PROFIBUS Commissioning 8032 调试规范.docx
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PROFIBUSCommissioning8032调试规范
PROFIBUS
调试规定
Version1.0.9
May2015
OrderNo:
8.032
目录
PROFIBUS1
前言4
安全信息5
免责声明6
参考标准7
符号说明8
1简单的PROFIBUS诊断10
1.1介绍10
1.2手持设备11
1.3光纤测量12
1.3.1光纤的衰减测量12
1.3.2OTDR测量13
1.3.3使用光纤测量过程13
1.4通信统计13
2装配验收15
2.1目视检查-PROFIBUS铜缆和光纤电缆15
2.2验收测量（measurements）PROFIBUSRS-48516
2.3验收测量-PROFIBUSMBP（PA）18
2.4验收测量光纤19
2.4.1常规19
2.4.2测量结果阻尼测量19
3调试/验收20
3.1总线测试20
3.2总线调试20
3.2.1系统配置（步骤3）20
3.2.2验证PROFIBUS站地址（步骤4）22
3.2.3调试PROFIBUS站（步骤5）23
3.2.4测试信号输入（步骤6）23
3.2.5测试信号输出（步骤7）24
3.2.6创建验收清单（步骤8）24
4故障排除25
4.1故障排除简介25
4.2检查布线基础设施25
4.3使用总线监视器进行测量26
4.4诊断电报26
4.5示波器测量27
4.5.1所需具备的技术条件27
4.5.2测量辅助28
4.5.3测量PROFIBUSRS48529
4.5.4典型信号波形33
4.5.5测量PROFIBUSMBP（PA）36
4.6光纤测量38
5附件40
5.1调试/验收清单40
5.2万用表（用于测量电压，电阻和电流的仪器）44
5.2.1带有9针Sub-D插头连接器的PROFIBUSRS48544
5.2.2带有5针M12插头连接器的PROFIBUSRS48548
5.2.3带有4针M12插头连接器的PROFIBUSMBP（PA）48
6术语/定义/缩略语52
7索引56
前言
已有大量可用于PROFIBUS的文档。
那么为什么现在添加调试安装指南？
答案很简单。
现有文件已在不同时间创建，因此具有不同的结构。
此外，它们还包含针对PROFIBUS组件开发人员的大量规范。
用户不需要这些信息。
顾名思义，“调试安装指南”旨在支持PROFIBUS系统的调试。
它有助于您验证PROFIBUS网络的正确安装和组装。
此外，安装指南可帮助您查找可能的错误。
因此，“调试安装指引”不仅适用于调试人员，也适用于维修人员。
信息的呈现尽可能简单，以确保可理解性。
但是，调试和故障排除需要先前的PROFIBUS经验。
因此，您应该熟悉PROFIBUS系统的规划和组装所涉及的基本原理。
此外，您应该有实现PROFBUS系统的经验。
PROFIBUS的工作原理在调试安装指南中没有讨论。
如果您需要此信息，请使用PI提供的相应文档或相应的技术文献。
有关PROFIBUS组件的信息，请参见“安装指南”（Orderno.8.022）。
本文档不代替任何现有文档。
PI以前的文件仍然有效。
安全信息
使用PROFIBUS安装指南进行调试可能涉及处理危险材料或工具，或涉及危险工作。
由于PROFIBUS的多样化应用，不可能考虑所有选项或安全要求。
每个系统都有不同的要求。
为了让您有能力判断可能的危险，您必须在开始工作之前了解有关各自系统的安全要求。
必须特别注意遵守制度及运行的国家的法律法规。
您还应遵守一般健康和安全要求，以及系统正在建造的公司的要求。
还要考虑制造商提供的PROFIBUS组件的文档。
免责声明
本文档仅供参考，不作任何保证。
未经具体通知，该文档可能会在将来发生变更，扩展或更正。
PROFIBUS用户组织明确拒绝本文档的任何形式的合同或法律责任，包括故障保修和质量保证。
在任何情况下，PROFIBUS用户组织不对本文档中任何类型的缺陷、故障、遗漏或由任何人使用、依赖本文档造成或导致的任何损失或损害负责。
参考标准
IEC61158
工业通信网络-现场总线规范
IEC61508-4（2011-02）
电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全：
第4部分：
定义和缩写
IEC61784-1（2013-01）
用于测量和控制的数字数据通信-第1部分，用于工业控制系统中现场总线使用的连续和分立制造的型材组。
符号说明
本文档包含许多图形。
它们旨加强对文本的理解。
图形通常以黑色和白色显示。
彩色紫仅用于强调重要细节。
以下字段显示使用的颜色。
以下线形用于显示等电位连接和接地电缆。
此外，使用以下符号显示接地连接。
此外，使用以下符号表示特别重要的文字段落。
危险！
该符号表示生命和健康的危险。
遵循说明书非常重要！
警告！
该符号表示财产损失的危险。
观察结构是为了避免财产损失。
制造商说明书
左侧的符号表示您必须遵循制造商的结构。
在这种情况下，本指南中的信息表示补充信息。
注意
符号表示干扰危险。
按照说明重新引起干扰的风险。
提示
提示提供实用的指导，方便您的工作和改进系统结构。
1简单的PROFIBUS诊断
1.1介绍
本章介绍一些简单的诊断工具，您可以使用它们来测试PROFIBUS电缆的安装。
这些测试对于布线验收特别重要。
这些工具还可以帮助您查找安装过程中发生的错误。
这里介绍以下工具。
•手持设备
手持设备是特别开发用于通过RS485接口测试PROFIBUS电缆的设备。
除了测试安装，它们还提供额外的功能。
例如，确定可到达的PROFIBUS站。
使用手持设备，必须通过9针Sub-D插头连接器将设备连接到PROFIBUS电缆。
•衰减测量
测量衰减是光纤最简单的测试过程。
您可以使用它来确定从光纤一端到另一端的亮度brightness损失的大小。
•诊断缓冲区/主站统计信息
诊断缓冲区和主站提供统计数据进行故障排除的第一个线索。
它们集成在PROFIBUS站中，除了编程设备和相应的软件之外不需要任何其他设备。
1.2手持设备
已经开发了手持设备，简化、加快PROFIBUS安装的测试程序。
使用手持设备进行测量可以提供比使用万用表更快、更清晰的检查结果和更多的诊断可能性。
除了检查PROFIBUS电缆之外，还可以对PROFIBUS站进行其它测量和检查。
市场上可用的设备的功能和范围相似。
但是，它们的操作不尽相同。
因此，这些设备在这里不再详细描述。
如果您想要更准确的信息，请咨询制造商。
您必须阅读制造商的操作说明。
当使用手持设备测试电缆和连接器时，通常从段的两端进行测试。
这种测量可以确保检测到典型的电缆故障，如短路、断路、不同的阻抗、交叉连接。
如果两个连接器中有一个交叉连接的电线，则可以通过测试每段的每个连接器来找到该故障。
这种类型故障的一个常见的例子是中间插头接线时输入和输出PROFIBUS电缆芯互换连接。
如果没有手持设备可用于测试，也可以使用标准万用表进行一些基本测量。
有关如何进行的说明，请参阅附件。
1.3光纤测量
1.3.1光纤的衰减测量
衰减或插入损耗测量（符合IEC60793-1-40B）对于光纤是有用的。
测量可以突出光纤和连接中的损耗。
发射机将光发射到光纤的一端。
校准接收机测量接收到的光，从而指示损耗。
衰减或插入损耗通常以dB为单位。
在一些国家，“阻尼”也用于描述相同的测量。
下表提供了有关各种PROFIBUS光纤类型的最大衰减的信息。
测量分两步进行。
首先必须校准接收机。
为此，使用参考光纤测量，测量发射机的发射功率。
参考光纤必须处于非常好的状态，特别是连接必须抛光到非常高的质量。
参考光纤只能用于最多500个参考测量。
然后连接必须重新抛光。
2000个参考测量后，必须更换参考光纤。
一旦接收机被校准，测量可以在第二步中进行。
透射光的波长必须调整到光纤类型。
因此，您将需要与所使用的光纤匹配的测量系统。
只能使用特殊的参考光纤来校准接收机。
必须使用属于测试接收机的发射机进行测量。
这些子组件相匹配。
测试期间必须禁用PROFIBUS信号；否则测量将被破坏。
因为参考光纤连接件被抛光到非常高的质量，必须非常小心地处理。
1.3.2OTDR测量
除了衰减测量，光时域反射仪（OTDR）也是可用的。
OTDR可以定位光纤中的缺陷点。
为此，设备发射信号到光纤中。
信号的一部分反映在连接点或干扰点处。
该装置测量信号的反射部分强度，以及接收反射后的延迟。
测量提供故障严重性和位置的信息。
这个过程要求很高，因为结果不是用纯文本显示的。
通常有图形显示。
操作员评估测量结果时，需要相当多的经验。
1.3.3使用光纤测量过程
如果您在极少数情况下只处理光纤，则由于成本高昂和所需的技能，您不应该购买测量设备。
相反，可以找一家专业公司执行这项任务。
但是，如果您购买了适当的测量系统，那么请参加设备制造商提供的培训课程。
请阅读相关的行业文献了解更多信息。
1.4通信统计
PROFIBUS报文可能会被以下其中一种损坏：
•由于电缆故障引起的信号反射（例如电缆断裂、不良连接、故障终端电阻、短线stubs）
•在设备或电缆的环境中存在特别高的电磁干扰
•设备故障
PROFIBUS具有许多机制，以确保可靠的通信，即使存在这种损坏。
例如，任何损坏的请求、丢失或损坏的响应将导致控制主站重复该请求。
可以通过设置“重试限制”来配置允许的重试次数。
请注意，增加允许的重试次数也将增加循环时间。
PROFIBUS系统可以长时间运行，没有可见的错误，即使一些电报被损坏。
理想情况下，调试工程师想希望了解网络上发生的电报损坏程度，以便采取纠正措施。
一些PROFIBUS主站具有集成的计数器，可提供通信质量或可靠性的统计信息。
这些主要组件提供有关已传送多少电报以及需要重复的电报的信息。
计数器计数接收到的有效和无效电报的数量。
这些计数器的检查提供了PROFIBUS系统状况的有价值的指示。
任何重复或有缺陷的报文都表示PROFIBUS系统中的问题。
此信息可能对调试有用。
在编程工具中使用相应的规划软件，通常可以访问计数器。
有关详细信息，请参阅制造商的文档。
如果您的PROFIBUS主站不应该有这些计数器，也可以使用外部设备来确定报文损坏。
请检查制造商提供的描述，以了解您在PROFIBUS主站上可用的上述功能。
2装配验收
装配验收程序在安装完成后进行。
安装人员可以通过装配验收程序，根据规划和规定，记录装配件的执行情况。
因此，记录装配验收结果。
然后可以将日志提交给调试人员。
在这一点上，我们讨论装配验收程序应该做什么，以及如何记录结果。
每个PROFIBUS段应进行单独测试和记录。
附录中提供了装配验收文件的模板
2.1目视检查-PROFIBUS铜缆和光纤电缆
在其它测试开始之前，应始终执行PROFIBUS布线的目视检查。
目视检查使您能够根据布线指导验证安装是否已经进行。
在此阶段可以检测到比如损坏的PROFIBUS电缆，弯曲半径不足，不符合最小间距和其它可能的错误。
表2提供了在目视检查期间应检查的物品清单。
该表适用于：
•PROFIBUSRS-485，
•PROFIBUSMBP（PROFIBUSPA）和
•PROFIBUS光纤电缆
但是，对于PROFIBUSMBP（PA）段，不需要步骤9。
类似地，可以跳过光纤段的步骤2、5、9、13。
附录提供了PROFIBUSRS-485，PROFIBUSMBP（PA）和PROFIBUS光纤段的目视检查清单。
表2：
PROFIBUS铜缆目视检查清单
1.
按计划铺设电缆？
2.
按计划的电缆类型？
3.
分支线路不超过最大长度？
4.
按计划的连接器（M12，Sub-D9等）？
5.
符合布线之间的最小间距，还是插入了金属隔板？
6.
PROFIBUS电缆情况良好（无损坏）？
7.
遵守弯曲半径规格？
8.
交叉电缆为直角？
9.
每个段都提供两个电源终端电阻？
10.
为终端电阻提供保证电源（即使在紧急情况下）?
11.
锋利的边缘已被覆盖或移除？
12.
防止在危险点出现的机械损坏的防护措施?
13.
至少有一个插头存在与编程设备连接？
14.
应变消除装置附件？
15.
根据规定建立等电位联结？
16.
屏蔽应用于PROFIBUS站，并连接到等电位联结？
17.
机柜入口屏蔽与等电位联结相连？
18.
电缆盘接地？
19.
根据结构图（24V/230V子组件未反转）使用的组件？
20.
传输速度和PROFIBUS地址根据结构图设置？
21.
不需要的通道根据制造商的描述进行切换？
22.
在模拟组件上选择适当的测量范围（电流/电压）？
另外在RS485-IS段（Ex环境）的情况下
23.
仅使用现场总线隔离中继器？
24.
传输速率限制在1.5Mbit/s？
25.
没有使用离散电感器的连接器（例如110nH，如高传输速率所需）？
26.
使用的设备有Ex认证？
另外在PROFIsafe安装的情况下
27.
没有用短线stubs？
28.
仅通过PROFIsafe认证的设备（安全和标准）？
2.2验收测量（measurements）PROFIBUSRS-485
装配验收程序的第二部分是对PROFIBUS电缆电气功能的验证。
请使用手持设备进行此测量。
无论采用哪种方法，测量结果都应适当记录。
附录中的装配验收清单可作为模板。
然后可以将日志提交给调试人员。
许多手持式测试工具具有相关的PC软件，可用于自动记录测量结果。
表3提供了应进行验收的测量清单。
一般来说，手持设备不适用于有爆炸危险的工厂。
表3：
PROFIBUSRS485电缆接线测量清单
1.
接线测试
数据芯（datacore）A和B之间没有短路？
数据芯（datacore）A与屏蔽之间无短路？
数据芯（datacore）B与屏蔽之间无短路？
数据芯（datacore）A完好无损？
数据芯（datacore）B完好无损？
屏蔽完好无损？
数据芯（datacore）没有颠倒（交换）？
终端（terminators）仅在段尾（每段最多2个终端）？
2.
接口测试？
所有接口上的终端电压是否存在？
所有站的RS485信号强度足够？
CNTR信号存在于主站上？
3.
在线设备列表（livelist）？
所有PROFIBUS站都可以到达地址？
4.
段长度测量（电缆类型A）？
最大段长度为9.6kBit/s至93.75kBit/s：
1,200m？
最大段长度为187.5kBit/s：
1000m？
最大段长度为500kBit/s：
400m？
最大段长度为1.5kBit/s：
200m？
最大段长度为3MBit/s至12MBit/s：
100m？
5.
观察到PROFIBUS设备之间的最短电缆长度？
（参见“PROFIBUS规划安装指南”）
验收流程步骤说明
•步骤1：
接线测试
使用第1章中描述的测量过程，验证接线是否正确执行。
•步骤2：
接口测试
可以使用手持设备来检查PROFIBUS电缆和从设备接口。
验证以下界面特性：
oPROFIBUS信号
o终端器的电源电压
oCNTR信号（并非所有手持设备）
为此，将手持设备连接到相应的PROFIBUS站。
有关精确的程序，请参阅制造商对手持设备的描述。
也可以用万用表检查电源电压。
测量在9针sub-D连接器的引脚5（+5V）和引脚6（接地）之间进行。
•步骤3：
生成在线设备列表（livelist）
检查是否可以到达所有PROFIBUS站。
许多手持设备支持此功能。
一些具有适当软件的编程设备也提供了这种可能性
•步骤4
使用第1章中描述的测量过程，验证最大允许电缆运行的规格是否符合要求。
•步骤5：
反射测试
使用手持设备检查PROFIBUS上是否有反射。
这些可能发生在有缺陷的连接点，或者它们可能由短线（stubs）或损坏的PROFIBUS电缆引起。
如果您在处理示波器方面有经验，那么您也可以按照第4.5章所述使用此设备。
2.3验收测量-PROFIBUSMBP（PA）
可以用万用表或安装测试仪检查PROFIBUSMBP（PA）接线。
第5.2.3节介绍了如何做到这一点。
PROFIBUSMBP（PA）验收测量清单可在附录中找到。
当使用万用表进行验收测量时，必须测量PROFIBUSMBP（PA）电缆上的直流电压。
每个站应至少为9V且不超过32V。
非危险设备的典型值为19V。
对于有爆炸危险的本安型设备，值不得超过13.5V。
PROFIBUSMBP（PA）经常用于有爆炸危险的地区。
请注意，特殊规定适用于有爆炸危险的工厂。
在验收测量之前与工厂操作员联系，以确定是否可以进行验收测量，以及在这种情况下必须遵守哪些安全措施。
2.4验收测量光纤
2.4.1常规
在规划中，无法精确地计算通过光纤进行信号传输的质量。
例如，信号传输通过光纤和连接器被削弱或衰减。
安装完成后进行的衰减测量是确定损失程度的唯一方法（见第1.5.1节）。
该测试还可以确定光纤放置时是否损坏。
因为衰减测量需要昂贵的设备，并且测量结果的评估需要专业技能，您应该考虑聘请一家专业公司进行测量。
为此，我们在这里不再详细讨论光纤的测量过程。
如果您打算购买适当的测量设备，请就制造商提供必要的设备和培训建议。
请注意，现代设备会监视输入的FO电缆的信号强度并提供相应的诊断数据。
但是，这仅适用于操作监控，不能代替验收测量。
2.4.2测量结果阻尼测量
如果专业公司为您执行测量，那么您将从该公司获取测量记录。
在测量日志中，您将找到一个测量值，显示传输路径的信号衰减程度。
损耗通常用dB表示。
测得的衰减值应小于表4所示的最大光纤衰减值。
表4：
最大光纤衰减-光纤
单模光纤
多模光纤
PCF-/HCS光纤
混合光纤
标准型
增强型
典型波长
1320nm
850nm
660nm
660nm
660nm
最大光纤衰减
5dB
6dB
4dB
6dB
11.5dB
*1PCF和HCS是商标
请参考制造商的信息，了解所使用的光纤的衰减。
3调试/验收
3.1总线测试
安装后，必须调试PROFIBUS网络。
安装验收文件应提交给您进行调试。
如果已提交此文档，则不需要对PROFIBUS组件进行其它测试。
如果此文档不存在，那么您应该按照第0章的说明和安装程序一起执行装配验收。
3.2总线调试
调试过程分为八个步骤：
步骤1：
目视检查（Visualinspection）
步骤2：
验收测量（Acceptancemeasurements）
步骤3：
系统配置
步骤4：
验证PROFIBUS站的地址设置。
步骤5：
主站和从站现状（Commission）
步骤6：
测试信号输入
步骤7：
测试信号输出
步骤8：
创建验收清单
步骤1和2是装配验收的一部分，应该已经完成。
现在更详细地说明步骤3至8。
3.2.1系统配置（步骤3）
PROFIBUS设备的组态通常包括使用软件配置工具来描述PROFIBUS系统。
由于编程设备和软件因制造商而异，我们无法详细说明如何进行此阶段。
在开始系统配置之前，您应该熟悉编程设备和相关软件的操作。
在这里我们列出你应该注意的几点。
数据速率
PROFIBUS数据速率是一个重要的考虑因素。
较高的比特率会产生更快的周期时间，然而高比特率要求严格遵守布线指南，因为布线质量的要求随着数据速率的提高而显着增加。
在实践中，建议您使用可以达到所需周期的最低比特率。
比特率在PROFIBUS主站设备上设置；大多数现代PROFIBUS从站自动适应主站比特率。
只有偶尔需要在从设备上设置比特率。
确保需要所有PROFIBUS站设置正确的比特率。
如果传输速度设置不正确，则不会建立通信。
设备描述文件
通过设备描述文件将PROFIBUS站集成到项目中。
这涉及到描述PROFIBUS站特性的标准化文件类型。
设备描述文件通常缩写为“GSD文件”。
GSD代表“总站说明”。
设备的GSD文件包含有关该设备可用的特性和选项的标准化信息。
GSD文件通常包含在配置工具中出现在PC屏幕上的文本。
未指定用于GSD文件中的文本的语言（通常使用英语或德语）。
GSD文件的特定语言版本通常可用，并由语言特定的文件扩展名指定。
如果可能，您应该使用适合您所选语言的设备描述文件。
可以使用以下文件类型：
•*.gse为英语
•*.gsf为法语
•*.gsg为德语
•*.gsi为意大利语
•*.gsp为葡萄牙语
•*.gss为西班牙语
另外一般文件类型“*.gsd”也是可以的；此文件类型以英文创建。
必须为PROFIBUS系统上的设备使用正确的GSD文件。
每种类型的PROFIBUS设备具有唯一的标识（ID）号码。
ID号由PROFIBUS用户组织分配，对于每种类型的PROFIBUS设备都是独一无二的。
GSD文件必须与配置的设备的ID号相对应。
选择GSD文件的过程简单，因为GSD文件名包含ID号。
GSD文件名最多包含8个字符。
前四个字符表示PROFIBUS设备制造商的名称；最后四个字符的ID号以十六进制表示。
例如：
“SIEM8027.GSD”——西门子设备ID8027的通用文件
“WAGOB760.GSE”——用于WAGO设备IDB760的英文文件
通常在使用不同制造商的设备时，来自各种制造商的设备的GSD文件必须导入到配置工具中。
这通常意味着将GSD文件复制到用于配置的PC或笔记本计算机上的正确目录中。
请参阅配置程序手册或帮助文件，了解如何导入GSD文件。
所使用的PROFIBUS站的当前GSD文件可从制造商处获得。
使用GSD文件时，请确保GSD文件版本与PROFIBUS站版本相匹配。
否则有可能某些功能将不可用。
编址
必须在配置工具中正确设置每个PROFIBUS站的地址。
如果设置了不正确的地址，则主站将无法与站通信。
您应确保配置工具中使用的地址与PROFIBUS站的计划地址一致。
此外，您应该检查物理PROFIBUS站上设置的地址是否与项目计划中的地址匹配。
总线参数
总线参数用于设置PROFIBUS周期内同步的细节。
有很多参数涉及，但通常可以使用系统标准设置。
如果您需要更改总线参数，请阅读制造商相关projecting软件的说明以及所使用的PROFIBUS站。
保存项目
一旦完成，系统配置应保存在合适的数据介质（U盘，CD）上，并作为验收过程的一部分提交给客户。
此外，备用副本也应安全存储。
因此，这些信息在发生故障或服务时会有用。
3.2.2验证PROFIBUS站地址（步骤4）
PROFIBUS站的地址可以通过以下三种方式之一进行设置：
•设备上的本地开关（二进制DIP开关或旋转开关）。
•使用配置工具（称为2类主站）软件设置PROFIBUS网络上的设备地址。
•某些设备可能使用特殊软件和串行链接或手持工具来设置设备地址（例如某些主站设备，驱动器或HMI设备）。
通过PROFIBUS设置地址的PROFIBUS站通常以126的预设地址递送。
重要的是，没有两个
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