PRFOBUS接頭及終端電阻

PROFIBUS 接線

PRFOBUS 接頭及終端電阻

插頭用于連接ROFIBUS電纜和PROFIBUS的站點（如圖1）。

圖1 PROFIBUS插頭的使用

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

1.每個物理網(wǎng)段兩個終端站點上的插頭，需要將網(wǎng)線連接在進(jìn)線口“In”，同時將終端電阻設(shè)置為“On”（如圖2）

2.位于網(wǎng)段中間的站點，需要依次將網(wǎng)線連接在進(jìn)線口“In”和出線口“Out”，同時將終端電阻設(shè)置為（如圖2）

3.為了便于系統(tǒng)診斷和維護(hù)，建議至少每個網(wǎng)段的兩個終端站點處的插頭盡量使用帶編程口的（如圖1中左側(cè)接頭）

圖2 PROFIBUS插頭的連接和設(shè)置

4. 對于總線中終端設(shè)備采用接線方式連接（非profibus接頭）,采用如圖6所示自行連接終端電阻，或采用條目6中的有源終端電阻。

圖3 終端電阻的組成

5.當(dāng)處于終端位置的設(shè)備掉站或人為關(guān)閉時，標(biāo)準(zhǔn)接頭上的電阻也隨之失效。因此整體網(wǎng)絡(luò)在此終端將缺失終端電阻，并可能導(dǎo)致整體網(wǎng)絡(luò)的故障。

西門子提供有源終端電阻（6ES7 972-0DA00-0AA0）確保此終端位置的電阻一直有效。

圖4 有源終端電阻

CPU能否放置在總線網(wǎng)絡(luò)的中間位置？

可以。如圖所示，注意CPU放在中間位置時，終端電阻撥到OFF。

?Profibus電纜斷了或者不夠長，能否延長？

可以延長。需要把兩根電纜接起來，不能簡單的把兩根銅芯擰起來，因為這樣會破壞電纜的特征阻抗，將會導(dǎo)致通訊問題。

1.可使用下圖中的一對接頭來連接兩根需要接起來的電纜。

訂貨號：6GK1905-0EA10 和 6GK1905-0EB10

2.也可使用中繼器連接。

Profibus總線安裝規(guī)范

這里就PROFIBUS安裝的注意事項進(jìn)行介紹，同時會結(jié)合一些現(xiàn)場的實例加以說明。

注意事項：

?每個網(wǎng)絡(luò)理論上最多可連接127個物理站點，其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備；

?每個網(wǎng)段支持32個物理設(shè)備（節(jié)點），超過此數(shù)量需要增加485中繼器，每個網(wǎng)絡(luò)最多9個中繼器。

485中繼器的接線及使用請參看：485中繼器使用入門

?網(wǎng)絡(luò)支持多主站，但在同一網(wǎng)絡(luò)中，不建議多于3個主站；

?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從站最多可連接124個，站號設(shè)置一般為 3~125。

網(wǎng)絡(luò)布線的規(guī)則

選擇標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS通訊電纜

標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS通訊電纜的特性阻抗為150歐姆，這與PB頭的終端電阻設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS電纜往往是雙層屏蔽的，屏蔽效果比較好。另外，標(biāo)準(zhǔn)通訊電纜是雙絞的，因而對于信號在電纜內(nèi)傳輸時自身產(chǎn)生的干擾也能夠起到自我抑制的作用。

屏蔽層多點接地

PROFIBUS電纜在插頭內(nèi)接線時，須將屏蔽層剝開，壓在插頭內(nèi)的金屬部分，該金屬部分與當(dāng)Sub-D插頭外部的金屬部分相連，當(dāng)將插頭插在CPU或者ET200M等設(shè)備的DP口上時，則通過設(shè)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(xiàn)了屏蔽層的接地。

圖5 PROFIBUS 插頭內(nèi)部接線即屏蔽層的處理

由于接地有利于保護(hù)PLC設(shè)備以及DP通訊口，因此對于所有的PROFIBUS站點都要求進(jìn)行接地處理，即“多點接地”。

布線規(guī)則（重要）

a.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(yīng)該是分線槽布線，同時線槽應(yīng)蓋上蓋板，盡量全封閉；如果現(xiàn)場無法分線槽布線，則將兩類電纜盡量遠(yuǎn)離，中間加金屬隔板進(jìn)行隔離，同時金屬線槽要做接地處理（圖6）。

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圖8 電纜槽架以及電纜在線槽內(nèi)的處理

圖7 現(xiàn)場布線

電纜槽架之間也的連接應(yīng)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8 電纜橋架之間的連接以及接地處理

b.通訊電纜單獨在線槽外布線時，可根據(jù)情況采用穿金屬管的方式，這樣既可以保護(hù)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9 現(xiàn)場的通訊電纜

圖9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。

c. 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(yīng)避免平行布線（圖10）。

圖10 通訊電纜在線槽內(nèi)與動力電纜平行走線

在圖10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(dǎo)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(chǎn)生干擾。

d.盡量將電纜貼近大面積的金屬板（圖11）

圖11通訊電纜貼近金屬板

通訊電纜應(yīng)與大面積的金屬板或“地平面”貼近。

e.通訊電纜過長時，不要形成環(huán)狀（圖12）

圖12 通訊電纜形成環(huán)

此時如果有磁力線從環(huán)中間穿過時，根據(jù)“右手定律”，容易產(chǎn)生干擾信號。

在圖12中，盡管背板是比較大的金屬板，但由于項目已經(jīng)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(nèi)的電纜槽內(nèi)。

f.通訊線連接的設(shè)備應(yīng)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(zhì)量，一般要求所有通訊站點都應(yīng)該處于同一個電壓等級上，即應(yīng)當(dāng)都是“等電勢”的（圖13）。

圖13 通訊站點之間應(yīng)做“等電勢”處理

如果兩個站點的“地”之間不等電勢，則當(dāng)兩個設(shè)備分別各自接地時，將會在兩個接地點之間產(chǎn)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(chǎn)生影響。因此應(yīng)該在兩個設(shè)備之間進(jìn)行等電勢的綁定。

可以用等勢線將兩個設(shè)備的“地”進(jìn)行連接，等勢線的規(guī)格為：銅 6mm2 ，鋁 16mm2，鋼 50mm2 。

當(dāng)然，這里不是要求所有的現(xiàn)場都需要增加額外的等勢線而增加成本，只是建議在出現(xiàn)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(shè)備損壞，則應(yīng)當(dāng)想辦法加以改進(jìn)。

如果由于接地點本身的原因造成了通訊不穩(wěn)定，比如某個系統(tǒng)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(yīng)該考慮首先處理好“地”，然后再將PROFIBUS屏蔽層接地。

為現(xiàn)場設(shè)備提供一個良好的“地”以及進(jìn)行正確的“接地”是提高EMC特性的前提（圖14）。

圖14 系統(tǒng)進(jìn)行良好的接地設(shè)計和實施

g.通訊線在電柜內(nèi)的布線

通訊電纜在電柜內(nèi)布線時，也應(yīng)該遵循之前的原則，即遠(yuǎn)離干擾源。

在柜內(nèi)的走線應(yīng)當(dāng)進(jìn)行精心的設(shè)計，盡量避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內(nèi)走線（圖15），同時，不要在柜內(nèi)形成“環(huán)”，特別要避免將變頻器等干擾源包圍在“環(huán)”內(nèi)。

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圖15 通訊電纜與動力電纜在電柜內(nèi)的受干擾情況

通訊電纜的屏蔽層在電柜內(nèi)的處理

?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16）。

圖16 屏蔽層暴露在空間容易接收干擾

?通訊電纜的屏蔽層在進(jìn)/出電氣柜時，都應(yīng)該進(jìn)行屏蔽層接地處理

屏蔽層應(yīng)該保證與接地銅排進(jìn)行大面積的接觸（圖17）。

圖17屏蔽層的接地

通訊電纜在進(jìn)/出電柜時，都應(yīng)該將電纜的屏蔽層進(jìn)行接地處理。這樣避免外部的干擾信號進(jìn)入電柜，同時也避免柜內(nèi)產(chǎn)生的干擾對外部設(shè)備造成影響（圖18）

圖18 屏蔽層在柜內(nèi)進(jìn)行接地處理

如果通訊電纜在柜內(nèi)需要經(jīng)過端子進(jìn)行連接，則屏蔽層最好在端子排的兩側(cè)分別進(jìn)行連接（圖19）

圖19通訊電纜通過端子連接時的屏蔽層處理

而此時應(yīng)當(dāng)避免的做法是將屏蔽層剝開，擰成一根連接到端子（圖20），這種方式在EMC領(lǐng)域有個名稱叫做“豬尾巴”。

圖20 屏蔽電纜接頭處的“豬尾巴效應(yīng)”

在現(xiàn)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(hù)”，而屏蔽層擰成一根后將形成天線，更容易將干擾引入系統(tǒng)（圖21）。

圖21 屏蔽電纜的“豬尾巴”連接

過壓保護(hù)

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(nèi)、柜外的電纜上采用過壓保護(hù)裝置（圖40）。

如果存在雷擊，請參照防雷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防雷的設(shè)計。

圖22 過壓保護(hù)裝置

減小變頻器等干擾源設(shè)備對通訊的影響

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

首先是變頻器的安裝。在電柜內(nèi)，盡量用鍍鋅底板替代噴漆底板做為安裝背板（圖23），以改善EMC特性。

圖23使用鍍鋅安裝底板代替噴漆底板

變頻器的出線，都應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)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(huán)進(jìn)行濾波處理等（圖24）。

圖24對變頻器的電纜進(jìn)行規(guī)范的EMC處理