进口西门子PROFIBUS-DP电缆

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1 PROFIBUS 概述

PROFIBUS网络通讯的本质是RS485串口通讯，按照不同的行业应用，主要有三种通讯行规：DP（Decentralized Peripherals），FMS（Field Message Specification）和PA（Process Automation）行规。

其中DP通讯的方式在OSI参考模型中主要使用第1、2、7层，因此PROFIBUS DP网络的通讯速度较快，且报文简单（表1）。

第7层 （应用层）	DP设备行规	FMS设备行规	PA设备行规
	基本功能 扩展功能		基本功能 扩展功能
	DP用户接口 直接数据链路映象程序(DDLM)	应用层接口 （ALI)	DP用户接口 直接数据链路映象程序(DDLM)
第3～6层		（并没有省略）
第2层（数据链路层）	数据链路层 现场总线数据链路（FDL)	数据链路层 现场总线数据链路（FDL)	IEC接口
第1层 （物理层）	物理层 （RS485/光纤)	物理层 （RS485/光纤）	IEC61158-2

表1 三种PROFIBUS的通讯行规的OSI模型

随着现场总线的应用领域不断扩大，PROFIBUS技术也在不断的发生着变化，例如FMS行规目前已经不再使用，而DP和PA的应用会越来越多，另外类似Motion Control with PROFIBUS 和PROFIsafe 等新的行规也都会随着应用而逐渐普及。

但无论那种行规，涉及到的硬件和网络形式基本都是一致的（PA除外）。因此这里我们从基本的网络硬件着手，介绍PROFIBUS的网络连接方式。

2 PROFIBUS网络硬件

PROFIBUS网络主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通讯介质，PROFIBUS插头，中继器，诊断中继器，OLM以及有源终端电阻等。

2.1 PROFIBUS接口

PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管脚定义为：

一般CPU或者CP板卡都采用该接口。该接口外部的金属部分一般连接到CPU或者CP的内部的“PE”。而当CPU安装在底板上时，其“PE”与底板是连通的，此时如果将安装底板在电气柜内做接地处理，则该SUB-D接口的外部金属部分也是接地的。

2.2 通讯介质

关于通讯介质，在表1的OSI模型中已经规定：PROFIBUS网络支持RS485的电缆和光纤两种通讯介质。当然，现在也有支持无线通讯的设备，但我们目前面对的主要还是有线介质的用户。

2.2.1 PROFIBUS 电缆

PROFIBUS（类型1）介质是一根屏蔽双绞电缆，屏蔽可以提高电磁兼容（EMC）能力。

类型1：NRZ位编码与EIA RS-485信号结合，目的是降低总线耦合器成本，耦合器可以使站与总线之间电气隔离或非电气隔离；需要总线终端器，特别在较高数据传输速率（达到1500 k bits/s）时更需要。类型1规范描述平衡的总线传输，符合美国标准EIA RS-485(EIA: 电气工业协会；RS-485: 平衡的数字多点系统中使用的收/发器的电特性标准)。在双绞线两端的终端器使得类型1的物理层支持高速数据传输。传输速率≤93.75 kbits/s时，电缆长度为1.2km 。对1500 kbits/s的速度，长度减到70/200m(对B/A型电缆)。

PROFIBUS电缆的特性阻抗应在100Ω到220Ω之间，电缆电容（导体间）应该＜60pF/m，导线截面积应≥0.22mm²(24 AWG)。电缆选择标准参见美国标准EIA RS-485的附录。

两类电缆的特性：

电缆参数	A型	B型
阻抗	135Ω-165Ω (f=3到20MHz)	100Ω-130Ω (f>100kHz)
电容	<30pF/m	<60pF/m
电阻	≤110Ω/Km	-
导线截面积	≥0.34mm2 (22AWG)	≥0.22mm2(24AWG)

表2 电缆规格

下面的表指出两类电缆（A和B）对不同传输速度时的长度

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

表3 不同传输速度时的电缆长度

标准PROFIBUS电缆为屏蔽双绞电缆，其中数据线有两根：A-绿色和B-红色，分别连接DP接口的管脚3（B）和8（A），电缆的外部包裹着编织网和铝箔两层屏蔽，外面是紫色的外皮（图1）。

图1 标准PROFIBUS电缆

标准的PROFIBUS电缆一般都是A类电缆。

除了标准PROFIBUS电缆，还有许多其它特殊类型的电缆可以用于特定的环境：

图2 各种类型的PROFIBUS电缆

为了方便将PROFIBUS的外皮以及屏蔽层按照固定的长度进行切除，减少剥线的时间和剥线过程中将电缆破坏或者造成短路的可能，西门子还提供了PROFIBUS快速剥线工具（订货号：6GK1 905-6AA00）（见图3）。

图3 PROFIBUS快速剥线工具

2.2.2光纤及接口

光纤通讯具有很多优点，比如传输距离远，抗电磁干扰性好，且光纤尺寸小，重量轻，耐腐蚀性好，便于敷设等。当然也有缺点：光纤弯曲半径不能过小，光纤连接处及终端不容易处理等等。

按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤（图4）。

图4 光纤的分类

多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。

单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯。

在现场总线的规范中，定义了光纤可以做为现场总线的通讯介质。西门子可以使用光纤的PROFIBUS设备有：带光纤接口的CP板卡及模板（如CP5613 A2 FO， CP3425-FO等）， OLM和OBT。

光纤主要涉及到选型的问题，因为通讯距离与光纤的类型有很大关系，而且并非所有的设备都能支持多种类型的光纤。因此需要注意设备与光纤以及接头的选型。这可以通过OLM的选型来了解。

这里再总结一下两种接头的订货号：

                       玻璃光纤的BFOC connector ：           6GK1 901-0DA20-0AA0

                       塑料光纤的PCF Simplex plug ：    6GK1 900-0KB00-0AC0

                                   BFOC plug ：              6GK1 900-0HB00-0AA0

 

                          图5 Simplex plug                                         图6  BFOC接头

如果希望自己完成接头的焊接工作，可以订工具箱（图7）：

工具箱    PCF Simplex plugs：  6GK1 900-0KL00-0AA0

             BOC plugs：        6GK1 900-0HL00-0AA0

图7 熔接工具箱

但如果是玻璃光纤还是建议找的人员和设备来熔接。

2.2.3 PRFOBUS插头

PROFIBUS插头用于连接PROFIBUS电缆和PROFIBUS的站点（图8）。

图8 PROFIBUS插头的使用

在PROFIBUS插头上，有一个进线孔（In）和一个出线孔（Out），分别连接至个站和后一个站。

当各站点通过插头连接以及网线连接到网络上时，根据RS485串口通讯的规范，每个物理网段支持32个物理设备，且在物理网段终端的站点应该设置终端电阻防止浪涌通讯质量。而每个PROFIBUS插头上，都内置了终端电阻，需要是可以接入（On）和切除（Off）。当终端电阻设置为“On”时，表示一个物理网段的终结，因此连接在出线端口“Out”后面的网段的信号也将被中断。因此，在每个物理网段两个终端站点上的插头，需要将网线连接在进线口“In”，同时将终端电阻设置为“On”，而位于网段中间的站点，需要依次将网线连接在进线口“In”和出线口“Out”，同时将终端电阻设置为“Off”。（图9）

图9 PROFIBUS插头的连接和设置

需要注意的是，PROFIBUS插头有一种带编程口（PG口）的，建议至少每个网段的两个终端站点处的插头尽量使用带编程口的（见图8，左侧的插头），便于系统的诊断和维护。

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