Profibus现场总线安装指导

2018年11月29日11:16:33 发表评论 18 阅读

Profibus现场安装指导

注:使用Profibus通讯时,建议采用西门子原装的电缆接头,第三方的电缆和接头无法保证通信的可靠性。

PROFIBUS 接线

请参看文档:Profibus 接线

PRFOBUS 接头及终端电阻

插头用于连接ROFIBUS电缆和PROFIBUS的站点(如图1)。

图1 PROFIBUS插头的使用

图1 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。

1.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”(如图2)

图2 PROFIBUS插头的连接和设置

 

2.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(如图2)

3.为了便于系统诊断和维护,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(如图1中左侧接头)

4. 对于总线中终端设备采用接线方式连接(非profibus接头),采用如图6所示自行连接终端电阻,或采用条目6中的有源终端电阻。

图3 终端电阻的组成

图3 终端电阻的组成

5.当处于终端位置的设备掉站或人为关闭时,标准接头上的电阻也随之失效。因此整体网络在此终端将缺失终端电阻,并可能导致整体网络的故障。

西门子提供有源终端电阻(6ES7 972-0DA00-0AA0)确保此终端位置的电阻一直有效。

图4 有源终端电阻

CPU能否放置在总线网络的中间位置?

可以。如图所示,注意CPU放在中间位置时,终端电阻拨到OFF。

Profibus电缆断了或者不够长,能否延长?

可以延长。需要把两根电缆接起来,不能简单的把两根铜芯拧起来,因为这样会破坏电缆的特征阻抗,将会导致通讯问题。

1.可使用下图中的一对接头来连接两根需要接起来的电缆。

订货号:6GK1905-0EA10 和 6GK1905-0EB10

2.也可使用中继器连接。

Profibus总线安装规范

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。

注意事项:

每个网络理论上最多可连接127个物理站点,其中包括主站、从站以及中继设备;

每个网段支持32个物理设备(节点),超过此数量需要增加485中继器,每个网络最多9个中继器。

485中继器的接线及使用请参看:485中继器使用入门

网络支持多主站,但在同一网络中,不建议多于3个主站;

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从站最多可连接124个,站号设置一般为 3~125。

网络布线的规则

选择标准PROFIBUS通讯电缆

标准PROFIBUS通讯电缆的特性阻抗为150欧姆,这与PB头的终端电阻设置为“ON”时的终端电阻值刚好匹配,如果选择普通的电缆,其特性阻抗与终端电阻很可能不匹配,则通讯性能将会受到影响;

标准的PROFIBUS电缆往往是双层屏蔽的,屏蔽效果比较好。另外,标准通讯电缆是双绞的,因而对于信号在电缆内传输时自身产生的干扰也能够起到自我抑制的作用。

屏蔽层多点接地

PROFIBUS电缆在插头内接线时,须将屏蔽层剥开,压在插头内的金属部分,该金属部分与当Sub-D插头外部的金属部分相连,当将插头插在CPU或者ET200M等设备的DP口上时,则通过设备连接到了安装底板,而安装底板一般是连接在柜壳上并接地的,从而实现了屏蔽层的接地。

图5 PROFIBUS 插头内部接线即屏蔽层的处理

图5 PROFIBUS 插头内部接线即屏蔽层的处理

 

由于接地有利于保护PLC设备以及DP通讯口,因此对于所有的PROFIBUS站点都要求进行接地处理,即“多点接地”。

布线规则(重要)

a. 不同电压等级的电缆分线槽布线

高电压,大电流的动力电缆,与小电压和小电流的电缆应该是分线槽布线,同时线槽应盖上盖板,尽量全封闭;如果现场无法分线槽布线,则将两类电缆尽量远离,中间加金属隔板进行隔离,同时金属线槽要做接地处理(图6)。

图8 电缆槽架以及电缆在线槽内的处理

图8 电缆槽架以及电缆在线槽内的处理

图7 现场布线

图7 现场布线

电缆槽架之间也的连接应该保证用金属连接部件大面积连接处理,同时注意“接地”的连接

图8 电缆桥架之间的连接以及接地处理

b. 通讯电缆单独在线槽外布线时,可根据情况采用穿金属管的方式,这样既可以保护通讯电缆不被损坏,对于防止EMC的干扰也有好处,但注意外部的金属管需要接地

图9 现场的通讯电缆

图9 现场的通讯电缆

图9中的电缆通讯直接暴露在外面,很容易被压断,类似情况可考虑局部或者全部穿管。

c. 通讯电缆与动力电缆避免长距离平行布线

由于平行布线的两根电缆之间需要考虑空间电容耦合,因此为了避免相互之间的影响,应避免平行布线(图10)。

图10 通讯电缆在线槽内与动力电缆平行走线

在图10中,通讯电缆不仅没有满足a. 或 b. 两条原则,反而与比较大的动力电缆平行布线,这会导致该电缆比较容易受到动力电缆的干扰。

可以交叉布线:

两根交叉布线的电缆相互之间不会因为容性耦合而产生干扰。

d. 尽量将电缆贴近大面积的金属板(图11)

图11 通讯电缆贴近金属板

通讯电缆应与大面积的金属板或“地平面”贴近。

e. 通讯电缆过长时,不要形成环状(图12)

图12 通讯电缆形成环

此时如果有磁力线从环中间穿过时,根据“右手定律”,容易产生干扰信号。

在图12中,尽管背板是比较大的金属板,但由于项目已经完成,因而不存在电缆长度变化的可能,因此还是建议用户将过长的电缆剪短,放入柜内的电缆槽内。

f. 通讯线连接的设备应做等电势连接

PROFIBUS 连接的站点可能分布较广,为了保证通讯的质量,一般要求所有通讯站点都应该处于同一个电压等级上,即应当都是“等电势”的(图13)。

图13 通讯站点之间应做“等电势”处理

如果两个站点的“地”之间不等电势,则当两个设备分别各自接地时,将会在两个接地点之间产生电势差,此时电流会流过通讯电缆的屏蔽层,从而对通讯产生影响。因此应该在两个设备之间进行等电势的绑定。

可以用等势线将两个设备的“地”进行连接,等势线的规格为:铜 6mm2 ,铝 16mm2,钢 50mm2 。

当然,这里不是要求所有的现场都需要增加额外的等势线而增加成本,只是建议在出现接地点电势不相等的情况时,如果影响到通讯,或者可能造成设备损坏,则应当想办法加以改进。

如果由于接地点本身的原因造成了通讯不稳定,比如某个系统的“地”本身存在着很强的干扰,则在此处将屏蔽层接地反而会对PROFIBUS通讯造成影响,因而此时应该考虑首先处理好“地”,然后再将PROFIBUS屏蔽层接地。

为现场设备提供一个良好的“地”以及进行正确的“接地”是提高EMC特性的前提(图14)。

图14 系统进行良好的接地设计和实施

g. 通讯线在电柜内的布线

通讯电缆在电柜内布线时,也应该遵循之前的原则,即远离干扰源。

在柜内的走线应当进行精心的设计,尽量避免与高电压、大电流的电缆在同一线槽内走线(图15),同时,不要在柜内形成“环”,特别要避免将变频器等干扰源包围在“环”内。

图15 通讯电缆与动力电缆在电柜内的受干扰情况

通讯电缆的屏蔽层在电柜内的处理

首先是PROFIBUS插头,除了之前介绍的,需要将屏蔽层压在插头的金属部分外,还需要注意屏蔽层不要剥开的太长,否则会暴露在空间,成为容易受干扰的“天线”(图16)。

图16 屏蔽层暴露在空间容易接收干扰

通讯电缆的屏蔽层在进/出电气柜时,都应该进行屏蔽层接地处理

屏蔽层应该保证与接地铜排进行大面积的接触(图17)。

图17 屏蔽层的接地

通讯电缆在进/出电柜时,都应该将电缆的屏蔽层进行接地处理。这样避免外部的干扰信号进入电柜,同时也避免柜内产生的干扰对外部设备造成影响(图18)

图18 屏蔽层在柜内进行接地处理

如果通讯电缆在柜内需要经过端子进行连接,则屏蔽层最好在端子排的两侧分别进行连接(图19)

图19 通讯电缆通过端子连接时的屏蔽层处理

而此时应当避免的做法是将屏蔽层剥开,拧成一根连接到端子(图20),这种方式在EMC领域有个名称叫做“猪尾巴”。

图20 屏蔽电缆接头处的“猪尾巴效应”

在现场的连接中,如果将屏蔽层剥开过长,则通讯电缆将有很长一段没有被屏蔽层“保护”,而屏蔽层拧成一根后将形成天线,更容易将干扰引入系统(图21)。

图21 屏蔽电缆的“猪尾巴”连接

过压保护

如果使用场合存在过压的危险,请在柜外采用直埋电缆,同时在柜内、柜外的电缆上采用过压保护装置(图40)。

如果存在雷击,请参照防雷设计标准进行防雷的设计。

图22 过压保护装置

减小变频器等干扰源设备对通讯的影响

变频器等比较大功率的设备除了通过干扰电源、通过空间辐射干扰影响设备正常运行外,随着变频器等设备具有PROFIBUS通讯的能力,这些设备产生的干扰也有可能直接进入通讯系统,因而应该对变频器进行EMC的处理。

首先是变频器的安装。在电柜内,尽量用镀锌底板替代喷漆底板做为安装背板(图23),以改善EMC特性。

图23 使用镀锌安装底板代替喷漆底板

图23 使用镀锌安装底板代替喷漆底板

变频器的出线,都应该进行相应的EMC处理,比如采用通讯电缆采用屏蔽电缆接地,动力电缆采用屏蔽电缆接地或者采用铁氧体磁环进行滤波处理等(图24)。

图24 对变频器的电缆进行规范的EMC处理

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