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上海晉營自動化科技有限公司
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西門子紫色通訊電纜
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西門子紫色通訊電纜
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。
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。
西門子總線電纜分為6XV1830-0EH10通訊屏蔽網線 / 6XV1830-3EH10可拖拽軟線
以上2種電纜均為德國進口電纜，*產品，假一罰十。質量保證一年！
型號：6XV1830-0EH10
上海晉營自動化科技有限公司
：邵澤春
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SIMATIC NET, PROFIBUS 快速標準電纜 GP, 2 芯, 屏蔽, 為快速安裝而特殊設計，較大長度: 1000m, zui小訂購數量: 20m, 按米銷售
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西門子是較大的電氣化公司自1872年進入中國以來的解決方案和產品堅持不懈地對中國的發展提供佺面支持，目前西門子在中國已經有6家分公司如：蘇州電器、南京電機、上海、武漢、大連、成都西門子在中國已擁有64個辦事處，2014年西門子在中國的銷售額就高達720億人民幣不包括（中國香港，中國澳門，中國臺灣）的銷售額。
西門子紫色通訊電纜
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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