西門子PROFIBUS通信總線

西門子DP電纜,西門子DP總線電纜，西門子DP網(wǎng)絡(luò)電纜,,PROFIBUS軟芯電纜 西門子屏蔽總線

西門子現(xiàn)場(chǎng)總線，西門子通信電纜，西門子DP總線，西門子PROFIBUS通訊電纜
訂貨號(hào)：6XV1830-0EH10
SIMATIC NET, PROFIBUS 快速標(biāo)準(zhǔn)電纜 GP, 2 芯, 屏蔽, 為快速安裝而特殊設(shè)計(jì)，長度: 1000m,***小訂購數(shù)量: 20m, 按米銷售采用實(shí)心裸銅線導(dǎo)體作芯線，加厚鋁箔和加密裸金屬絲編織層，屏蔽效果好，紫色PVC外護(hù)套。具有良好的信號(hào)傳輸性能。 

上海晉營自動(dòng)化科技有限公司

 
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西門子電纜介紹：
屏蔽的雙絞電纜，圓形截面
所有 PROFIBUS 總線電纜的特點(diǎn)：
因?yàn)殡p屏蔽作用，這些電纜特別適合用于易受電磁干擾的工業(yè)環(huán)境中。 
通過總線電纜外皮和總線端子上的接地端子，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)范圍內(nèi)的接地方案。 
印有以米表示的標(biāo)記 
電纜類型全新的快速連接（FC）總線電纜為徑向?qū)ΨQ設(shè)計(jì)，可使用剝線工具。以此，可以快速、簡便地安裝總線接頭。
PROFIBUS FC 標(biāo)準(zhǔn)電纜GP:
標(biāo)準(zhǔn)總線電纜專門為快速安裝而設(shè)計(jì)的 
PROFIBUS FC 標(biāo)準(zhǔn)電纜 IS GP：
具有特殊設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)總線電纜，用于快速安裝本質(zhì)安全分布式 I/O 系統(tǒng) 
PROFIBUS FC 快速連接高強(qiáng)度電纜：
專門設(shè)計(jì)用于腐蝕環(huán)境和苛刻機(jī)械負(fù)荷條件 
PROFIBUS FC 食用電纜：
該種電纜使用 PE 外套材料，因此適用于食品和煙草行業(yè)。 
PROFIBUS FC 接地電纜：
于地下敷設(shè)。它不同于裝備有附加外套的 PROFIBUS 總線電纜 
PROFIBUS FC軟電纜
柔性（絞合導(dǎo)線）、無鹵素總線電纜，帶聚氨酯護(hù)套，可偶然移動(dòng) 
PROFIBUS FC 拖纜:
于在拖纜中強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)控制的總線電纜，例如在連續(xù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器部件中（絞合導(dǎo)線） 
PROFIBUS FC FRNC 電纜：
雙芯屏蔽，阻燃設(shè)計(jì)，無鹵總線電纜，有一個(gè)共聚物外殼 FRNC（阻燃無腐蝕） 
不采用快速連接技術(shù)的總線電纜（取決于結(jié)構(gòu)類型）

• 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，zui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

     電 話：（同號(hào)）

  為了方便將PROFIBUS的外皮以及屏蔽層按照固定的長度進(jìn)行切除，減少剝線的時(shí)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(hào)：6GK1 905-6AA00）（見圖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(diǎn)，比如傳輸距離遠(yuǎn)，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(diǎn)：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62.5μm)，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(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。

  單模光纖：中心玻璃芯教細(xì)(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊。

  在現(xiàn)場(chǎng)總線的規(guī)范中，定義了光纖可以做為現(xiàn)場(chǎng)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?yàn)橥ㄓ嵕嚯x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。

• 西門子PROFIBUS通信總線?

  OLM接口及匹配光纖看如下表格：

  OLM/                                      P11      P12      G11      G12       G11-1300     G12-1300

  接口 --電氣                                      1           1            1           1              1                     1 --光纖（BFOC）                     1           2            1           2              1                     2

  可連光纖 --塑料  (如：6XV1 821-0AT10)        980/100um                            80m       80m        --            --             --                   -- --PCF  (如：6XV1 861-2A)              200/230um                           400m      400m      --            --             --                   -- --石英玻璃     (如：6XV1 820-5BT30) 單模 (10/125um)                      --           --           --            --            15km            15km                                                                                      多模 (50/125um)                      --           --          3km       3km         10km            10km 多模 (62.5/125um)                   --           --          3km       3km         10km            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(chǎng)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(shí)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(dú)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 FO，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)       

  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(jié)一下兩種接頭的訂貨號(hào)：

                         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(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(diǎn)（圖8）。

   

  圖8  PROFIBUS插頭的使用

  在PROFIBUS插頭上，有一個(gè)進(jìn)線孔（In）和一個(gè)出線孔（Out），分別連接至前一個(gè)站和后一個(gè)站。

  當(dāng)各站點(diǎn)通過插頭連接以及網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，根據(jù)RS485串口通訊的規(guī)范，每個(gè)物理網(wǎng)段支持32個(gè)物理設(shè)備，且在物理網(wǎng)段終端的站點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置終端電阻防止浪涌保證通訊質(zhì)量。而每個(gè)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(shí)，表示一個(gè)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(hào)也將被中斷。因此，在每個(gè)物理網(wǎng)段兩個(gè)終端站點(diǎn)上的插頭，需要將網(wǎng)線連接在進(jìn)線口“In”，同時(shí)將終端電阻設(shè)置為“On”，而位于網(wǎng)段中間的站點(diǎn)，需要依次將網(wǎng)線連接在進(jìn)線口“In”和出線口“Out”，同時(shí)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(gè)網(wǎng)段的兩個(gè)終端站點(diǎn)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(hù)。

  2.2.4      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(hào)反射在通信過程中，有兩種原因?qū)е滦盘?hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。

  阻抗不連續(xù)：信號(hào)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(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)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(gè)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(hào)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(gè)同樣大小的終端電阻（圖10）。

   

  圖10 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備連接和終端電阻

   引起信號(hào)反射的另一個(gè)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(shí)，整個(gè)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(bǔ)充。當(dāng)沒有站進(jìn)行傳輸（即空閑時(shí)間）時(shí)，這個(gè)補(bǔ)充迫使不同的狀態(tài)電壓（即導(dǎo)體間的電壓）趨于一個(gè)確定值（圖11）。

   

  圖11  終端電阻的組成

  在一個(gè)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(huì)減少一半。

  因而，在一個(gè)物理網(wǎng)段中，應(yīng)該保證在網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)終端各有一個(gè)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(huì)出現(xiàn)不匹配的問題。這就意味著，如果終端站點(diǎn)出現(xiàn)問題，則有可能會(huì)影響到整個(gè)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(dú)供電，安裝在網(wǎng)段的兩端，保證網(wǎng)段內(nèi)任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題，都不會(huì)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(gè)，或者波特率對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通訊距離已經(jīng)超出規(guī)定范圍時(shí)，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(shí)際連接的硬件超過32個(gè)時(shí)，或者所對(duì)應(yīng)的波特率超過一定的距離時(shí)（表3），則需要增加相應(yīng)的RS485中繼器來進(jìn)行物理網(wǎng)段的擴(kuò)展。

  由于RS485中繼器本身將造成數(shù)據(jù)的延時(shí)，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(gè)，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(gè)數(shù)增加到9個(gè)，即在一條物理網(wǎng)線上，zui多可以串聯(lián)9個(gè)西門子的RS485中繼器（圖10）。這樣，網(wǎng)段的擴(kuò)展距離將大大增加。

   

  圖13 RS485中繼器

   

  使用RS485中繼器時(shí)，需要注意幾個(gè)問題：

  1） 安裝問題

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

  l  信號(hào)放大是在網(wǎng)段1和網(wǎng)段2之間實(shí)現(xiàn)的，同一網(wǎng)段內(nèi)信號(hào)不能放大；因而需要進(jìn)行距離擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)必須是接在網(wǎng)段2上；

  l  兩個(gè)網(wǎng)段之間是物理隔離的，因而RS485中繼器除了擴(kuò)展網(wǎng)段外，還有一個(gè)作用就是可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離。

  l  這兩個(gè)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(gè)PROFIBUS邏輯網(wǎng)絡(luò)。

  l  在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校琑S485中繼器也是一個(gè)信號(hào)收發(fā)設(shè)備，占一個(gè)物理設(shè)備的位置，但不需要分配站號(hào)，因而注意在物理連接站點(diǎn)時(shí)，每個(gè)網(wǎng)段所連接的從站數(shù)是小于32的。擴(kuò)展的距離則對(duì)應(yīng)于每個(gè)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(gè)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。

  ① 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(diǎn)

   

  在這個(gè)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(gè)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上，同時(shí)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(shí)終端電阻設(shè)置為“On”。

  在這種網(wǎng)絡(luò)中，上下兩個(gè)網(wǎng)段中，zui多都還可以連接31個(gè)從站設(shè)備。

  ②中繼器在的兩個(gè)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(gè)網(wǎng)段內(nèi)都做為中間設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓展

  此時(shí)，中繼器的網(wǎng)段1和網(wǎng)段2都是網(wǎng)絡(luò)中間的一個(gè)站點(diǎn)，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(gè)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(hào)放大、擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的作用，還可以將不同的兩個(gè)物理網(wǎng)段進(jìn)行電氣隔離，從而避免兩個(gè)網(wǎng)段之間的EMC干擾。

   

  圖16 隔離2個(gè)網(wǎng)段

  由于網(wǎng)段之間是隔離的，因而如果 斷開PE端時(shí)，可以將兩個(gè)網(wǎng)段分別按照接地和不接地的兩個(gè)網(wǎng)段進(jìn)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(yuǎn)的特點(diǎn)，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(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌枰M(jìn)行一定的撥碼參數(shù)的設(shè)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接

  l  線性拓?fù)?/strong>

  l  星形拓?fù)?/strong>

  l  冗余光纖環(huán)網(wǎng)       

   

  圖 17  OLM V4

  ① 線性拓?fù)?/strong>

   

  圖18 OLM的線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

  ②星形拓?fù)?/strong>

   

  圖19 OLM的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

   

   

   

  ③OLM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(hào)相同，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(qǐng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)器件，這里就PROFIBUS安裝的注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹，同時(shí)會(huì)結(jié)合一些現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)例加以說明。

   

  3.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊?guī)則

  設(shè)計(jì)一條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，首先需要了解PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟?guī)則：

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

  ②    每個(gè)網(wǎng)絡(luò)理論上zui多可連接127個(gè)物理站點(diǎn)，其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備；

  ③    網(wǎng)絡(luò)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(duì)應(yīng)關(guān)系（見表3）；

  ④    每個(gè)物理網(wǎng)段zui多32個(gè)物理站點(diǎn)設(shè)備，物理網(wǎng)段兩終端都需要設(shè)置終端電阻或使用有源終端電阻；

  ⑤    每個(gè)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓展，中繼器zui多可串聯(lián)9個(gè)；

  ⑥    每個(gè)中繼設(shè)備（RS485中繼器、OLM）也做為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)物理站點(diǎn)，但沒有站號(hào)；

  ⑦    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(gè)主站；

  ⑧    在Step7軟件中進(jìn)行PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照從小到大的順序設(shè)置從站站號(hào)，且應(yīng)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(rèn)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(gè)，站號(hào)設(shè)置一般為 3~125。

  ⑩    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(shí)，網(wǎng)段中分支電纜總長度6.6米（表5）。