PROFIBUSDPRS485用户安装指南.docx
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PROFIBUSDPRS485用户安装指南
PROFIBUSDPRS-485用户安装指南
1引言
本指南适用于PROFIBUSDP〔和以前的PROFIBUS-FMS〕系统。
它描述安装PROFIBUSDP系统时应遵循的、已经在实践中得到证明是有效的公用规程。
然而，还必需遵循现场总线设备供给商规定的安装指示以及符合相关安全规则。
本指南不适用于PROFIBUS-PA。
PROFIBUS-PA是本质安全系统，其安装指南适用于有爆炸危险区域的安装。
为了桥接较长距离和在大范围内应用〔电隔离，雷击〕，建议使用光纤光导电缆进行数据传输。
以下的安装指南仅适用于使用铜质电缆〔RS485〕进行数据传输。
此外，郑重建议PROFIBUS设备操作人员最好使用已通过PROFIBUS用户组织认证的现场总线设备及元件。
已经认证的产品通过了专家们执行的广泛测试，证明了在与其它制造商的PROFIBUS设备联合工作时，它们与PROFIBUS标准〔IEC61158-类型3〕的符合性。
PROFIBUSDP的数据传输是基于RS485标准的。
PROFIBUS-DP使用的相关特性在PROFIBUS标准的有关部分中进行了描述，并在以后的实际例子中表现出来。
为了完整性的缘故，还简要描述了使用光纤光导电缆进行数据传输〔其细节见有关章节〕。
〔注：
EIARS485=电子技术联合会，多点接口〕
2规划设计PROFIBUS安装
在规划设计安装时，除了主要由每台机器和现场总线设备的位置所决定的安装和构造因素外，还必须遵循PROFIBUS标准所描述的PROFIBUS设备的物理规则。
2.1通用信息
表2-1中，列出了有关PROFIBUSDP安装的设备布置尺寸的通用信息，包括装备设计者所用的重要参数。
正如PROFIBUSRS485标准所描述的那样，每一个总线网段最多可连接32台有源设备。
为了能够连接更大量的PROFIBUSDP站，则必需将总线分成假设干个网段。
然后，每个网段可以使用具有放大和刷新数据信号能力的中继器来相互连接。
中继器也可用作总线网段或总线部分〔section〕的电隔离。
每一个中继器允许附加一个具有最大可允许电缆长度及最大现场总线设备数量〔如表2-1〕的总线网段来扩展PROFIBUSDP系统。
中继器增加了信号传播次数，在设计阶段，应考虑这一点
表2-1规划设计PROFIBUSDP安装的通用信息
参与用户数据交换的站的最大数量
DP：
126（地址从0..125）
每个网段站的最大数量，包括中继器
32
可用的数据传输速率，单位：
kbit/秒
9.6,19.2,45.45,93.75,187.5,500,1500,3000,6000,12000
串接的最大网段个数
根据PROFIBUS标准，任意两个站之间允许最多连接4个中继器。
在一些实例中，依照中继器类型及制造商，允许连接多于4台中继器。
查阅有关制造商的详细技术标准。
图例：
图2-1PROFIBUS安装的分段
图2-1阐述了一个使用中继器的PROFIBUS安装实例的布局及分段。
可使用带有电隔离的中继器。
采用中继器可增加电缆长度和所连的站数。
如果数据速率≤ 93.75kbit/s，并且假设所链接的部分构成一个链，并假定导线的横截面积为0.22mm2，则最大可允许的拓扑结构如下：
1个中继器：
2.4 km，62个站
2个中继器：
3.6 km，92个站
3个中继器：
4.8 km，122个站
用2个中继器的线性型总线拓扑，如图2-2所示：
图2-2在线性型总线拓扑中的中继器
在树型拓扑结构中，例如图2-3所示，可以用更多个中继器，并可连接多于122个站，如5个中继器和127个站。
这种拓扑结构可覆盖很大的一个区域，例如在数据率低于93.75kbit/s，导线横截面积为0.22mm2时，总线长度可达4.8km。
图2-3在树型拓扑中的中继器
2.2PROFIBUS第1层〔物理层〕
PROFIBUS第1层描述数据传输技术、总线连接器的针脚分配以及应遵照的技术参数。
还包含PROFIBUS-DP设备有关物理层的设计准则。
2.2.1PROFIBUS数据传输电缆类型的选择
根据应用，用户可以在电数据传输电缆和光纤数据传输电缆之间进行选择。
可使用以下数据电缆类型：
∙标准总线电缆
∙带有非卤素〔halogen-free〕外壳〔类型FRNC〕的标准总线电缆
∙带有光电护套〔PEsheath〕的电缆，用于食品及医药制造业〔它完全不同于标准总线电缆的电缆护套〕
∙直接掩埋的〔buried〕电缆，带有额外保护护套，用于铺设在地下
∙下垂〔Trailing〕电缆〔这是一种特殊的电缆类型，用于机械偶然或间断移动的部分〕
∙丝网〔Festooned〕电缆。
与下垂电缆相比，丝网电缆拥有额外的张力减轻元素。
在PROFIBUS标准中，规定总线电缆为“电缆类型A”，并且应遵守下表中的参数。
在PROFIBUS标准中所描述的电缆类型B，现已过时，不再使用。
表2-2示出了标准类型A总线电缆的参数。
表2-2总线电缆参数
参数
电缆类型A
特征阻抗〔Ω〕
工作容量（pF/米）
回路电阻（Ω/km）
芯线直径（mm）
芯线横截面积（mm²）
135...165，在频率为〔3...20MHz〕时
<30
<=110
>0.64*）
>0.34*）
*）所使用的电缆横截面积应当符合总线接口连接器的机械规格。
表2-3示出了标准类型A总线电缆所规定的电缆参数，它指出了在各别数据速率下每个总线网段的最大长度。
表2-3每个网段的最大电缆长度
数据传输速率〔kbit/s〕
9.6
19.2
45.45
93.75
187.5
500
1500
3000
6000
12000
最大网段长度〔m〕
1200
1200
1200
1200
1000
400
200
100
100
100
重点：
在PROFIBUS-DP安装中，必须选择一个与该总线连接的所有设备都支持的数据传输速率。
所选择的数据传输速率决定了如上所述的最大网段的长度。
在每一个PROFIBUSDP网络中，两个总线站之间的最大许可的距离可计算如下：
（NO_REP+1）*网段长度
NO_REP=串联连接的中继器的最大数量〔依照中继器的类型〕。
例子：
中继器制造商的规定允许串联9个中继器。
那么在1500kbit/秒的数据传输速率下，两总线站之间的最大距离如下：
（9+1）*200m=2000m
2.2.2总线短截线
应防止使用无源总线短截线〔stub〕。
与总线连接的编程和诊断设备，如在调试阶段，通常使用它们自身的电缆〔起总线抽头〔tap-off〕电缆作用〕来连接。
在这种情况下，应当使用有源总线抽头设备〔如总线终端器，中继器，有源电缆等〕。
图2-4使用有源总线终端/中继器将诊断设备连接到总线
2.2.3总线终端器
为了最小化电缆反射并确保在数据线上所定义的噪声等级，在数据传输电缆的两端，必须使用如下连接的终端电阻器来终止：
图2-5PROFIBUS电缆的电缆终端器〔9针D型连接器的针脚号〕
2.2.4总线连接器及PROFIBUSDP接口
总线连接器用于总线电缆与PROFIUBS设备的连接。
总线连接器可使用各种保护等级以及机械设计。
主要依据PROFIBUS设备〔如PC接口，PLC或特殊的现场总线设备〕附近可使用的空间来决定连接器的选择。
PROFIBUS标准建议使用9针D型连接器。
依照所需的保护等级及现场总现设备的应用，也允许其他的连接器设计。
表2-4示出了9针D型连接器的针脚分配：
表2-4用于现场总线设备的9针D型连接器的针脚分配
针脚编号
信号
含义
1
屏蔽
屏蔽/功能地
2
M24
+24V输出电压的地
3
RxD/TxD-P*）
接收/发送数据–正〔B线〕
4
CNTR-P
中继器控制信号〔方向控制〕，RTS信号
5
DGND*）
数据地〔VP的参考电位〕
6
VP*）
供电电压–正（P5V）
7
P24
+24V输出电压
8
RxD/TxD-N*）
接收/发送数据–负〔A线〕
9
CNTR-N
中继器控制信号〔方向控制〕
*）以粗体并标有星号的信号是必备的和必须提供的。
其他信号为任选的。
所有使用标准9针D型连接器的现场总线设备，除了向总线连接器提供接收和发送信号外，还应提供VP及DGND信号。
使用所有其他连接器类型，仅需要连接接收和发送信号。
要确保所使用的连接器类型与所选择的波特率是相匹配的。
如果提供可选的信号，则它们也必须符合相关的PROFIBUS标准，并必须使用相应的GSD文件正确地描述。
为防止EMC干扰进入设备，电缆屏蔽应与设备的功能地①〔通常的导电外壳〕相连接。
通过将电缆屏蔽连接到D型连接器的金属外壳以及覆盖大范围的功能地来实现这一要求。
总线连接器与电缆屏蔽必须具有一个低阻抗的连接。
在抗干扰〔interference-immune〕的RS485接口标准标准中，描述了使用屏蔽双绞线数据电缆的串行总线系统的数据传输技术。
为了允许正确的总线终止，每个站点必须将信号DGND和VP〔5V〕分别连接到连接器的针脚5和针脚6。
为终端电阻器〔VP〕提供的5V电源，应当有10mA的最小额定电流〔如果通过总线发送了一个空〔NULL〕信号，则电流负载要增加到12mA〕。
如果需要能够向总线上的其他类型的设备〔如总线终端和光纤电缆驱动器〕供电，则额定电流应当增加到大约90mA。
①在一个装备中的电气设备通常是与功能地连接的。
它常常导致电位同等，带走干扰电流，并确保符合EMC规则，因此应按照高频电流的要求来安装。
由于站点的电容性负载及产生的电缆反射，总线连接器应提供有如图2-6所示的内置串联电感器。
图2-6具有内置终端电阻器及串联电感器的总线连接器
由于在总线连接器中内置串联电感器，因此网络中的所有总线连接器都应连接到现场总线设备，以确保由设备输入电容提供必需的电容性负载。
2.2.5终端电阻器的电源
使用电阻器组合的有源总线终端器防止了在数据传送期间的信号反射，并确保当总线上无站点活动时，在数据线上是规定的零信号电压。
在每一个RS285总线网段的开始和结束处，必须提供有源终端器。
如果缺少了总线终端器，就可能导致数据传输中的出错。
由于每个总线终端器也表现为一个电负载，并降低了信号电平从而降低了信噪比〔signal-to-noise〕。
如果安装了过多的总线终端，则也会产生问题。
总线终端的过多或过少还可能导致间断的数据传输错误，特别是在所运行的总线网段接近于最大站点数、最大总线网段长度及最大数据传输速率的规定限值时。
有源总线终端器所需的功率，通常通过总线连接器从与总线连接的站点获得。
如果在总线运行期间，不能保证持久地供给总线终端器所需的功率，那么必须采取其他可供选择的措施。
例如，在一个特殊的安装中，向总线终端器提供功率的站点，由于操作原因，可能需要重复切断或从总线移出。
在这种情况下，总线终端器应当使用外部电源或用于中继器来代替总线终端器。
3PROFIBUS〔DP〕电缆铺设规则
本指南的目的是增加对满足PROFIBUSDP安装要求的一般理解，从而确保符合EMC。
另外，用户仍然要负责遵循有效安全性及事故预防规章。
此外，以下的内容应当与制造商
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