Profibus總線安裝規(guī)范及注意事項(xiàng)

PRFOBUS接頭及終端電阻

插頭用于連接ROFIBUS電纜和PROFIBUS的站點(diǎn)。

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。

1.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”（如圖2）

2.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（如圖2）

3.為了便于系統(tǒng)診斷和維護(hù)，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（如圖1中左側(cè)接頭）

圖2 PROFIBUS插頭的連接和設(shè)置

4. 對(duì)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(shí)，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。

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(shí)，終端電阻撥到OFF。

Profibus電纜斷了或者不夠長(zhǎng)，能否延長(zhǎng)？

可以延長(zhǎng)。需要把兩根電纜接起來，不能簡(jiǎn)單的把兩根銅芯擰起來，因?yàn)檫@樣會(huì)破壞電纜的特征阻抗，將會(huì)導(dǎo)致通訊問題。

1.可使用下圖中的一對(duì)接頭來連接兩根需要接起來的電纜。

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(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。

注意事項(xiàng)：

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

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

485中繼器的接線及使用請(qǐng)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(gè)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(gè)，站號(hào)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(shí)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(huì)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(duì)于信號(hào)在電纜內(nèi)傳輸時(shí)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(diǎn)接地

PROFIBUS電纜在插頭內(nèi)接線時(shí)，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(shí)，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(shí)現(xiàn)了屏蔽層的接地。

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

布線規(guī)則（重要）

a.不同電壓等級(jí)的電纜分線槽布線

高電壓，大電流的動(dòng)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(shí)線槽應(yīng)蓋上蓋板，盡量全封閉；如果現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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

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(shí)注意“接地”的連接

b.通訊電纜單獨(dú)在線槽外布線時(shí)，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(duì)于防止EMC的干擾也有好處，但注意外部的金屬管需要接地

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(dòng)力電纜避免長(zhǎng)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）。

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(dòng)力電纜平行布線，這會(huì)導(dǎo)致該電纜比較容易受到動(dòng)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(huì)因?yàn)槿菪择詈隙a(chǎn)生干擾。

d.盡量將電纜貼近大面積的金屬板

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(zhǎng)時(shí)，不要形成環(huán)狀

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

盡管背板是比較大的金屬板，但由于項(xiàng)目已經(jīng)完成，因而不存在電纜長(zhǎng)度變化的可能，因此還是建議用戶將過長(zhǎng)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(shì)連接

PROFIBUS 連接的站點(diǎn)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(diǎn)都應(yīng)該處于同一個(gè)電壓等級(jí)上，即應(yīng)當(dāng)都是“等電勢(shì)”的（圖13）。

圖13 通訊站點(diǎn)之間應(yīng)做“等電勢(shì)”處理

如果兩個(gè)站點(diǎn)的“地”之間不等電勢(shì)，則當(dāng)兩個(gè)設(shè)備分別各自接地時(shí)，將會(huì)在兩個(gè)接地點(diǎn)之間產(chǎn)生電勢(shì)差，此時(shí)電流會(huì)流過通訊電纜的屏蔽層，從而對(duì)通訊產(chǎn)生影響。因此應(yīng)該在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行等電勢(shì)的綁定。

可以用等勢(shì)線將兩個(gè)設(shè)備的“地”進(jìn)行連接，等勢(shì)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(chǎng)都需要增加額外的等勢(shì)線而增加成本，只是建議在出現(xiàn)接地點(diǎn)電勢(shì)不相等的情況時(shí)，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(diǎn)本身的原因造成了通訊不穩(wěn)定，比如某個(gè)系統(tǒng)的“地”本身存在著很強(qiáng)的干擾，則在此處將屏蔽層接地反而會(huì)對(duì)PROFIBUS通訊造成影響，因而此時(shí)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(chǎng)設(shè)備提供一個(gè)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(jì)和實(shí)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(shí)，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(jì)，盡量避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內(nèi)走線，同時(shí)，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)。

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?jiǎng)冮_的太長(zhǎng)，否則會(huì)暴露在空間，成為容易受干擾的“天線”。

?通訊電纜的屏蔽層在進(jìn)/出電氣柜時(shí)，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(shí)，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(hào)進(jìn)入電柜，同時(shí)也避免柜內(nèi)產(chǎn)生的干擾對(duì)外部設(shè)備造成影響。

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通訊電纜通過端子連接時(shí)的屏蔽層處理

而此時(shí)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(gè)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(chǎng)的連接中，如果將屏蔽層剝開過長(zhǎng)，則通訊電纜將有很長(zhǎng)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)。

過壓保護(hù)

如果使用場(chǎng)合存在過壓的危險(xiǎn)，請(qǐng)?jiān)诠裢獠捎弥甭耠娎|，同時(shí)在柜內(nèi)、柜外的電纜上采用過壓保護(hù)裝置。

如果存在雷擊，請(qǐng)參照防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防雷的設(shè)計(jì)。

圖22 過壓保護(hù)裝置

減小變頻器等干擾源設(shè)備對(duì)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(yùn)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(duì)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，以改善EMC特性。

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(dòng)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。

審核編輯：郭婷