1、PROFIBUS現(xiàn)場總線安裝指導(dǎo)PROFIBUS Installation Guide      摘   要 本文主要介紹了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中所涉及的硬件以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和安裝中的注意事項，幫助用戶正確的安裝和使用PROFIBUS現(xiàn)場總線。   目  錄1 PROFIBUS 概述2 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)硬件2.1 PROFIBUS接口2.2 通訊介質(zhì)2.2.1 PROFIBUS 電纜2.2.2 光纖及接口2.2.3 PRFOBUS插頭2.2.4 終端電阻2.2.5 RS485

2、中繼器 2.2.6 OLM和OBT3 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)安裝規(guī)范3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊?guī)則3.2 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)安裝的規(guī)則3.2.1 網(wǎng)絡(luò)布線的規(guī)則3.2.2 通訊電纜的屏蔽層在電柜內(nèi)的處理3.2.3 過壓保護3.2.4 減小變頻器等干擾源設(shè)備對通訊的影響4 PROFIBUS診斷的常用工具5 結(jié)束語 PROFIBUS 是一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，在集中自動化系統(tǒng)向分散自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)移方面是一種重大突破。由于PROFIBUS一直側(cè)重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，尤其是側(cè)重于應(yīng)用行規(guī)的研究開發(fā)，使得該總線具有適合于快速、時間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)的特點，成為唯

3、一能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應(yīng)用的現(xiàn)場總線，特別適用于工廠自動化和過程自動化領(lǐng)域。因而從誕生至今，PROFIBUS 在現(xiàn)場總線技術(shù)領(lǐng)域一直是國際市場上的領(lǐng)導(dǎo)者。隨著PROFIBUS的大量應(yīng)用，許多用戶開始接觸并使用了現(xiàn)場總線。但由于用戶對現(xiàn)場總線技術(shù)的了解程度不同，再加上現(xiàn)場施工情況復(fù)雜，因而很有可能導(dǎo)致許多項目的現(xiàn)場總線通訊上可能存在著一些隱患，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，將有可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)通訊故障，從而影響整個系統(tǒng)的正常運行。為了幫助廣大用戶特別是剛剛接觸到現(xiàn)場總線的用戶能夠?qū)ROFIBUS的硬件有個初步的了解，這里將重點介紹如何在現(xiàn)場正確的安裝和使用相關(guān)PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)元件

4、和設(shè)備，幫助用戶在使用PROFIBUS現(xiàn)場總線的過程中從硬件安裝的角度盡量減少問題的發(fā)生，從而盡量減少整個網(wǎng)絡(luò)使用中出現(xiàn)故障的概率。 1 PROFIBUS 概述PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊的本質(zhì)是RS485串口通訊，按照不同的行業(yè)應(yīng)用，主要有三種通訊行規(guī)：DP（Decentralized Peripherals），F(xiàn)MS（Field Message Specification）和PA（Process Automation）行規(guī)。其中DP通訊的方式在OSI參考模型中主要使用第1、2、7層，因此PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)的通訊速度較快，且報文簡單（表1）。 第7層（應(yīng)用層）DP設(shè)備

5、行規(guī)FMS設(shè)備行規(guī)PA設(shè)備行規(guī)基本功能擴展功能基本功能擴展功能DP用戶接口     直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序(DDLM)應(yīng)用層接口（ALI)DP用戶接口     直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序(DDLM)第36層 （并沒有省略） 第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）數(shù)據(jù)鏈路層                 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL)數(shù)據(jù)鏈路層  

6、        現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL)IEC接口第1層（物理層）物理層（RS485/光纖)物理層（RS485/光纖）IEC61158-2表1  三種PROFIBUS的通訊行規(guī)的OSI模型隨著現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，PROFIBUS技術(shù)也在不斷的發(fā)生著變化，例如FMS行規(guī)目前已經(jīng)不再使用，而DP和PA的應(yīng)用會越來越多，另外類似Motion Control with PROFIBUS 和PROFIsafe 等新的行規(guī)也都會隨著應(yīng)用而逐漸普及。但無論那種行規(guī)，涉及到的硬件和網(wǎng)絡(luò)形式基本都是一致的（PA除外）。因此

7、這里我們從最基本的網(wǎng)絡(luò)硬件著手，介紹PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)連接方式。2 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)硬件PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通訊介質(zhì)，PROFIBUS插頭，中繼器，診斷中繼器，OLM以及有源終端電阻等。2.1 PROFIBUS接口PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管腳定義為：  一般CPU或者CP板卡都采用該接口。該接口外部的金屬部分一般連接到CPU或者CP的內(nèi)部的“PE”。而當(dāng)CPU安裝在底板上時，其“PE”與底板是連通的，此時如果將安裝底板在電氣柜內(nèi)做接地處理，則該SUB-D接口的外部金屬

8、部分也是接地的。2.2 通訊介質(zhì)關(guān)于通訊介質(zhì)，在表1的OSI模型中已經(jīng)規(guī)定：PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質(zhì)。當(dāng)然，現(xiàn)在也有支持無線通訊的設(shè)備，但我們目前面對的主要還是有線介質(zhì)的用戶。 2.2.1 PROFIBUS 電纜PROFIBUS（類型1）介質(zhì)是一根屏蔽雙絞電纜，屏蔽可以提高電磁兼容（EMC）能力。類型1：NRZ位編碼與EIA RS-485信號結(jié)合，目的是降低總線耦合器成本，耦合器可以使站與總線之間電氣隔離或非電氣隔離；需要總線終端器，特別在較高數(shù)據(jù)傳輸速率（達到1500 k bits/s）時更需要。類型1規(guī)范描述平衡的總線傳輸，符合美國標(biāo)準(zhǔn)EIA R

9、S-485(EIA: 電氣工業(yè)協(xié)會；RS-485: 平衡的數(shù)字多點系統(tǒng)中使用的收/發(fā)器的電特性標(biāo)準(zhǔn))。在雙絞線兩端的終端器使得類型1的物理層支持高速數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速率93.75 kbits/s時，最大電纜長度為1.2km 。對1500 kbits/s的速度，最大長度減到70/200m(對B/A型電纜)。PROFIBUS電纜的特性阻抗應(yīng)在100到220之間，電纜電容（導(dǎo)體間）應(yīng)該60pF/m，導(dǎo)線截面積應(yīng)0.22mm2(24 AWG)。電纜選擇標(biāo)準(zhǔn)參見美國標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-485的附錄。兩類電纜的特性：電纜參數(shù)A型B型阻抗 135-165 (f=3到20MHz) 1

10、00-130 (f>100kHz)電容<30pF/m<60pF/m電阻110/Km-導(dǎo)線截面積0.34mm2 (22AWG)0.22mm2(24AWG)表2  電纜規(guī)格下面的表指出兩類電纜（A和B）對不同傳輸速度時的最大長度  波特率kbit/s9.693.75187.55001500300012000 A型電纜長度（m）12001000400200100 B型電纜長度（m）120060020070 表3  不同傳輸速度時的電纜長度標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS電纜為屏蔽雙絞電纜，其中數(shù)據(jù)線有兩根：A-綠色

11、和B-紅色，分別連接DP接口的管腳3（B）和8（A），電纜的外部包裹著編織網(wǎng)和鋁箔兩層屏蔽，最外面是紫色的外皮（圖1）。 圖1  標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS電纜 標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS電纜一般都是A類電纜。除了標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS電纜，還有許多其它特殊類型的電纜可以用于特定的環(huán)境：  圖2  各種類型的PROFIBUS電纜 為了方便將PROFIBUS的外皮以及屏蔽層按照固定的長度進行切除，減少剝線的時間和剝線過程中將電纜破壞或者造成短路的可能，西門子還提供了PROFIBUS快速剝線工具（訂貨號：6GK1 905-6AA00）（見圖

12、3）。 圖3  PROFIBUS快速剝線工具2.2.2光纖及接口光纖通訊具有很多優(yōu)點，比如傳輸距離遠，抗電磁干擾性好，且光纖尺寸小，重量輕，耐腐蝕性好，便于敷設(shè)等。當(dāng)然也有缺點：光纖彎曲半徑不能過小，光纖連接處及終端不容易處理等等。按光在光纖中的傳輸模式不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖（圖4）。 圖4  光纖的分類多模光纖：中心玻璃芯較粗(50或62.5m)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般

13、只有幾公里。單模光纖：中心玻璃芯教細(芯徑一般為9或10m)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊。在現(xiàn)場總線的規(guī)范中，定義了光纖可以做為現(xiàn)場總線的通訊介質(zhì)。西門子可以使用光纖的PROFIBUS設(shè)備有：帶光纖接口的CP板卡及模板（如CP5613 A2 FO， CP3425-FO等）， OLM和OBT。光纖主要涉及到選型的問題，因為通訊距離與光纖的類型有很大關(guān)系，而且并非所有的設(shè)備都能支持多種類型的光纖。因此需要注意設(shè)備與光纖以及接頭的選型。這可以通過OLM的選型來了解。 OLM接口及匹配光纖看如下表格：OLM/    

14、60;                                 P11      P12      G11      G1

15、2       G11-1300     G12-1300 接口-電氣                                   

16、   1           1            1           1              1  &#

17、160;                  1-光纖（BFOC）                     1           

18、2            1           2              1               

19、;      2可連光纖-塑料  (如：6XV1 821-0AT10)        980/100um                            80m   

20、;    80m        -            -             -               &

21、#160;   -PCF  (如：6XV1 861-2A)              200/230um                           400m &

22、#160;    400m      -            -             -                &#

23、160;  -石英玻璃     (如：6XV1 820-5BT30) 單模 (10/125um)                      -           -       

24、    -            -            15km            15km           

25、;                                                  

26、0;                       多模 (50/125um)                      -   &

27、#160;       -          3km       3km         10km            10km多模 (62.5/125um)   &#

28、160;               -           -          3km       3km         1

29、0km            10km 表4  OLM的接口及其光纖選型表中列出了塑料光纖、PCF光纖和玻璃光纖主要的應(yīng)用場合，與OLM相關(guān)的設(shè)備基本上都是BFOC接頭類型。光纖可以選擇預(yù)裝了接頭的（如購買時已經(jīng)安裝了BFOC接頭），但如果事先不知道距離，也可以選擇單獨購買光纖和接頭。但一般玻璃光纖的BFOC接頭都需要專業(yè)人士來安裝。除了OLM，其它的帶有光纖接口的設(shè)備包括：OBT / CP342-5 FO / IM467 FO / CP5613 FO / IM153-2 F

30、O，這些設(shè)備使用的光纖一般使用的是簡單接頭（Simplex plug），且有兩種光纖可以選擇：A塑料光纖 980/100um        50m   (如：6XV1 821-0AT10)       BPCF光纖200/230um       300m    (如：6XV1 861-2A)C接頭 Simplex plug :  

31、0;         6GK1 900-0KB00-0AC0 這里再總結(jié)一下兩種接頭的訂貨號： 玻璃光纖的BFOC connector ：           6GK1 901-0DA20-0AA0 塑料光纖的PCF Simplex plug ：    6GK1 900-0KB00-0AC0        &

32、#160;          BFOC plug ：              6GK1 900-0HB00-0AA0                      

33、0;                   圖5 Simplex plug                              

34、0;    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

35、議找專業(yè)的人員和設(shè)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(dāng)各站點通過插頭連接以及網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)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(shè)備，且在物理網(wǎng)段終端的站點應(yīng)該設(shè)置終端電阻防止浪涌保證通訊質(zhì)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(dāng)終端電阻設(shè)置為“On”時

36、，表示一個物理網(wǎng)段的終結(jié)，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(shè)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(shè)置為“Off”。（圖9） 圖9  PROFIBUS插頭的連接和設(shè)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(cè)的插頭），便于系統(tǒng)的診斷和維護。 2.2.4   &

37、#160;  終端電阻 PROFIBUS電纜的兩端應(yīng)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?qū)е滦盘柗瓷洌鹤杩共贿B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(zhì)進入另一種媒質(zhì)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

38、網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)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(luò)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(dāng)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(dǎo)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，則最大通訊距離會減少一半。因而，在一個物理網(wǎng)段中，應(yīng)該保證在網(wǎng)絡(luò)的兩個終端各有一個終端電阻，不能增加

39、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(luò)的通訊質(zhì)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(shè)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(shè)備出現(xiàn)問題，都不會影響網(wǎng)絡(luò)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備超過32個，或者波特率對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通訊距離已

40、經(jīng)超出規(guī)定范圍時，就應(yīng)該使用RS485中繼器來拓展網(wǎng)絡(luò)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(luò)中實際連接的硬件超過32個時，或者所對應(yīng)的波特率超過一定的距離時（表3），則需要增加相應(yīng)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(luò)中的中繼設(shè)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(shù)，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，最多可以串聯(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

41、0;使用RS485中繼器時，需要注意幾個問題：1） 安裝問題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；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(luò)必須是接在網(wǎng)段2上；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(luò)隔離。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(luò)沒有關(guān)系，不同的物理網(wǎng)段仍然可以屬于同一個PRO

42、FIBUS邏輯網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，RS485中繼器也是一個信號收發(fā)設(shè)備，占一個物理設(shè)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(yīng)于每個波特率的傳輸距離（表3）。2 ）終端電阻的設(shè)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(shè)置往往比較容易混淆。 中繼器做為終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓展 圖14  中繼器做為網(wǎng)絡(luò)終端站點 在這個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校欣^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(shè)備，因而在網(wǎng)段1中，應(yīng)該將PROFIBUS網(wǎng)線接在A1/B1

43、上，同時網(wǎng)段1的終端電阻設(shè)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(shè)置為“On”。在這種網(wǎng)絡(luò)中，上下兩個網(wǎng)段中，最多都還可以連接31個從站設(shè)備。中繼器在的兩個網(wǎng)段內(nèi)都做為中間設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓展  圖15  中繼器在的兩個網(wǎng)段內(nèi)都做為中間設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓展此時，中繼器的網(wǎng)段1和網(wǎng)段2都是網(wǎng)絡(luò)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(luò)的作用，還可以將不同的兩個物理

44、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(zhì)，通過光纖連接的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)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(shè)和抗電磁兼容的環(huán)境。支持PROFIBUS光纖通訊的設(shè)備有OLM和OBT。其中OLM是做為主干網(wǎng)設(shè)備使用的，針對不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，需要進行一定的撥碼參數(shù)的設(shè)

45、置；而OBT只是做為網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的轉(zhuǎn)換。1) OLM (Optical Link Module)OLM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般有以下幾種：l  點對點連接l  線性拓?fù)鋖  星形拓?fù)鋖  冗余光纖環(huán)網(wǎng)        圖 17  OLM V4 線性拓?fù)?#160;圖18 OLM的線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形拓?fù)?#160;圖19 OLM的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)   OLM的冗余環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖20 冗余環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在冗余環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有的OLM必須型號相同

46、，且DIP開關(guān)的設(shè)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(zhì)轉(zhuǎn)換的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)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(luò)中的使用 3 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)安裝規(guī)范了解了PROFIBUS的各個網(wǎng)絡(luò)器件，這里就PROFIBUS安裝的注意事項

47、進行介紹，同時會結(jié)合一些現(xiàn)場的實例加以說明。 3.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊?guī)則設(shè)計一條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，首先需要了解PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟?guī)則：    PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是RS485串口通訊，半雙工，支持光纖通訊；    每個網(wǎng)絡(luò)理論上最多可連接127個物理站點，其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備；    網(wǎng)絡(luò)的通訊波特率9.6kbps12Mbps，通訊波特率與通訊的距離具有一定的對應(yīng)關(guān)系（見表3）；    每個物理網(wǎng)段最多32個物理站點設(shè)備，物理網(wǎng)段兩終端都需要設(shè)置終端

48、電阻或使用有源終端電阻；    每個網(wǎng)段的通訊距離或者設(shè)備數(shù)如果超限，需要增加RS485中繼器進行網(wǎng)絡(luò)拓展，中繼器最多可串聯(lián)9個；    每個中繼設(shè)備（RS485中繼器、OLM）也做為網(wǎng)絡(luò)中的一個物理站點，但沒有站號；    網(wǎng)絡(luò)支持多主站，但在同一網(wǎng)絡(luò)中，不建議多于3個主站；    在Step7軟件中進行PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時，應(yīng)當(dāng)按照從小到大的順序設(shè)置從站站號，且應(yīng)該連續(xù)；    一般0是PG的地址，12為主站地址，126為某些從站默認(rèn)的

49、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從站最多可連接124個，站號設(shè)置一般為 3125。    如果網(wǎng)絡(luò)中涉及到分支電纜，則應(yīng)注意分支電纜的長度應(yīng)當(dāng)嚴(yán)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）。波特率kbit/s9.697.75187.55001500 分支電纜長度（m）50010033206.6     表5  波特率與分支電纜的長度對應(yīng)表     用戶如果使用了西門子的SIMOCO

50、DE 3UF7等產(chǎn)品時，就會涉及到網(wǎng)絡(luò)中存在分支電纜的問題。為了保證每個網(wǎng)段的分支電纜不超過規(guī)定長度，一般可以在每個抽屜柜內(nèi)設(shè)計一個中繼器，進行物理網(wǎng)段的分割，同時還可以起到隔離干擾的作用。 在進行PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接之前，首先應(yīng)當(dāng)考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計是否有問題。如果拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有問題，將來網(wǎng)絡(luò)通訊很可能出現(xiàn)問題。另外，從波特率與距離的對應(yīng)關(guān)系中可以看到，波特率越高，則對應(yīng)的通訊距離越近，因而如果現(xiàn)場遇到PROFIBUS的通訊有通訊不上或者通訊不穩(wěn)定的情況，也可以考慮先將波特率降低，再進行觀察處理。3.2  PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)安裝的規(guī)則3.2.1 網(wǎng)絡(luò)布線的規(guī)則選擇標(biāo)準(zhǔn)PR

51、OFIBUS通訊電纜標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS通訊電纜的特性阻抗為150歐姆，這與PB頭的終端電阻設(shè)置為“ON”時的終端電阻值剛好匹配，如果選擇普通的電纜，其特性阻抗與終端電阻很可能不匹配，則通訊性能將會受到影響；標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS電纜往往是雙層屏蔽的，屏蔽效果比較好。另外，標(biāo)準(zhǔn)通訊電纜是雙絞的，因而對于信號在電纜內(nèi)傳輸時自身產(chǎn)生的干擾也能夠起到自我抑制的作用。 屏蔽層多點接地PROFIBUS電纜在插頭內(nèi)接線時，須將屏蔽層剝開，壓在插頭內(nèi)的金屬部分，該金屬部分與當(dāng)Sub-D插頭外部的金屬部分相連，當(dāng)將插頭插在CPU或者ET200M等設(shè)備的DP口上時，則通過設(shè)備連接到了安裝底板，而安裝底

52、板一般是連接在柜殼上并接地的，從而實現(xiàn)了屏蔽層的接地。  圖23  PROFIBUS 插頭內(nèi)部接線即屏蔽層的處理 由于接地有利于保護PLC設(shè)備以及DP通訊口，因此對于所有的PROFIBUS站點都要求進行接地處理，即“多點接地”。布線規(guī)則A、不同電壓等級的電纜分線槽布線高電壓，大電流的動力電纜，與小電壓和小電流的電纜應(yīng)該是分線槽布線，同時線槽應(yīng)蓋上蓋板，盡量全封閉；如果現(xiàn)場無法分線槽布線，則將兩類電纜盡量遠離，中間加金屬隔板進行隔離，同時金屬線槽要做接地處理（圖24）。       &#

53、160;                    圖24  電纜槽架以及電纜在線槽內(nèi)的處理 圖25 現(xiàn)場布線電纜槽架之間也的連接應(yīng)該保證用金屬連接部件大面積連接處理，同時注意“接地”的連接。 圖26 電纜橋架之間的連接以及接地處理 B、通訊電纜單獨在線槽外布線時，可根據(jù)情況采用穿金屬管的方式，這樣既可以保護通訊電纜不被損壞，對于防止EMC的干擾也有好處，但注意外部的金屬

54、管需要接地（圖25）； 圖27 現(xiàn)場的通訊電纜 圖26中的電纜通訊直接暴露在外面，很容易被壓斷，類似情況可考慮局部或者全部穿管。C、通訊電纜與動力電纜避免長距離平行布線由于平行布線的兩根電纜之間需要考慮空間電容耦合，因此為了避免相互之間的影響，應(yīng)避免平行布線（圖27）。  圖28  通訊電纜在線槽內(nèi)與動力電纜平行走線 在圖27中，通訊電纜不僅沒有滿足A或 B兩條原則，反而與比較大的動力電纜平行布線，這會導(dǎo)致該電纜比較容易受到動力電纜的干擾。 可以交叉布線：  兩根交叉布線的電纜相互之間不會因為容性耦合而產(chǎn)

55、生干擾。D、盡量將電纜貼近大面積的金屬板（圖29） 圖29  通訊電纜貼近金屬板通訊電纜應(yīng)與大面積的金屬板或“地平面”貼近。 E、通訊電纜過長時，不要形成環(huán)狀（圖30）  圖30 通訊電纜形成環(huán)此時如果有磁力線從環(huán)中間穿過時，根據(jù)“右手定律”，容易產(chǎn)生干擾信號。在圖30中，盡管背板是比較大的金屬板，但由于項目已經(jīng)完成，因而不存在電纜長度變化的可能，因此還是建議用戶將過長的電纜剪短，放入柜內(nèi)的電纜槽內(nèi)。 F、通訊線連接的設(shè)備應(yīng)做等電勢連接PROFIBUS 連接的站點可能分布較廣，為了保證通訊的質(zhì)量，一般要求所有通訊站點都應(yīng)該處于同一個電

56、壓等級上，即應(yīng)當(dāng)都是“等電勢”的（圖31）。 圖31 通訊站點之間應(yīng)做“等電勢”處理如果兩個站點的“地”之間不等電勢，則當(dāng)兩個設(shè)備分別各自接地時，將會在兩個接地點之間產(chǎn)生電勢差，此時電流會流過通訊電纜的屏蔽層，從而對通訊產(chǎn)生影響。因此應(yīng)該在兩個設(shè)備之間進行等電勢的綁定。可以用等勢線將兩個設(shè)備的“地”進行連接，等勢線的規(guī)格為：銅 6mm2 ，鋁 16mm2，鋼 50mm2 。當(dāng)然，這里不是要求所有的現(xiàn)場都需要增加額外的等勢線而增加成本，只是建議在出現(xiàn)接地點電勢不相等的情況時，如果影響到通訊，或者可能造成設(shè)備損壞，則應(yīng)當(dāng)想辦法加以改進。如果由于接地點本身的原因造成了通訊不穩(wěn)定，比如某個系

57、統(tǒng)的“地”本身存在著很強的干擾，則在此處將屏蔽層接地反而會對PROFIBUS通訊造成影響，因而此時應(yīng)該考慮首先處理好“地”，然后再將PROFIBUS屏蔽層接地。為現(xiàn)場設(shè)備提供一個良好的“地”以及進行正確的“接地”是提高EMC特性的前提（圖32）。 圖32  系統(tǒng)進行良好的接地設(shè)計和實施 G、通訊線在電柜內(nèi)的布線通訊電纜在電柜內(nèi)布線時，也應(yīng)該遵循之前的原則，即遠離干擾源。在柜內(nèi)的走線應(yīng)當(dāng)進行精心的設(shè)計，盡量避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內(nèi)走線（圖33），同時，不要在柜內(nèi)形成“環(huán)”，特別時避免將變頻器等干擾源包圍在“環(huán)”內(nèi)。   &

58、#160;                                                 &

59、#160;                     圖 33 通訊電纜與動力電纜在電柜內(nèi)的受干擾情況3.2.2  通訊電纜的屏蔽層在電柜內(nèi)的處理1) 首先是PROFIBUS插頭，除了之前介紹的，需要將屏蔽層壓在插頭的金屬部分外，還需要注意屏蔽層不要剝開的太長，否則會暴露在空間，成為容易受干擾的“天線”（圖34）。 圖34 屏蔽層暴露在空間容易接收干擾 2) 通訊電纜的

60、屏蔽層在進/出電氣柜時，都應(yīng)該進行屏蔽層接地處理屏蔽層應(yīng)該保證與接地銅排進行大面積的接觸（圖35）。 圖35  屏蔽層的接地 通訊電纜在進/出電柜時，都應(yīng)該將電纜的屏蔽層進行接地處理。這樣避免外部的干擾信號進入電柜，同時也避免柜內(nèi)產(chǎn)生的干擾對外部設(shè)備造成影響（圖36）。 圖36 屏蔽層在柜內(nèi)進行接地處理 如果通訊電纜在柜內(nèi)需要經(jīng)過端子進行連接，則屏蔽層最好在端子排的兩側(cè)分別進行連接（圖37）。 圖37  通訊電纜通過端子連接時的屏蔽層處理而此時應(yīng)當(dāng)避免的做法是將屏蔽層剝開，擰成一根連接到端子（圖38），這種方式在EMC領(lǐng)域有個名稱叫做“豬尾巴”。 圖38 屏蔽電纜接頭處的“豬尾巴效應(yīng)”在現(xiàn)場的連接中，如果將屏蔽層剝開過長，則通訊電纜將有很長一段沒有被屏蔽層“保護”，而屏蔽層擰成一根后將形成天線，更容易將干擾引入系統(tǒng)（圖39）。  圖39 屏蔽電纜的“豬尾巴”連接 3.2.3  過壓保護如果使用場合存在過壓的危險，請在柜外采用直埋電纜，同時在柜內(nèi)、柜外的電纜上采用過壓保護裝置（圖40）。如果存在雷擊，請參照防雷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行防雷的設(shè)計。 圖40 過壓保護裝置 3.2.4&#