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Profibus現場安裝

作者:Look自動化

PRFOBUS 接頭及終端電阻

插頭用于連接配接ROFIBUS電纜和PROFIBUS的站點(如圖1)。

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圖1 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),分别連接配接至前一個站和後一個站。

1.每個實體網段兩個終端站點上的插頭,需要将網線連接配接在進線口“In”,同時将終端電阻設定為“On”(如圖2)

2.位于網段中間的站點,需要依次将網線連接配接在進線口“In”和出線口“Out”,同時将終端電阻設定為(如圖2)

3.為了便于系統診斷和維護,建議至少每個網段的兩個終端站點處的插頭盡量使用帶程式設計口的(如圖1中左側接頭)

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圖2 PROFIBUS插頭的連接配接和設定

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

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圖3 終端電阻的組成

5.當處于終端位置的裝置掉站或人為關閉時,标準接頭上的電阻也随之失效。是以整體網絡在此終端将缺失終端電阻,并可能導緻整體網絡的故障。

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

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圖4 有源終端電阻

CPU能否放置在總線網絡的中間位置?

可以。如圖所示,注意CPU放在中間位置時,終端電阻撥到OFF。

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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,将會導緻通訊問題。

1.可使用下圖中的一對接頭來連接配接兩根需要接起來的電纜。

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訂貨号:6GK1905-0EA10 和 6GK1905-0EB10

2.也可使用中繼器連接配接。

Profibus總線安裝規範

這裡就PROFIBUS安裝的注意事項進行介紹,同時會結合一些現場的執行個體加以說明。

注意事項:

每個網絡理論上最多可連接配接127個實體站點,其中包括主站、從站以及中繼裝置;

每個網段支援32個實體裝置(節點),超過此數量需要增加485中繼器,每個網絡最多9個中繼器。

網絡支援多主站,但在同一網絡中,不建議多于3個主站;

一般0是PG的位址,1~2為主站位址,126為某些從站預設的位址,127是廣播位址,因而這些位址一般不再配置設定給從站,故DP從站最多可連接配接124個,站号設定一般為 3~125。

網絡布線的規則

選擇标準PROFIBUS通訊電纜

标準PROFIBUS通訊電纜的特性阻抗為150歐姆,這與PB頭的終端電阻設定為“ON”時的終端電阻值剛好比對,如果選擇普通的電纜,其特性阻抗與終端電阻很可能不比對,則通訊性能将會受到影響;

标準的PROFIBUS電纜往往是雙層屏蔽的,屏蔽效果比較好。另外,标準通訊電纜是雙絞的,因而對于信号在電纜内傳輸時自身産生的幹擾也能夠起到自我抑制的作用。

屏蔽層多點接地

PROFIBUS電纜在插頭内接線時,須将屏蔽層剝開,壓在插頭内的金屬部分,該金屬部分與當Sub-D插頭外部的金屬部分相連,當将插頭插在CPU或者ET200M等裝置的DP口上時,則通過裝置連接配接到了安裝底闆,而安裝底闆一般是連接配接在櫃殼上并接地的,進而實作了屏蔽層的接地。

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圖5 PROFIBUS 插頭内部接線即屏蔽層的處理

由于接地有利于保護PLC裝置以及DP通訊口,是以對于所有的PROFIBUS站點都要求進行接地處理,即“多點接地”。

布線規則(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該是分線槽布線,同時線槽應蓋上蓋闆,盡量全封閉;如果現場無法分線槽布線,則将兩類電纜盡量遠離,中間加金屬隔闆進行隔離,同時金屬線槽要做接地處理(圖6)。

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圖6 電纜槽架以及電纜線上槽内的處理

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圖7 現場布線

電纜槽架之間也的連接配接應該保證用金屬連接配接部件大面積連接配接處理,同時注意“接地”的連接配接

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圖8 電纜橋架之間的連接配接以及接地處理

b. 通訊電纜單獨線上槽外布線時,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的幹擾也有好處,但注意外部的金屬管需要接地

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圖9 現場的通訊電纜

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,是以為了避免互相之間的影響,應避免平行布線(圖10)。

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圖10 通訊電纜線上槽内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,這會導緻該電纜比較容易受到動力電纜的幹擾。

可以交叉布線:

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兩根交叉布線的電纜互相之間不會因為容性耦合而産生幹擾。

d. 盡量将電纜貼近大面積的金屬闆(圖11)

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圖11 通訊電纜貼近金屬闆

通訊電纜應與大面積的金屬闆或“地平面”貼近。

e. 通訊電纜過長時,不要形成環狀(圖12)

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圖12 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”,容易産生幹擾信号。

在圖12中,盡管背闆是比較大的金屬闆,但由于項目已經完成,因而不存在電纜長度變化的可能,是以還是建議使用者将過長的電纜剪短,放入櫃内的電纜槽内。

f. 通訊線連接配接的裝置應做等電勢連接配接

PROFIBUS 連接配接的站點可能分布較廣,為了保證通訊的品質,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13)。

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圖13 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,則當兩個裝置分别各自接地時,将會在兩個接地點之間産生電勢差,此時電流會流過通訊電纜的屏蔽層,進而對通訊産生影響。是以應該在兩個裝置之間進行等電勢的綁定。

可以用等勢線将兩個裝置的“地”進行連接配接,等勢線的規格為:銅 6mm2 ,鋁 16mm2,鋼 50mm2 。

當然,這裡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,隻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,或者可能造成裝置損壞,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”本身存在着很強的幹擾,則在此處将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”,然後再将PROFIBUS屏蔽層接地。

為現場裝置提供一個良好的“地”以及進行正确的“接地”是提高EMC特性的前提(圖14)。

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圖14 系統進行良好的接地設計和實施

g. 通訊線在電櫃内的布線

通訊電纜在電櫃内布線時,也應該遵循之前的原則,即遠離幹擾源。

在櫃内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内走線(圖15),同時,不要在櫃内形成“環”,特别要避免将變頻器等幹擾源包圍在“環”内。

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圖15 通訊電纜與動力電纜在電櫃内的受幹擾情況

通訊電纜的屏蔽層在電櫃内的處理

首先是PROFIBUS插頭,除了之前介紹的,需要将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,成為容易受幹擾的“天線”(圖16)。

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圖16 屏蔽層暴露在空間容易接收幹擾

通訊電纜的屏蔽層在進/出電氣櫃時,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17)。

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圖17 屏蔽層的接地

通訊電纜在進/出電櫃時,都應該将電纜的屏蔽層進行接地處理。這樣避免外部的幹擾信号進入電櫃,同時也避免櫃内産生的幹擾對外部裝置造成影響(圖18)

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如果通訊電纜在櫃内需要經過端子進行連接配接,則屏蔽層最好在端子排的兩側分别進行連接配接(圖19)

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圖19 通訊電纜通過端子連接配接時的屏蔽層處理

而此時應當避免的做法是将屏蔽層剝開,擰成一根連接配接到端子(圖20),這種方式在EMC領域有個名稱叫做“豬尾巴”。

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圖20 屏蔽電纜接頭處的“豬尾巴效應”

在現場的連接配接中,如果将屏蔽層剝開過長,則通訊電纜将有很長一段沒有被屏蔽層“保護”,而屏蔽層擰成一根後将形成天線,更容易将幹擾引入系統(圖21)。

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圖21 屏蔽電纜的“豬尾巴”連接配接

過壓保護

如果使用場合存在過壓的危險,請在櫃外采用直埋電纜,同時在櫃内、櫃外的電纜上采用過壓保護裝置(圖22)。

如果存在雷擊,請參照防雷設計标準進行防雷的設計。

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圖22 過壓保護裝置

減小變頻器等幹擾源裝置對通訊的影響

變頻器等比較大功率的裝置除了通過幹擾電源、通過空間輻射幹擾影響裝置正常運作外,随着變頻器等裝置具有PROFIBUS通訊的能力,這些裝置産生的幹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。在電櫃内,盡量用鍍鋅底闆替代噴漆底闆做為安裝背闆(圖23),以改善EMC特性。

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圖23 使用鍍鋅安裝底闆代替噴漆底闆

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24)。

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圖24 對變頻器的電纜進行規範的EMC處理