西門子6ES7322-1FF01-OAAO

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西門子*經銷商  

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SIEMENS 上海隆彥自動化科技有限公司

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聯   系   人： 詹雪芬

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 ：（同號）

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（）：021- 61311927

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歡迎您前來詢價.100分的服務.100分的質量.100分的售后.100分的發貨速度

公司主營：數控系統,S7-200PLC S7-300PLC S7-400PLC S7-1200PLC 6ES5 ET200 人機界面,變頻器,DP總線,MM420 變頻器MM430 變頻器MM440 6SE70交流工程調速變頻器6RA70直流調速裝置 SITOP電源,電線電纜,數控備件,伺服電機等工控產品

西門子正是前行路上能共擔風雨的伙伴。從一顆葡萄到一滴美酒的美妙變遷能在西門子數字化平臺上全程追溯。而在2016年漢諾威博覽會上，也源自西門子的前沿數字技術。

憑借*技術、全面產品線、覆蓋200多個國家的網絡、金融解決方案及靈活服務模式，西門子在電力、油氣與化工、礦山與工業等領域與中國EPC企業攜手前行。西門子6ES7322-1FF01-OAAO

截至2015年底，西門子已與中國能建、中國電建、中石油、中石化、中材集團、中集來福士等上百家中國EPC企業在近60個國家合作項目，足跡遍及六大洲。

S7-200系列PLC適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列具有*的性能/價格比。

本機集成8輸入/6輸出共14個數字量I/O點?？蛇B接2個擴展模塊。6K字節程序和數據存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數控制的微型控制器。

CPU221

本機集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點?？蛇B接7個擴展模塊，zui大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O 點。13K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。
CPU222

本機集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點，2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點，可連接7個擴展模塊，zui大擴展值至168路數字量I/O點或38路模擬量I/O點。20K字節程序和數據存儲空間，6個獨立的高速計數器（100KHz），2個100KHz的高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。本機還新增多種功能，如內置模擬量I/O,位控特性，自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數據記錄及配方功能等。是具有模擬量I/O和強大控制能力的新型CPU。

西門子S7300介紹：

簡單的結構使得S7-300 使用靈活且易于維護：安裝模塊：只需簡單地將模塊掛在安裝導軌上，，轉動到位然后鎖緊螺釘。 集成的背板總線：

背板總線集成到模塊里。模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。 模塊采用機械編碼，更換極為容易：更換模塊時，必須擰下

模塊的固定螺釘。按下閉鎖機構，可輕松拔下前連接器。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯插到其他的模塊上。現場證明可靠的

連接：對于信號模塊，可以使用螺釘型、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。 TOP 連接：為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3

線連接系統提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。 規定的安裝深度：所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內，并有前蓋保護。因

此，所有模塊應有明確的安裝深度。無插槽規則:信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統可自行組態。擴展若用戶的

自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則對 S7300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展：*控制器和3個擴展機架

zui多可連接32個模塊：總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到*控制器（CC）。每個CC/EU 可以連接八個模塊。 通過接口模板連接：每個 CC

/ EU 都有自己的接口模塊。在*控制器上它總是被插在 CPU旁邊的插槽中，并自動處理與擴展裝置的通信。通過 IM 365 擴展：1個擴展裝置

zui遠擴展距離為 1 米；電源電壓也通過擴展裝置提供。 通過 IM 360/361擴展：3個擴展裝置 CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU之間的zui遠距離為0m。

單獨安裝：對于單獨的 CC/EU，也能夠以更遠的距離安裝。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長達 10m。 靈活的安裝選項：CC/EU既可

以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以較大限度滿足空間要求。

S7-300 具有不同的通信接口：

連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業以太網總線系統的通信處理器。 用于點到點連接的通信處理器 多點接口 (MPI), 集成在
CPU 中；是一種經濟有效的方案，可以同時連接編程器/PC、人機界面系統和其它的 SIMATIC S7/C7 自動化系統。PROFIBUS DP進行過
程通信SIMATICS7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP總線系統。通過帶有 PROFIBUS
DP主站/從站接口的 CPU,可構建一個高速的分布式自動化系統，并且使得操作大大簡化。從用戶的角度來看，PROFIBUS DP 上的分布式
I/O處理與集中式I/O處理沒有區別（相同的組態，編址及編程）。

SIMATIC S7-300（通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP） SIMATIC S7-400（通過帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PR
OFIBUS DP CP） SIMATIC C7 （通過帶 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP） SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H帶
IM 308 SIMATIC 505出于性能原因，每條線路上連接的主站不得超過 2 個。

以下設備可作為從站連接：

ET 200 分布式 I/O 設備 S7-300通過 CP 342-5 CPU 313C-2 DP, CPU 314C-2 DP, CPU 314C-2 PN/DP, CPU 315-2 DP, CPU 315-2 PN/DP, CPU
317-2 DP, CPU 317-2 PN/DP and CPU 319-3 PN/DP C7-633/P DP, C7-633 DP, C7-634/P DP, C7-634 DP, C7-626 DP, C7-635, C7-636 現場設備

雖然帶有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通過PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。通過 PR
OFINET IO 進行過程通信SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFINET 接口的CPU 連接到 PROFINET IO 總線系統。通過帶
有 PROFIBUS 接口的 CPU,可構建一個高速的分布式自動化系統，并且使得操作大大簡化。從用戶的角度來看，PROFINET IO 上的分布式
I/O處理與集中式I/O處理沒有區別（相同的組態，編址及編程）。可將下列設備作為 IO 控制器進行連接：

SIMATIC S7-300（使用配備 PROFINET 接口或 PROFINETCP的 CPU）SIMATICET 200（使用配備 PROFINET 接口的 CPU·SIMATICS7-400

（使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP的 CPU）可將下列設備作為IO設備進行連接：ET200 分布式 I/O 設備 ET 200S IM151-8 PN/DP
CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU SIMATIC S7-300（使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）現場設備通過 AS-Interface 進
行過程通信S7-300 所配備的通信處理器 (CP 342-2) 適用于通過 AS-Interface 總線連接現場設備（AS-Interface 從站）。更多信息，請參見通
信處理器。通過 CP 或集成接口（點對點）進行數據通信通過 CP340/CP 341 通信處理器或 CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP 的集成接口，
可經濟有效地建立點到點連接。有三種物理傳輸介質支持不同的通信協議：20 mA (TTY)（僅 CP 340/CP 341）RS 232C/V.24（僅 CP 340/CP
341）RS 422/RS485可以連接以下設備：SIMATIC S7、SIMATICS5自動化系統和其他公司的系統 打印機 機器人控制 掃描器，條碼閱讀器等

特殊功能塊包括在通信功能手冊的供貨范圍之內。使用多點接口 (MPI) 進行數據通信MPI（多點接口）是集成在 SIMATIC S7-300 CPU上的通
信接口。它可用于簡單的網絡任務。MPI 可以同時連接多個配有 STEP 7 的編程器/PC、HMI 系統（OP/OS）、S7-300 和 S7-400。 全局數據：

“全局數據通信”服務可以在聯網的 CPU 間周期性地進行數據交換。 一個 S7-300 CPU 可與多達 4 個數據包交換數據，每個數據包含有 22 字
節數據，可同時有 16 個 CPU 參與數據交換（使用 STEP 7 V4.x）。 例如·可以允許一個 CPU 訪問另一個 CPU的輸入/輸出。只可通過 MPI
接口進行全局數據通信。 內部通信總線(C-bus)：CPU 的 MPI 直接連接到 S7-300 的 C 總線。因此，可以通過 MPI從編程器直接找到與C總線
連接的 FM/CP 模塊的地址。 功能強大的通信技術： 多達 32 個 MPI 節點。 使用 SIMATIC S7-300/-400 的 S7 基本通信的每個 CPU 有多個通
信接口。 使用編程器/PC、SIMATIC HMI 系統和 SIMATIC S7-300/400 的 S7 通信的每個CPU 有多個通信接口。 數據傳輸速率 187.5 kbit/s 或
12 Mbit/s 靈活的組態選項：

不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對應功能的 CPU以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點對點接口的 CPU

用于數字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊 (SM)。用于連接總線和點對點連接的通信處理器 (CP)。用于高速計數、定位（開環/閉環）及 PID

控制的功能模塊（FM）。根據要求，也可使用下列模塊：用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源的負載電源模塊(PS)。接口模塊

(IM)，用于多層配置時連接*控制器 (CC) 和擴展裝置 (EU)。通過分布式*控制器 (CC) 和 3 個擴展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作

多達 32 個模塊。所有模塊均在外殼中運行，并且無需風扇。SIPLUS 模塊可用于擴展的環境條件：適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度

結露以及有霧的環境條件。防直接日曬、雨淋或水濺，在防護等級為 IP20 機柜內使用時，可直接在汽車或室外建筑使用。不需要空氣調節的

機柜和 IP65 外殼。簡單的結構使得 S7-300 使用靈活且易于維護：安裝模塊：只需簡單地將模塊掛在安裝導軌上，轉動到位然后鎖緊螺釘。

集成的背板總線·背板總線集成到模塊里。模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。模塊采用機械編碼，更換極為容易：更換

模塊時，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機構，可輕松拔下前連接器。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯插到其他的模塊上

現場證明可靠的連接：對于信號模塊，可以使用螺釘型、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的1線

連接系統提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內，并有前蓋保護。因此，所有模塊應有明

確的安裝深度。信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統可自行組態。若用戶的自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM或CP

模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展：

• PROFIBUS 是一種具有廣泛應用范圍的、開放的數字通信系統，在集中自動化系統向分散自動化系統轉移方面是一種重大突破。

  由于PROFIBUS一直側重于系統集成和系統工程等方面，尤其是側重于應用行規的研究開發，使得該總線具有適合于快速、時間要求嚴格的應用和復雜的通信任務的特點，成為*能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應用的現場總線，特別適用于工廠自動化和過程自動化領域。因而從誕生至今，PROFIBUS 在現場總線技術領域一直是市場上的*。

  隨著PROFIBUS的大量應用，許多用戶開始接觸并使用了現場總線。但由于用戶對現場總線技術的了解程度不同，再加上現場施工情況復雜，因而很有可能導致許多項目的現場總線通訊上可能存在著一些隱患，如果不能及時發現和處理，將有可能導致系統出現通訊故障，從而影響整個系統的正常運行。

  為了幫助廣大用戶――特別是剛剛接觸到現場總線的用戶能夠對PROFIBUS的硬件有個初步的了解，這里將重點介紹如何在現場正確的安裝和使用相關PROFIBUS的網絡元件和設備，幫助用戶在使用PROFIBUS現場總線的過程中從硬件安裝的角度盡量減少問題的發生，從而盡量減少整個網絡使用中出現故障的概率。

  1 PROFIBUS 概述

  PROFIBUS網絡通訊的本質是RS485串口通訊，按照不同的行業應用，主要有三種通訊行規：DP（Decentralized Peripherals），FMS（Field Message Specification）和PA（Process Automation）行規。

  其中DP通訊的方式在OSI參考模型中主要使用第1、2、7層，因此PROFIBUS DP網絡的通訊速度較快，且報文簡單（表1）。

  第7層 （應用層）	DP設備行規	FMS設備行規	PA設備行規
  	基本功能 擴展功能		基本功能 擴展功能
  	DP用戶接口     直接數據鏈路映象程序(DDLM)	應用層接口 （ALI)	DP用戶接口     直接數據鏈路映象程序(DDLM)
  第3～6層		（并沒有省略）
  第2層（數據鏈路層）	數據鏈路層                 現場總線數據鏈路（FDL)	數據鏈路層          現場總線數據鏈路（FDL)	IEC接口
  第1層 （物理層）	物理層 （RS485/光纖)	物理層 （RS485/光纖）	IEC61158-2

  表1  三種PROFIBUS的通訊行規的OSI模型

  隨著現場總線的應用領域不斷擴大，PROFIBUS技術也在不斷的發生著變化，例如FMS行規目前已經不再使用，而DP和PA的應用會越來越多，另外類似Motion Control with PROFIBUS 和PROFIsafe 等新的行規也都會隨著應用而逐漸普及。

  但無論那種行規，涉及到的硬件和網絡形式基本都是*的（PA除外）。因此這里我們從zui基本的網絡硬件著手，介紹PROFIBUS的網絡連接方式。

  2 PROFIBUS網絡硬件

  PROFIBUS網絡主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通訊介質，PROFIBUS插頭，中繼器，診斷中繼器，OLM以及有源終端電阻等。

  2.1 PROFIBUS接口

  PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管腳定義為：

   

   

  一般CPU或者CP板卡都采用該接口。該接口外部的金屬部分一般連接到CPU或者CP的內部的“PE”。而當CPU安裝在底板上時，其“PE”與底板是連通的，此時如果將安裝底板在電氣柜內做接地處理，則該SUB-D接口的外部金屬部分也是接地的。

  2.2 通訊介質

  關于通訊介質，在表1的OSI模型中已經規定：PROFIBUS網絡支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質。當然，現在也有支持無線通訊的設備，但我們目前面對的主要還是有線介質的用戶。

   

  2.2.1 PROFIBUS 電纜

  PROFIBUS（類型1）介質是一根屏蔽雙絞電纜，屏蔽可以提高電磁兼容（EMC）能力。

  類型1：NRZ位編碼與EIA RS-485信號結合，目的是降低總線耦合器成本，耦合器可以使站與總線之間電氣隔離或非電氣隔離；需要總線終端器，特別在較高數據傳輸速率（達到1500 k bits/s）時更需要。類型1規范描述平衡的總線傳輸，符合美國標準EIA RS-485(EIA: 電氣工業協會；RS-485: 平衡的數字多點系統中使用的收/發器的電特性標準)。在雙絞線兩端的終端器使得類型1的物理層支持高速數據傳輸。傳輸速率≤93.75 kbits/s時，zui大電纜長度為1.2km 。對1500 kbits/s的速度，zui大長度減到70/200m(對B/A型電纜)。

  PROFIBUS電纜的特性阻抗應在100Ω到220Ω之間，電纜電容（導體間）應該＜60pF/m，導線截面積應≥0.22mm²(24 AWG)。電纜選擇標準參見美國標準EIA RS-485的附錄。

  兩類電纜的特性：

  電纜參數	A型	B型
  阻抗	135Ω-165Ω   (f=3到20MHz)	100Ω-130Ω   (f>100kHz)
  電容	<30pF/m	<60pF/m
  電阻	≤110Ω/Km	-
  導線截面積	≥0.34mm2 (22AWG)	≥0.22mm2(24AWG)

  表2  電纜規格

  下面的表指出兩類電纜（A和B）對不同傳輸速度時的zui大長度

   

   

  波特率 [kbit/s]	9.6~93.75	187.5	500	1500	3000~12000
  A型電纜 長度（m）	1200	1000	400	200	100
  B型電纜 長度（m）	1200	600	200	70

  表3  不同傳輸速度時的電纜長度

  標準PROFIBUS電纜為屏蔽雙絞電纜，其中數據線有兩根：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和鋁箔兩層屏蔽，zui外面是紫色的外皮（圖1）。

   

  圖1  標準PROFIBUS電纜

   

  標準的PROFIBUS電纜一般都是A類電纜。

  除了標準PROFIBUS電纜，還有許多其它特殊類型的電纜可以用于特定的環境：

   

   

  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行切除，減少剝線的時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點，比如傳輸距離遠，抗電磁干擾性好，且光纖尺寸小，重量輕，耐腐蝕性好，便于敷設等。當然也有缺點：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，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸的距離就比較近，一般只有幾公里。

  單模光纖：中心玻璃芯教細(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，適用于遠程通訊。

  在現場總線的規范中，定義了光纖可以做為現場總線的通訊介質。西門子可以使用光纖的PROFIBUS設備有：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，因為通訊距離與光纖的類型有很大關系，而且并非所有的設備都能支持多種類型的光纖。因此需要注意設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。

   

  2.2.3 PRFOBUS插頭

   

  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RS485串口通訊的規范，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：阻抗不連續和阻抗不匹配。

  阻抗不連續：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。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據收發器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現在通訊線路處在空閑方式時，整個網絡數據混亂。

  在EIA RS-485中規定的端接電阻Rt是以下拉電阻Rd（與數據地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不匹配的問題。這就意味著，如果終端站點出現問題，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據的延時，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增加到9個，即在一條物理網線上，zui多可以串聯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硬件組態中所組態的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的冗余環網拓撲結構

   

  圖20 冗余環網的拓撲結構

  在冗余環網的拓撲結構中，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

  3 PROFIBUS 網絡安裝規范

  了解了PROFIBUS的各個網絡器件，這里就PROFIBUS安裝的注意事項進行介紹，同時會結合一些現場的實例加以說明。

   

  3.1網絡拓撲的規則

  設計一條PROFIBUS網絡，首先需要了解PROFIBUS網絡的拓撲規則：

  ①    PROFIBUS網絡是RS485串口通訊，半雙工，支持光纖通訊；

  ②    每個網絡理論上zui多可連接127個物理站點，其中包括主站、從站以及中繼設備；

  ③    網絡的通訊波特率9.6kbps~12Mbps，通訊波特率與通訊的距離具有一定的對應關系（見表3）；

  ④    每個物理網段zui多32個物理站點設備，物理網段兩終端都需要設置終端電阻或使用有源終端電阻；

  ⑤    每個網段的通訊距離或者設備數如果超限，需要增加RS485中繼器進行網絡拓展，中繼器zui多可串聯9個；

  ⑥    每個中繼設備（RS485中繼器、OLM）也做為網絡中的一個物理站點，但沒有站號；

  ⑦    網絡支持多主站，但在同一網絡中，不建議多于3個主站；

  ⑧    在Step7軟件中進行PROFIBUS網絡組態時，應當按照從小到大的順序設置從站站號，且應該連續；

  ⑨    一般0是PG的地址，1～2為主站地址，126為某些從站默認的地址，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，站號設置一般為 3~125。

  ⑩    如果網絡中涉及到分支電纜，則應注意分支電纜的長度應當嚴格遵守PROFIBUS的協議規定，比如：波特率1.5Mbps時，網段中分支電纜總長度6.6米（表5）。

  波特率 [kbit/s]	9.6	97.75	187.5	500	1500
  分支電纜 長度（m）	500	100	33	20	6.6

  ?     表5  波特率與分支電纜的長度對應表

  ?     用戶如果使用了西門子的SIMOCODE 3UF7等產品時，就會涉及到網絡中存在分支電纜的問題。為了保證每個網段的分支電纜不超過規定長度，一般可以在每個抽屜柜內設計一個中繼器，進行物理網段的分割，同時還可以起到隔離干擾的作用。

  在進行PROFIBUS網絡連接之前，首先應當考慮拓撲結構的設計是否有問題。如果拓撲結構有問題，將來網絡通訊很可能出現問題。

  另外，從波特率與距離的對應關系中可以看到，波特率越高，則對應的通訊距離越近，因而如果現場遇到PROFIBUS的通訊有通訊不上或者通訊不穩定的情況，也可以考慮先將波特率降低，再進行觀察處理。

  3.2  PROFIBUS網絡安裝的規則

  3.2.1 網絡布線的規則

  ①選擇標準PROFIBUS通訊電纜

  標準PROFIBUS通訊電纜的特性阻抗為150歐姆，這與PB頭的終端電阻設置為“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；

  標準的PROFIBUS電纜往往是雙層屏蔽的，屏蔽效果比較好。另外，標準通訊電纜是雙絞的，因而對于信號在電纜內傳輸時自身產生的干擾也能夠起到自我抑制的作用。

  ②屏蔽層多點接地

  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

• 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

• 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。

• 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。

• 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。

   

• 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。

   

• 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

   

• 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                                                               

  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。