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上海晉營自動化科技有限公司
 
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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。

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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。   電 話：（同號）

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。

   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（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。

   電 話：（同號）

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。   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，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）。

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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）。