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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(jù)RS485串口通訊的規(guī)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(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(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(xiàn)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(guī)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(guī)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(shù)據(jù)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(shù)增加到9個,即在一條物理網線上,zui多可以串聯(lián)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
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(xiàn)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(tài)中所組態(tài)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(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(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(shù)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(huán)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(huán)網拓撲結構
圖20 冗余環(huán)網的拓撲結構
在冗余環(huán)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
共四款總線連接器
1、垂直出線 無編程口
2、垂直出線 帶編程口
3、35度出線 無編程口
4、35度出線 帶編程口
為了構建 PROFIBUS DP 網絡,提供有不同類型的電纜,可滿足不同類型應用的要求。一般地,應該使用所列出的電纜。有關網絡組態(tài)的詳細信息,請參見 PROFIBUS 網絡手冊。
UL 認證
用于網絡電纜的 UL 列表(安全標準)對于美國和加拿大市場尤為必需。根據(jù)電纜敷設在建筑物中位置來決定適當?shù)恼J證要求。這適用所有電纜,這些電纜從一個機器敷設到一遠程控制柜,位于電纜架上并保護著建筑物。通過 UL 認證的電纜在其名稱后面附加字母“GP”(通用)。
Ex認證
用于本質安全 PROFIBUS DP 應用的電纜在其名稱后面附加字母“IS”(本質安全)
屏蔽的雙絞電纜,圓形截面
所有 PROFIBUS 總線電纜的特點:
因為雙屏蔽作用,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,能實現(xiàn)系統(tǒng)范圍內的接地方案。
印有以米表示的標記
電纜類型
全新的快速連接(FC)總線電纜為徑向對稱設計,可使用剝線工具。以此,可以快速、簡便地安裝總線接頭。
PROFIBUS FC 標準電纜GP:
標準總線電纜專門為快速安裝而設計的PROFIBUS FC 標準電纜 IS GP:
具有特殊設計的標準總線電纜,用于快速安裝本質安全分布式 I/O 系統(tǒng)PROFIBUS FC 快速連接高強度電纜:
專門設計用于腐蝕環(huán)境和苛刻機械負荷條件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。它不同于裝備有附加外套的 PROFIBUS 總線電纜PROFIBUS FC軟電纜
柔性(絞合導線)、無鹵素總線電纜,帶聚氨酯護套,可偶然移動PROFIBUS FC 拖纜:
于在拖纜中強制運動控制的總線電纜,例如在連續(xù)運動的機器部件中(絞合導線)PROFIBUS FC FRNC 電纜:
雙芯屏蔽,阻燃設計,無鹵總線電纜,有一個共聚物外殼 FRNC(阻燃無腐蝕)
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