 靜
 
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   郵 箱：3548508227

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PROFIBUS 混合電纜 GP:
適合拖曳的堅固混合電纜，帶有兩條用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)你~導線和兩條用于 ET 200pro 的電源的銅導線

上海西門子電纜*總代理商 電 話：（同號）

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                          圖5 Simplex plug                                         圖6  BFOC接頭

如果希望自己完成接頭的焊接工作，可以訂工具箱（圖7）：

工具箱    PCF Simplex plugs：  6GK1 900-0KL00-0AA0

             BOC plugs：        6GK1 900-0HL00-0AA0

圖7  熔接工具箱

但如果是玻璃光纖還是建議找專業(yè)的人員和設備來熔接。

2.2.3 PRFOBUS插頭

PROFIBUS插頭用于連接PROFIBUS電纜和PROFIBUS的站點（圖8）。

圖8  PROFIBUS插頭的使用

在PROFIBUS插頭上，有一個進線孔（In）和一個出線孔（Out），分別連接至前一個站和后一個站。

當各站點通過插頭連接以及網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡上時，根據(jù)RS485串口通訊的規(guī)范，每個物理網(wǎng)段支持32個物理設備，且在物理網(wǎng)段終端的站點應該設置終端電阻防止浪涌保證通訊質量。而每個PROFIBUS插頭上，都內(nèi)置了終端電阻，需要是可以接入（On）和切除（Off）。當終端電阻設置為“On”時，表示一個物理網(wǎng)段的終結，因此連接在出線端口“Out”后面的網(wǎng)段的信號也將被中斷。因此，在每個物理網(wǎng)段兩個終端站點上的插頭，需要將網(wǎng)線連接在進線口“In”，同時將終端電阻設置為“On”，而位于網(wǎng)段中間的站點，需要依次將網(wǎng)線連接在進線口“In”和出線口“Out”，同時將終端電阻設置為“Off”。（圖9）

圖9  PROFIBUS插頭的連接和設置

需要注意的是，PROFIBUS插頭有一種帶編程口（PG口）的，建議至少每個網(wǎng)段的兩個終端站點處的插頭盡量使用帶編程口的（見圖8，左側的插頭），便于系統(tǒng)的診斷和維護。

2.2.4      終端電阻

PROFIBUS電纜的兩端應該連接終端電阻。終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號反射在通信過程中，有兩種原因導致信號反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。

阻抗不連續(xù)：信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有（例如：短路）或者阻抗很大（例如：斷線），信號在這個地方就會引起反射。這種信號反射的原理，與光從一種媒質進入另一種媒質要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。由于信號在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個同樣大小的終端電阻（圖10）。

圖10 網(wǎng)絡中的設備連接和終端電阻

 引起信號反射的另一個原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現(xiàn)在通訊線路處在空閑方式時，整個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)混亂。

在EIA RS-485中規(guī)定的端接電阻Rt是以下拉電阻Rd（與數(shù)據(jù)地DGND連接）和上拉電阻Ru（與正電壓VP連接）做補充。當沒有站進行傳輸（即空閑時間）時，這個補充迫使不同的狀態(tài)電壓（即導體間的電壓）趨于一個確定值（圖11）。

圖11  終端電阻的組成

在一個物理網(wǎng)段中，但是如果終端和總線電纜阻抗不匹配，則zui大通訊距離會減少一半。

因而，在一個物理網(wǎng)段中，應該保證在網(wǎng)絡的兩個終端各有一個終端電阻，不能增加也不能減少，否則我們的總線上的網(wǎng)線與終端電阻將會出現(xiàn)不匹配的問題。這就意味著，如果終端站點出現(xiàn)問題，則有可能會影響到整個網(wǎng)絡的通訊質量，因而除了使用PROFIBUS connector上自帶的終端電阻，西門子還提供了有源的終端電阻設備（圖12）。

圖12 有源終端電阻

有源終端電阻可以單獨供電，安裝在網(wǎng)段的兩端，保證網(wǎng)段內(nèi)任何一個設備出現(xiàn)問題，都不會影響網(wǎng)絡的電阻匹配的問題。

2.2.4      RS485中繼器

按照RS485串口通訊的規(guī)范，當網(wǎng)絡中的硬件設備超過32個，或者波特率對應的網(wǎng)絡通訊距離已經(jīng)超出規(guī)定范圍時，就應該使用RS485中繼器來拓展網(wǎng)絡連接。

PROFIBUS通訊屬于RS485通訊的一種，因而也遵循這樣的原則，及如果網(wǎng)絡中實際連接的硬件超過32個時，或者所對應的波特率超過一定的距離時（表3），則需要增加相應的RS485中繼器來進行物理網(wǎng)段的擴展。

由于RS485中繼器本身將造成數(shù)據(jù)的延時，因而一般情況下，網(wǎng)絡中的中繼設備都不能超過3個，但西門子的PROFIBUS RS485中繼器采用了特殊的技術，因而可以將中繼器的個數(shù)增加到9個，即在一條物理網(wǎng)線上，zui多可以串聯(lián)9個西門子的RS485中繼器（圖10）。這樣，網(wǎng)段的擴展距離將大大增加。

圖13 RS485中繼器

使用RS485中繼器時，需要注意幾個問題：

1） 安裝問題

l  RS485中繼器上下分為兩個網(wǎng)段，其中A1/B1 和 A1’ / B1 ‘ 接口是網(wǎng)段1的一個PROFIBUS接口，A2/B2 和 A2’ / B2 ‘ 接口是網(wǎng)段2的一個PROFIBUS接口，PG/OP 接口屬于網(wǎng)段1；

l  信號放大是在網(wǎng)段1和網(wǎng)段2之間實現(xiàn)的，同一網(wǎng)段內(nèi)信號不能放大；因而需要進行距離擴展的網(wǎng)絡必須是接在網(wǎng)段2上；

l  兩個網(wǎng)段之間是物理隔離的，因而RS485中繼器除了擴展網(wǎng)段外，還有一個作用就是可以進行網(wǎng)絡隔離。

l  這兩個網(wǎng)段是都是指物理網(wǎng)段，與STEP7硬件組態(tài)中所組態(tài)的PROFIBUS網(wǎng)絡沒有關系，不同的物理網(wǎng)段仍然可以屬于同一個PROFIBUS邏輯網(wǎng)絡。

l  在網(wǎng)絡拓撲中，RS485中繼器也是一個信號收發(fā)設備，占一個物理設備的位置，但不需要分配站號，因而注意在物理連接站點時，每個網(wǎng)段所連接的從站數(shù)是小于32的。擴展的距離則對應于每個波特率的傳輸距離（表3）。

2 ）終端電阻的設置問題

由于兩個接口分別屬于不同的物理網(wǎng)段，因此中繼器上終端電阻的設置往往比較容易混淆。

① 中繼器做為終端設備的網(wǎng)絡拓展

圖14  中繼器做為網(wǎng)絡終端站點

在這個網(wǎng)絡拓撲中，中繼器連接了網(wǎng)段1和網(wǎng)段2，由于中繼器內(nèi)部是隔離的，因而做為網(wǎng)段1來講，中繼器就是該網(wǎng)段的一個終端設備，因而在網(wǎng)段1中，應該將PROFIBUS網(wǎng)線接在A1/B1上，同時網(wǎng)段1的終端電阻設置為“On”；而網(wǎng)段2與網(wǎng)段1類似，也需要將電纜連接在A2/B2上，同時終端電阻設置為“On”。

在這種網(wǎng)絡中，上下兩個網(wǎng)段中，zui多都還可以連接31個從站設備。

②中繼器在的兩個網(wǎng)段內(nèi)都做為中間設備的網(wǎng)絡拓展

圖15  中繼器在的兩個網(wǎng)段內(nèi)都做為中間設備的網(wǎng)絡拓展

此時，中繼器的網(wǎng)段1和網(wǎng)段2都是網(wǎng)絡中間的一個站點，即終端電阻為“Off”，網(wǎng)段1的總長度為200米（1.5M bps），網(wǎng)段2的總長度也為200米（1.5M bps）。兩個網(wǎng)段之間是電氣隔離的。

3 ）隔離網(wǎng)段

中繼器除了具有信號放大、擴展網(wǎng)絡的作用，還可以將不同的兩個物理網(wǎng)段進行電氣隔離，從而避免兩個網(wǎng)段之間的EMC干擾。

圖16 隔離2個網(wǎng)段

由于網(wǎng)段之間是隔離的，因而如果 斷開PE端時，可以將兩個網(wǎng)段分別按照接地和不接地的兩個網(wǎng)段進行連接操作。

2.2.5      OLM和OBT

除了電纜，PROFIBUS通訊還支持光纖做為傳輸介質，通過光纖連接的PROFIBUS網(wǎng)絡具有網(wǎng)絡距離遠的特點，且光纖本身不受電、磁的影響，比較適合長距離、戶外鋪設和抗電磁兼容的環(huán)境。

支持PROFIBUS光纖通訊的設備有OLM和OBT。其中OLM是做為主干網(wǎng)設備使用的，針對不同的網(wǎng)絡拓撲，需要進行一定的撥碼參數(shù)的設置；而OBT只是做為網(wǎng)絡介質的轉換。

1) OLM (Optical link Module)

OLM的拓撲結構一般有以下幾種：

l  點對點連接

l  線性拓撲

l  星形拓撲

l  冗余光纖環(huán)網(wǎng)       

圖 17  OLM V4

① 線性拓撲

圖18 OLM的線性拓撲結構

②星形拓撲

圖19 OLM的星形拓撲結構

③OLM的冗余環(huán)網(wǎng)拓撲結構

圖20 冗余環(huán)網(wǎng)的拓撲結構

在冗余環(huán)網(wǎng)的拓撲結構中，所有的OLM必須型號相同，且DIP開關的設置也相同。

連接OLM的光纖即可以采用單模玻璃光纖，也可以選擇多模塑料光纖，具體請參考光纖部分的介紹（表4）。

2) OBT(Optical Bus Terminal)

圖21  OBT

        OBT僅僅做為介質轉換的設備在網(wǎng)絡中使用，不具有OLM的組網(wǎng)能力，一般只能使用塑料光纖（50米）和PCF光纖（300米）。

圖22 OBT在網(wǎng)絡中的使用

3 PROFIBUS 網(wǎng)絡安裝規(guī)范

了解了PROFIBUS的各個網(wǎng)絡器件，這里就PROFIBUS安裝的注意事項進行介紹，同時會結合一些現(xiàn)場的實例加以說明。

3.1網(wǎng)絡拓撲的規(guī)則

設計一條PROFIBUS網(wǎng)絡，首先需要了解PROFIBUS網(wǎng)絡的拓撲規(guī)則：

①    PROFIBUS網(wǎng)絡是RS485串口通訊，半雙工，支持光纖通訊；

②    每個網(wǎng)絡理論上zui多可連接127個物理站點，其中包括主站、從站以及中繼設備；

③    網(wǎng)絡的通訊波特率9.6kbps~12Mbps，通訊波特率與通訊的距離具有一定的對應關系（見表3）；

④    每個物理網(wǎng)段zui多32個物理站點設備，物理網(wǎng)段兩終端都需要設置終端電阻或使用有源終端電阻；

⑤    每個網(wǎng)段的通訊距離或者設備數(shù)如果超限，需要增加RS485中繼器進行網(wǎng)絡拓展，中繼器zui多可串聯(lián)9個；

⑥    每個中繼設備（RS485中繼器、OLM）也做為網(wǎng)絡中的一個物理站點，但沒有站號；

⑦    網(wǎng)絡支持多主站，但在同一網(wǎng)絡中，不建議多于3個主站；

⑧    在Step7軟件中進行PROFIBUS網(wǎng)絡組態(tài)時，應當按照從小到大的順序設置從站站號，且應該連續(xù)；

⑨    一般0是PG的地址，1～2為主站地址，126為某些從站默認的地址，127是廣播地址，因而這些地址一般不再分配給從站，故DP從站zui多可連接124個，站號設置一般為 3~125。

⑩    如果網(wǎng)絡中涉及到分支電纜，則應注意分支電纜的長度應當嚴格遵守PROFIBUS的協(xié)議規(guī)定，比如：波特率1.5Mbps時，網(wǎng)段中分支電纜總長度6.6米（表5）。