西門子PROFIBUS通訊總線電纜接頭

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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線連接到網絡上時，根據RS485串口通訊的規范，每個物理網段支持32個物理設備，且在物理網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，表示一個物理網段的終結，因此連接在出線端口“Out”后面的網段的信號也將被中斷。因此，在每個物理網段兩個終端站點上的插頭，需要將網線連接在進線口“In”，同時將終端電阻設置為“On”，而位于網段中間的站點，需要依次將網線連接在進線口“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：阻抗不連續和阻抗不匹配。

  阻抗不連續：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。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據收發器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現在通訊線路處在空閑方式時，整個網絡數據混亂。

  在EIA RS-485中規定的端接電阻Rt是以下拉電阻Rd（與數據地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

  在一個物理網段中，但是如果終端和總線電纜阻抗不匹配，則通訊距離會減少一半。

  因而，在一個物理網段中，應該保證在網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線與終端電阻將會出現不匹配的問題。這就意味著，如果終端站點出現問題，則有可能會影響到整個網絡的通訊質量，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，安裝在網段的兩端，保證網段內任何一個設備出現問題，都不會影響網絡的電阻匹配的問題。

  2.2.4      RS485中繼器

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

  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段的擴展。

  由于RS485中繼器本身將造成數據的延時，因而一般情況下，網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增加到9個，即在一條物理網線上，zui多可以串聯9個西門子的RS485中繼器（圖10）。這樣，網段的擴展距離將大大增加。

   

  圖13 RS485中繼器

  西門子PROFIBUS通訊總線電纜接頭

  使用RS485中繼器時，需要注意幾個問題：

  1） 安裝問題   電 話：（同號）

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

  l  信號放大是在網段1和網段2之間實現的，同一網段內信號不能放大；因而需要進行距離擴展的網絡必須是接在網段2上；

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

  l  這兩個網段是都是指物理網段，與STEP7硬件組態中所組態的PROFIBUS網絡沒有關系，不同的物理網段仍然可以屬于同一個PROFIBUS邏輯網絡。

  l  在網絡拓撲中，RS485中繼器也是一個信號收發設備，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，每個網段所連接的從站數是小于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絡拓展

   

  圖14  中繼器做為網絡終端站點

   

  在這個網絡拓撲中，中繼器連接了網段1和網段2，由于中繼器內部是隔離的，因而做為網段1來講，中繼器就是該網段的一個終端設備，因而在網段1中，應該將PROFIBUS網線接在A1/B1上，同時網段1的終端電阻設置為“On”；而網段2與網段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”。

  在這種網絡中，上下兩個網段中，zui多都還可以連接31個從站設備。

  ②中繼器在的兩個網段內都做為中間設備的網絡拓展

   

   

  圖15  中繼器在的兩個網段內都做為中間設備的網絡拓展

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

   

  3 ）隔離網段

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

   

  圖16 隔離2個網段

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

  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網絡具有網絡距離遠的特點，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境。

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

  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  冗余光纖環網       

   

  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的冗余環網拓撲結構

   

  圖20 冗余環網的拓撲結構

  在冗余環網的拓撲結構中，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絡中使用，不具有OLM的組網能力，一般只能使用塑料光纖（50米）和PCF光纖（300米）。

   

  圖22 OBT在網絡中的使用

  3 PROFIBUS 網絡安裝規范

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

   

  3.1網絡拓撲的規則

  設計一條PROFIBUS網絡，首先需要了解PROFIBUS網絡的拓撲規則：

  ①    PROFIBUS網絡是RS485串口通訊，半雙工，支持光纖通訊；

  ②    每個網絡理論上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    每個物理網段zui多32個物理站點設備，物理網段兩終端都需要設置終端電阻或使用有源終端電阻；

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

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

  ⑦    網絡支持多主站，但在同一網絡中，不建議多于3個主站；

  ⑧    在Step7軟件中進行PROFIBUS網絡組態時，應當按照從小到大的順序設置從站站號，且應該連續；

  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的協議規定，比如：波特率1.5Mbps時，網段中分支電纜總長度6.6米（表5）。

  用戶如果使用了西門子的SIMOCODE 3UF7等產品時，就會涉及到網絡中存在分支電纜的問題。為了保證每個網段的分支電纜不超過規定長度，一般可以在每個抽屜柜內設計一個中繼器，進行物理網段的分割，同時還可以起到隔離干擾的作用。?     表5  波特率與分支電纜的長度對應表

  在進行PROFIBUS網絡連接之前，首先應當考慮拓撲結構的設計是否有問題。如果拓撲結構有問題，將來網絡通訊很可能出現問題。

  另外，從波特率與距離的對應關系中可以看到，波特率越高，則對應的通訊距離越近，因而如果現場遇到PROFIBUS的通訊有通訊不上或者通訊不穩定的情況，也可以考慮先將波特率降低，再進行觀察處理。

  3.2  PROFIBUS網絡安裝的規則

  3.2.1 網絡布線的規則

  ①選擇標準PROFIBUS通訊電纜

  標準PROFIBUS通訊電纜的特性阻抗為150歐姆，這與PB頭的終端電阻設置為“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；

  標準的PROFIBUS電纜往往是雙層屏蔽的，屏蔽效果比較好。另外，標準通訊電纜是雙絞的，因而對于信號在電纜內傳輸時自身產生的干擾也能夠起到自我抑制的作用。

  ②屏蔽層多點接地

  PROFIBUS電纜在插頭內接線時，須將屏蔽層剝開，壓在插頭內的金屬部分，該金屬部分與當Sub-D插頭外部的金屬部分相連，當將插頭插在CPU或者ET200M等設備的DP口上時，則通過設備連接到了安裝底板，而安裝底板一般是連接在柜殼上并接地的，從而實現了屏蔽層的接地。

   

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  6GK5 112-2BB00-2AA3  西門子X112-2(12個RJ45口，2個BFOC)
  6GK5 116-0BA00-2AA3  西門子X116(16個RJ45口)(星型連接）
  6GK5 124-0BA00-2AA3  西門子X124(24個RJ45口)(星型連接）
  西門子SCALANCE X200網管型交換機    
  6GK5 204-2BB00-2AA3  西門子X204-2(四個RJ45口，兩個BFOC，PROFINET)
  6GK5 206-1BB10-2AA3  西門子X206-1(六個RJ45口，一個BFOC，PROFINET)
  6GK5 208-0BA10-2AA3  西門子X208(八個RJ45口,PROFINET）
  6GK5 208-0HA00-2AA6  西門子X208PRO （八個RJ45口，防護等級：IP65）
  6GK5 216-0BA00-2AA3  西門子X216(16個RJ45口,PROFINET）
  6GK5 224-0BA00-2AA3  西門子X224(24個RJ45口,PROFINET）
  6GK5 204-0BA00-2BA3  西門子X204IRT （四個RJ45口）
  6GK5 202-2BB00-2BA3  西門子X202-2IRT （二個RJ45口，兩個BFOC）

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