西門子最強大的通訊功能,可離不了它,高手必學

2021-01-12 騰訊網

提到西門子的通訊,就不得說PROFIBUS。你知道它是什麼嗎?如何使用?

PROFIBUS支持主從模式和多主多從模式。對於多主站的模式,在主站之間按令牌傳遞決定對總線的控制權,取得控制權的主站可以向從站發送、獲取信息,實現點對點的通信。

一、PROFIBUS的組成PROFIBUS協議包括三個主要部分:PROFIBUS-DP(分布式外部設備)、PR0FIBUS-PA(過程自動化)和PR0FIBUS-FMS(現場總線報文規範)。

1、PROFIBUS-DP(分布式外部設備)PROFIBUS-DP是一種高速低成本數據傳輸,用於自動化系統中單元級控制設備與分布式I/O(例如ET 200)的通信。主站之間的通信為令牌方式,主站與從站之間為主從輪詢方式,以及這兩種方式的混合。一個網絡中有若干個被動節點(從站),而它的邏輯令牌只含有一個主動令牌(主站),這樣的網絡為純主一從系統。圖1所示為典型的主從PROFIBUS-DP總線,圖中有一個站為主站,其他站都是主站的從站。

圖1 典型的主從PROFTBUS-DP總線

2、PROFIBUS-PA(過程自動化)PROFIBUS-PA用於過程自動化的現場傳感器和執行器的低速數據傳輸,使用擴展的PROFIBUS-DP協議。傳輸技術採用IEC 1158-2標準,可以用於防爆區域的傳感器和執行器與中央控制系統的通信。使用屏蔽雙絞線電纜,由總線提供電源。典型PROFIBUS-PA系統配置如圖2所示。

圖2 典型PROFIBUS-PA系統配置

3、PR0FIBUS-FMS(現場總線報文規範)

PR0FIBUS-FMS可用於車間級監控網絡,FMS提供大量的通信服務,用以完成中等級傳輸速度進行的循環和非循環的通信服務。對於FMS而言,它考慮的主要是系統功能而不是系統響應時間。如圖3所示,一個典型PROFIBUS-FMS系統由各種智能自動化單元組成,如PC、PLC、HMI等。

圖3 典型PROFIBUS-FMS系統

二、PROFIBUS協議結構PROFIBUS協議結構以ISO/OSI參考模型為基礎,其協議結構如圖4所示,第1層為物理層,定義了物理的傳輸特性;第2層為數據鏈路層;第3-6層PROFIBUS未使用;第7層為應用層、定義了應用的功能。

圖4 典型的PROFIBUS-FMS系統

PROFIBUS-DP是高效、快速的通信協議,它使用了第1層與第2層及用戶接口,第3-7層未使用。這種簡化的結構確保了DP快速、高效的數據傳輸。

三、傳輸技術PROFIBUS總線使用兩端有終端的總線拓撲結構、如圖5所示。

圖5 兩端有終端的總線拓撲結構

PROFIBUS使用三種傳輸技術:PROFIBUS DP和PROFIBUS FMS採用相同的傳輸技術,可使用RS485屏蔽雙絞線電纜傳輸或光纖傳輸;PROFIBUS PA採用IEC 1158-2傳輸技術;DP和FMS使用相同的傳輸技術和統一的總線存取協議,可以在同一根電纜上同時運行;DP/FMS符合EIA RS-485標準(也稱為H2),採用屏蔽或非屏蔽雙絞線電纜,9.6kbit/s-12Mbit/s。一個總線段最多32個站、帶中繼器最多127個站。DP/FMS傳輸距離與傳輸速率有關,3-12Mbit/s時為100m,9.6-93.75kbit/s時為1200m。

另外,為了適應強度很高的電磁幹擾環境或使用高速遠距離傳輸,PROFIBUS可使用光纖傳輸技術。

四、PROFIBUS總線連接器PROFIBUS總線連接器是用於連接PROFIBUS站與電纜實現信號傳輸·帶有內置終端電阻,如圖6所示。

圖6 PROFIBUS總線連接器

一、PROFIBUS-DP線的正確接法普及

正確接法如下圖,不用解釋,看圖就明白。PROFIBUS 電纜很簡單的,就只有兩根線在裡面,一根紅的一根綠的,然後外面有屏蔽層。接線的時候,要把屏蔽層接好,不能和裡面的電線接觸到。要分清楚進去的和出去的線分別是哪個,假如是一串的,就是一根總線下去,中間不斷地接入分站,這個是很常用的方法。在總線的兩頭的兩個接頭,線都要接在進去的那個孔裡,不能是出的那個孔,然後這兩個兩頭的接頭,要把它們的開關置為ON狀態,這時候就只有進去的那個接線是通的,而出去的那個接線是斷的。其餘中間的接頭,都置為 OFF,它們的進出兩個接線都是通的(記憶方法:ON表示接入終端電阻,所以兩端的接頭撥至ON;OFF表示斷開終端電阻,所以中間的接頭要撥至 OFF)。

二、手把手教你如何接,如何買

無論是組成MPI還是RPOFIBUS-DP網絡,用到的主要部件都是一樣的:

具體電纜及接頭訂貨號請參看:常用附件訂貨號

A. 電纜和剝線器。使用FC技術不用剝出裸露的銅線。

圖1. 剝好一端的PROFIBUS電纜與快速剝線器(FCS,訂貨號6GK1905-6AA00)。

B. 打開PROFIBUS網絡連接器。首先打開電纜張力釋放壓塊,然後掀開芯線鎖。

圖2. 打開的PROFIBUS連接器

C. 去除PROFIBUS電纜芯線外的保護層,將芯線按照相應的顏色標記插入芯線鎖,再把鎖塊用力壓下,使內部導體接觸。應注意使電纜剝出的屏蔽層與屏蔽連接壓片接觸。

圖3. 插入電纜

由於通信頻率比較高,因此通信電纜採用雙端接地。電纜兩頭都要連接屏蔽層。

D. 復位電纜壓塊,擰緊螺絲,消除外部拉力對內部連接的影響。

網絡連接器主要分為兩種類型:帶和不帶編程口的。不帶編程口的插頭用於一般聯網,帶編程口的插頭可以在聯網的同時仍然提供一個編程連接埠,用於編程或者連接HMI等。

圖4. 左側為不帶編程口的網絡連接器(訂貨號:6ES7 972-0BA52-0XA0)右側的是帶編程

通過PROFIBUS電纜連接網絡插頭,構成總線型網絡結構。

圖5. 總線型網絡連接

在上圖中,網絡連接器A、B、C分別插到三個通信站點的通信口上;電纜a把插頭A和B連接起來,電纜b連接插頭B和C。線型結構可以照此擴展。

注意圓圈內的「終端電阻」開關設置。網絡終端的插頭,其終端電阻開關必須放在「ON」的位置;中間站點的插頭其終端電阻開關應放在「OFF」位置。

注意事項;

終端電阻打ON的設備不能斷電,如圖5所示Profibus插頭上除了220歐的終端電阻以外還有兩個390歐的偏置電阻,並且偏置電阻上必須連接電源。

如果終端設備需要經常斷電維護,或者終端設備只有接線端子而沒有9針D型插座,就需要使用有源終端模塊作為Profibus總線的終端(6ES7 972-0DA00-0AA0)。

如果Profibus電纜不夠長,需要把兩根電纜接起來,不能簡單的把兩根銅芯擰起來,因為這樣會破壞電纜的特徵阻抗,可能會導致通訊問題。最好使用圖7中的接頭來連接兩根需要接起來的電纜。

3 RS485中繼器的終端電阻使用方法

Profibus通訊電纜的最大長度取決於通訊的波特率,如果電纜超過了所能通訊的最大長度,就需要使用RS485中繼器來延長通訊距離。

中繼器上有接線端子,Profibus電纜可直接連接到端子上。另外中繼器上也配有終端電阻。其用法與電纜插頭相同。

4 OLM上插頭終端電阻使用方法

如果現場設備通訊距離較遠,或者現場電磁幹擾嚴重,可以使用OLM把電信號轉化成光信號,使用光纜來傳輸信號。OLM上有RS485電氣接口,需要使用Profibus插頭來連接電纜。並且OLM電氣接口不論連接主站還是從站,接法都一樣。

對於只有一個RS485接口的OLM,可認為只有1網段,接法相同。

5 DP/DP coupler上插頭終端電阻使用方法

兩個DP主站可以使用DP/DP coupler來傳輸數據。DP/DP coupler上有兩個RS485接口,連接方法與OLM相同。

其實很多時候PROFIBUS-DP都給人一種不安全的感覺,只要是因為其操作係數高一些,但只要所有的工作都做得非常好,它也是很穩定的.

雖然目前越來越多的人喜歡使用PROFINET,但對於一些舊設備仍然有很多使用PROFIBUS-DP的,所以掌握它也是很有必要的!

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