西門子PROFIBUS紫色總線電纜接頭

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上海晉營自動化科技有限公司
 
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表中列出了塑料光纖、PCF光纖和玻璃光纖主要的應用場合，與OLM相關的設備基本上都是BFOC接頭類型。

光纖可以選擇預裝了接頭的（如購買時已經安裝了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接頭都需要專業人士來安裝。

除了OLM，其它的帶有光纖接口的設備包括：OBT / CP342-5 FO / IM467 FO / CP5613 FO / IM153-2 FO，這些設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)       

B．PCF光纖200/230um       300m    (如：6XV1 861-2A)

C．接頭 Simplex plug :            6GK1 900-0KB00-0AC0

這里再總結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

                                   BFOC plug ：              6GK1 900-0HB00-0AA0

                          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的人員和設備來熔接。

②屏蔽層多點接地  電 話：（同號）

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。

圖23  PROFIBUS 插頭內部接線即屏蔽層的處理

由于接地有利于保護PLC設備以及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”。

③布線規則

1. 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該是分線槽布線，同時線槽應蓋上蓋板，盡量全封閉；如果現場無法分線槽布線，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）。

圖24  電纜槽架以及電纜在線槽內的處理

圖25 現場布線

電纜槽架之間也的連接應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

西門子PROFIBUS紫色總線電纜接頭

1. 通訊電纜單獨在線槽外布線時，可根據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，但注意外部的金屬管需要接地（圖25）；

圖27 現場的通訊電纜

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。

1. 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，應避免平行布線（圖27）。

圖28  通訊電纜在線槽內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生干擾。

1. 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

通訊電纜應與大面積的金屬板或“地平面”貼近。

1. 通訊電纜過長時，不要形成環狀（圖30）

圖30 通訊電纜形成環

此時如果有磁力線從環中間穿過時，根據“右手定律”，容易產生干擾信號。

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，放入柜內的電纜槽內。

1. 通訊線連接的設備應做等電勢連接

PROFIBUS 連接的站點可能分布較廣，為了保證通訊的質量，一般要求所有通訊站點都應該處于同一個電壓等級上，即應當都是“等電勢”的（圖31）。

圖31 通訊站點之間應做“等電勢”處理

如果兩個站點的“地”之間不等電勢，則當兩個設備分別各自接地時，將會在兩個接地點之間產生電勢差，此時電流會流過通訊電纜的屏蔽層，從而對通訊產生影響。因此應該在兩個設備之間進行等電勢的綁定。

可以用等勢線將兩個設備的“地”進行連接，等勢線的規格為：銅 6mm² ，鋁 16mm²，鋼 50mm² 。

當然，這里不是要求所有的現場都需要增加額外的等勢線而增加成本，只是建議在出現接地點電勢不相等的情況時，如果影響到通訊，或者可能造成設備損壞，則應當想辦法加以改進。

如果由于接地點本身的原因造成了通訊不穩定，比如某個系統的“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，因而此時應該考慮首先處理好“地”，然后再將PROFIBUS屏蔽層接地。

為現場設備提供一個良好的“地”以及進行正確的“接地”是提高EMC特性的前提（圖32）。

圖32  系統進行良好的接地設計和實施

1. 通訊線在電柜內的布線

通訊電纜在電柜內布線時，也應該遵循之前的原則，即遠離干擾源。

在柜內的走線應當進行精心的設計，盡量避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內走線（圖33），同時，不要在柜內形成“環”，特別時避免將變頻器等干擾源包圍在“環”內。

圖 33 通訊電纜與動力電纜在電柜內的受干擾情況

3.2.2  通訊電纜的屏蔽層在電柜內的處理

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) 通訊電纜的屏蔽層在進/出電氣柜時，都應該進行屏蔽層接地處理

屏蔽層應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，同時也避免柜內產生的干擾對外部設備造成影響（圖36）。

圖36 屏蔽層在柜內進行接地處理

如果通訊電纜在柜內需要經過端子進行連接，則屏蔽層在端子排的兩側分別進行連接（圖37）。

圖37  通訊電纜通過端子連接時的屏蔽層處理

而此時應當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”

在現場的連接中，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（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、柜外的電纜上采用過壓保護裝置（圖40）。

如果存在雷擊，請參照防雷設計標準進行防雷的設計。

圖40 過壓保護裝置

3.2.4  減小變頻器等干擾源設備對通訊的影響

變頻器等比較大功率的設備除了通過干擾電源、通過空間輻射干擾影響設備正常運行外，隨著變頻器等設備具有PROFIBUS通訊的能力，這些設備產生的干擾也有可能直接進入通訊系統，因而應該對變頻器進行EMC的處理。

首先是變頻器的安裝。在電柜內，盡量用鍍鋅底板替代噴漆底板做為安裝背板（圖41），以改善EMC特性。

圖41  使用鍍鋅安裝底板代替噴漆底板

變頻器的出線，都應該進行相應的EMC處理，比如采用通訊電纜采用屏蔽電纜接地，動力電纜采用屏蔽電纜接地或者采用鐵氧體磁環進行濾波處理等（圖42）。

圖42  對變頻器的電纜進行規范的EMC處理

4 PROFIBUS診斷的常用工具

PROFIBUS是一種抗干擾性比較強的現場總線，但不時還會發生一些故障。在處理故障的過程中我們發現，造成PROFIBUS通訊出現故障的原因，80％都是zui簡單的原因，比如：現場沒有接地處理、布線時與動力電纜沒有分開等等；因此為了避免PROFIBUS網絡后期運行時出現故障，首先應該注意按照PROFIBUS的規范進行網絡設計，同時嚴格遵守安裝規范的要求進行現場施工。

除此之外，現場診斷一般會使用到BT200和示波器等設備。BT200是西門子的提供的PROFIBUS網絡診斷設備，可以進行網絡距離檢測，網絡連接的質量的檢查（比如斷線、短路等等），常用于項目現場施工布線階段；

圖43  BT200

而示波器常常用于檢測PROFIBUS通訊的波形，一般用于項目投產運行后進行網絡通訊信號質量的檢測。

圖43  示波器顯示PROFIBUS信號受到干擾時的波形

另外，STEP7等編程工具也可以做為網絡診斷的一種工具。在STEP7軟件中，提供了“在線診斷”的功能，可以實時的對PROFIBUS網絡進行zui直接的診斷。比如：哪些從站出現故障，可在STEP7的診斷緩沖區中直接得到故障信息，因此一般用于項目調試過程中以及項目運行過程中的網絡診斷。

圖44  Step7在線診斷功能

另外STEP7還提供了一些PROFIBUS的診斷功能塊，比如FB125/FC125等，方便用戶通過編程的方式在程序運行中診斷PROFIBUS網絡中出現的故障，同時可將故障信息直接顯示在上位機畫面上。

軟件的診斷方式都支持到通道級的診斷。

5 結束語      

PROFIBUS總線的應用場合非常多，應用環境也各不相同，但只要嚴格按照PROFIBUS的規范進行網絡拓撲的設計、遵守布線規則、處理好系統的“地”與“接地”等，將在很大程度上避免總線網絡使用中出現的各種問題。因此，希望廣大的用戶在閱讀本文的基礎上，能夠繼續參照PROFIBUS的安裝和使用手冊來正確的應用PROFIBUS現場總線，保證PROFIBUS總線網絡和整個自動化項目的正常運行。