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上海晉營自動(dòng)化科技有限公司
 
  ：喬 靜
 
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西門子總線電纜分為6XV1830-0EH10通訊屏蔽網(wǎng)線 / 6XV1830-3EH10可拖拽軟線

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西門子是較大的電氣化公司自1872年進(jìn)入中國以來的解決方案和產(chǎn)品堅(jiān)持不懈地對中國的發(fā)展提供全面支持，目前西門子在中國已經(jīng)有6家分公司如：蘇州電器、南京電機(jī)、上海、武漢、大連、成都西門子在中國已擁有64個(gè)辦事處，2014年西門子在中國的銷售額就高達(dá)720億人民幣不包括（中國香港，中國澳門，中國臺(tái)灣）的銷售額。

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    電 話：（同號）

表3  不同傳輸速度時(shí)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。

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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(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：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。   電 話：（同號）

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?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。

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：

                       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。

   電 話：（同號）

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(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號反射的原理，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。

   電 話：（同號）

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，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。   電 話：（同號）

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)對點(diǎn)連接

l  線性拓?fù)?/p>

l  星形拓?fù)?/p>

l  冗余光纖環(huán)網(wǎng)       

圖 17  OLM V4

① 線性拓?fù)?/p>

圖18 OLM的線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

②星形拓?fù)?/p>

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，具體請參考光纖部分的介紹（表4）。

   電 話：（同號）

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）。