西门子RS485以太网电缆

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西门子现场总线，西门子通信电缆，西门子DP总线，西门子PROFIBUS通讯电缆
订货号：6XV1830-0EH10
SIMATIC NET, PROFIBUS 快速标准电缆 GP, 2 芯, 屏蔽, 为快速安装而特殊设计，长度: 1000m,***小订购数量: 20m, 按米销售采用实心裸铜线导体作芯线，加厚铝箔和加密裸金属丝编织层，屏蔽效果好，紫色PVC外护套。具有良好的信号传输性能。 

上海晋营自动化科技有限公司

 
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西门子电缆介绍：
屏蔽的双绞电缆，圆形截面
所有 PROFIBUS 总线电缆的特点：
因为双屏蔽作用，这些电缆特别适合用于易受电磁干扰的工业环境中。 
通过总线电缆外皮和总线端子上的接地端子，能实现系统范围内的接地方案。 
印有以米表示的标记 
电缆类型全新的快速连接（FC）总线电缆为径向对称设计，可使用剥线工具。以此，可以快速、简便地安装总线接头。
PROFIBUS FC 标准电缆GP:
标准总线电缆专门为快速安装而设计的 
PROFIBUS FC 标准电缆 IS GP：
具有特殊设计的标准总线电缆，用于快速安装本质安全分布式 I/O 系统 
PROFIBUS FC 快速连接高强度电缆：
专门设计用于腐蚀环境和苛刻机械负荷条件 
PROFIBUS FC 食用电缆：
该种电缆使用 PE 外套材料，因此适用于食品和烟草行业。 
PROFIBUS FC 接地电缆：
于地下敷设。它不同于装备有附加外套的 PROFIBUS 总线电缆 
PROFIBUS FC软电缆
柔性（绞合导线）、无卤素总线电缆，带聚氨酯护套，可偶然移动 
PROFIBUS FC 拖缆:
于在拖缆中强制运动控制的总线电缆，例如在连续运动的机器部件中（绞合导线） 
PROFIBUS FC FRNC 电缆：
双芯屏蔽，阻燃设计，无卤总线电缆，有一个共聚物外壳 FRNC（阻燃无腐蚀） 
不采用快速连接技术的总线电缆（取决于结构类型）

• 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，zui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

     电 话：（同号）

  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。

• 西门子RS485以太网电缆

   

  OLM接口及匹配光纤看如下表格：

  OLM/                                      P11      P12      G11      G12       G11-1300     G12-1300

  接口 --电气                                      1           1            1           1              1                     1 --光纤（BFOC）                     1           2            1           2              1                     2

  可连光纤 --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) 单模 (10/125um)                      --           --           --            --            15km            15km                                                                                      多模 (50/125um)                      --           --          3km       3km         10km            10km 多模 (62.5/125um)                   --           --          3km       3km         10km            10km

  表4  OLM的接口及其光纤选型

  表中列出了塑料光纤、PCF光纤和玻璃光纤主要的应用场合，与OLM相关的设备基本上都是BFOC接头类型。

  光纤可以选择预装了接头的（如购买时已经安装了BFOC接头），但如果事先不知道距离，也可以选择单独购买光纤和接头。但一般玻璃光纤的BFOC接头都需要专业人士来安装。

  除了OLM，其它的带有光纤接口的设备包括：OBT / CP342-5 FO / IM467 FO / CP5613 FO / IM153-2 FO，这些设备使用的光纤一般使用的是简单接头（Simplex plug），且有两种光纤可以选择：

  A．塑料光纤 980/100um        50m   (如：6XV1 821-0AT10)       

  B．PCF光纤200/230um       300m    (如：6XV1 861-2A)

  C．接头 Simplex plug :            6GK1 900-0KB00-0AC0

   

  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专业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），分别连接至前一个站和后一个站。

  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保证通讯质量。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。

  2.2.4      终端电阻

  PROFIBUS电缆的两端应该连接终端电阻。终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射在通信过程中，有两种原因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。

  阻抗不连续：信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有（例如：短路）或者阻抗很大（例如：断线），信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻（图10）。

   

  图10 网络中的设备连接和终端电阻

   引起信号反射的另一个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。

  在EIA RS-485中规定的端接电阻Rt是以下拉电阻Rd（与数据地DGND连接）和上拉电阻Ru（与正电压VP连接）做补充。当没有站进行传输（即空闲时间）时，这个补充迫使不同的状态电压（即导体间的电压）趋于一个确定值（图11）。

   

  图11  终端电阻的组成

  在一个物理网段中，但是如果终端和总线电缆阻抗不匹配，则zui大通讯距离会减少一半。

  因而，在一个物理网段中，应该保证在网络的两个终端各有一个终端电阻，不能增加也不能减少，否则我们的总线上的网线与终端电阻将会出现不匹配的问题。这就意味着，如果终端站点出现问题，则有可能会影响到整个网络的通讯质量，因而除了使用PROFIBUS connector上自带的终端电阻，西门子还提供了有源的终端电阻设备（图12）。

   

  图12 有源终端电阻

  有源终端电阻可以单独供电，安装在网段的两端，保证网段内任何一个设备出现问题，都不会影响网络的电阻匹配的问题。

  2.2.4      RS485中继器

  按照RS485串口通讯的规范，当网络中的硬件设备超过32个，或者波特率对应的网络通讯距离已经超出规定范围时，就应该使用RS485中继器来拓展网络连接。

  PROFIBUS通讯属于RS485通讯的一种，因而也遵循这样的原则，及如果网络中实际连接的硬件超过32个时，或者所对应的波特率超过一定的距离时（表3），则需要增加相应的RS485中继器来进行物理网段的扩展。

  由于RS485中继器本身将造成数据的延时，因而一般情况下，网络中的中继设备都不能超过3个，但西门子的PROFIBUS RS485中继器采用了特殊的技术，因而可以将中继器的个数增加到9个，即在一条物理网线上，zui多可以串联9个西门子的RS485中继器（图10）。这样，网段的扩展距离将大大增加。

   

  图13 RS485中继器

   

  使用RS485中继器时，需要注意几个问题：

  1） 安装问题

  l  RS485中继器上下分为两个网段，其中A1/B1 和 A1’ / B1 ‘ 接口是网段1的一个PROFIBUS接口，A2/B2 和 A2’ / B2 ‘ 接口是网段2的一个PROFIBUS接口，PG/OP 接口属于网段1；

  l  信号放大是在网段1和网段2之间实现的，同一网段内信号不能放大；因而需要进行距离扩展的网络必须是接在网段2上；

  l  两个网段之间是物理隔离的，因而RS485中继器除了扩展网段外，还有一个作用就是可以进行网络隔离。

  l  这两个网段是都是指物理网段，与STEP7硬件组态中所组态的PROFIBUS网络没有关系，不同的物理网段仍然可以属于同一个PROFIBUS逻辑网络。

  l  在网络拓扑中，RS485中继器也是一个信号收发设备，占一个物理设备的位置，但不需要分配站号，因而注意在物理连接站点时，每个网段所连接的从站数是小于32的。扩展的距离则对应于每个波特率的传输距离（表3）。

  2 ）终端电阻的设置问题

  由于两个接口分别属于不同的物理网段，因此中继器上终端电阻的设置往往比较容易混淆。

  ① 中继器做为终端设备的网络拓展

   

  图14  中继器做为网络终端站点

   

  在这个网络拓扑中，中继器连接了网段1和网段2，由于中继器内部是隔离的，因而做为网段1来讲，中继器就是该网段的一个终端设备，因而在网段1中，应该将PROFIBUS网线接在A1/B1上，同时网段1的终端电阻设置为“On”；而网段2与网段1类似，也需要将电缆连接在A2/B2上，同时终端电阻设置为“On”。

  在这种网络中，上下两个网段中，zui多都还可以连接31个从站设备。

  ②中继器在的两个网段内都做为中间设备的网络拓展

   

   

  图15  中继器在的两个网段内都做为中间设备的网络拓展

  此时，中继器的网段1和网段2都是网络中间的一个站点，即终端电阻为“Off”，网段1的总长度为200米（1.5M bps），网段2的总长度也为200米（1.5M bps）。两个网段之间是电气隔离的。

   

  3 ）隔离网段

  中继器除了具有信号放大、扩展网络的作用，还可以将不同的两个物理网段进行电气隔离，从而避免两个网段之间的EMC干扰。

   

  图16 隔离2个网段

  由于网段之间是隔离的，因而如果 断开PE端时，可以将两个网段分别按照接地和不接地的两个网段进行连接操作。

  2.2.5      OLM和OBT

  除了电缆，PROFIBUS通讯还支持光纤做为传输介质，通过光纤连接的PROFIBUS网络具有网络距离远的特点，且光纤本身不受电、磁的影响，比较适合长距离、户外铺设和抗电磁兼容的环境。

  支持PROFIBUS光纤通讯的设备有OLM和OBT。其中OLM是做为主干网设备使用的，针对不同的网络拓扑，需要进行一定的拨码参数的设置；而OBT只是做为网络介质的转换。

  1) OLM (Optical link Module)

  OLM的拓扑结构一般有以下几种：

  l  点对点连接

  l  线性拓扑

  l  星形拓扑

  l  冗余光纤环网       

   

  图 17  OLM V4

  ① 线性拓扑

   

  图18 OLM的线性拓扑结构

  ②星形拓扑

   

  图19 OLM的星形拓扑结构

   

   

   

  ③OLM的冗余环网拓扑结构

   

  图20 冗余环网的拓扑结构

  在冗余环网的拓扑结构中，所有的OLM必须型号相同，且DIP开关的设置也相同。

  连接OLM的光纤即可以采用单模玻璃光纤，也可以选择多模塑料光纤，具体请参考光纤部分的介绍（表4）。

   

  2) OBT(Optical Bus Terminal)

   

  图21  OBT

          OBT仅仅做为介质转换的设备在网络中使用，不具有OLM的组网能力，一般只能使用塑料光纤（50米）和PCF光纤（300米）。

   

  图22 OBT在网络中的使用

  3 PROFIBUS 网络安装规范

  了解了PROFIBUS的各个网络器件，这里就PROFIBUS安装的注意事项进行介绍，同时会结合一些现场的实例加以说明。

   

  3.1网络拓扑的规则

  设计一条PROFIBUS网络，首先需要了解PROFIBUS网络的拓扑规则：

  ①    PROFIBUS网络是RS485串口通讯，半双工，支持光纤通讯；

  ②    每个网络理论上zui多可连接127个物理站点，其中包括主站、从站以及中继设备；

  ③    网络的通讯波特率9.6kbps~12Mbps，通讯波特率与通讯的距离具有一定的对应关系（见表3）；

  ④    每个物理网段zui多32个物理站点设备，物理网段两终端都需要设置终端电阻或使用有源终端电阻；

  ⑤    每个网段的通讯距离或者设备数如果超限，需要增加RS485中继器进行网络拓展，中继器zui多可串联9个；

  ⑥    每个中继设备（RS485中继器、OLM）也做为网络中的一个物理站点，但没有站号；

  ⑦    网络支持多主站，但在同一网络中，不建议多于3个主站；

  ⑧    在Step7软件中进行PROFIBUS网络组态时，应当按照从小到大的顺序设置从站站号，且应该连续；

  ⑨    一般0是PG的地址，1～2为主站地址，126为某些从站默认的地址，127是广播地址，因而这些地址一般不再分配给从站，故DP从站zui多可连接124个，站号设置一般为 3~125。

  ⑩    如果网络中涉及到分支电缆，则应注意分支电缆的长度应当严格遵守PROFIBUS的协议规定，比如：波特率1.5Mbps时，网段中分支电缆总长度6.6米（表5）。