现场总线Profibus安装指导

1西安热工研究院TPRI现场总线控制系统FCS简介及安装指导自动化技术研究中心2西安热工研究院TPRIProfibus简介国际电工委员会IEC61158对现场总线定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点的数据总线称为现场总线。现场总线的标准化进程漫长的国际标准制定过程（16年），已产生了妥协和折衷性质的IEC61158现场总线国际标准，2000年包含了8种类型的现场总线。到2007年11月增加到16类，其中包括中国自主研发的EPA现场总线标准。3西安热工研究院TPRIProfibus简介国际著名现场总线组织基金会现场总线FF：美国公司为主的国际性组织Profibus组织：德国和欧洲国公司为主的国际性组织WorldFIP组织：法国、北美等国公司为主的国际性组织ControlNet组织：由ROCKWELL公司牵头的国际性组织4西安热工研究院TPRIProfibus简介Profibus现场总线技术是由离散控制(PLC)发展而来。是IEC61158现场总线国际标准中的第3类。Profibus技术规范，在2006年10月经国家标准化管委会审查通过，成为我国第一个现场总线国家标准：GB/T20540-2006Profibus产品，全球有超过250家公司生产1500多种产品。5西安热工研究院TPRIProfibus简介通信模型：1.物理层－DP、FMS为RS－485传输，9.6k～12Mb/sPA为IEC61158-2传输，总线供电，31.25kb/s2.数据链路层－采用一致的总线存取协议：令牌和主从令牌：主站与主站之间通信主从：主站与从站之间通信7.用户层－实现不同厂家设备的互换和互操性，通用站描述文件(GSD)电子设备数据文件（EDDL或FDT/DTM）6西安热工研究院TPRIProfibus简介通讯协议：Profibus接口标准：RS-4851.RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（0.2—6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（0.2—6）V表示。2.RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。4.RS-485最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座。7西安热工研究院TPRIProfibus简介典型架构：AutomationServerActuatorsPROFIBUSDPupto12Mbit/sAnalogTransmittersActuatorsDiscreteSensors/ActuatorsMotorprotectionPROFIBUSPA31.25kbit/sAS-interfaceDP/PALinkFibreoptic15kmOLMOLMRepeaterDP/AS-iGenericProfibusDBDeviceDP/DPY-LinkTerminatingElementActuatorsDiscreteSensors/ActuatorsMotorprotectionAS-interfaceRepeater-iLinkPROFIBUSDPMasterPROFIBUSDPMaster00AutomationHighwayET200MET200MFUMDP/DPY-Link8西安热工研究院TPRI主要内容DP电缆介绍安装注意事项连接器的使用网段检测ProfibusDP安装9西安热工研究院TPRIProfibusDP安装专家指出PROFIBUS系统中最常出现的问题是：终端电阻设置错误;电源线布置不当；电缆走线不当;使用错误的电缆;使用未经认证的或损坏的PROFIBUS设备。在这几条中基本上都和安装有关，这说明FieldbusControlSystem（FCS）中，对最终用户来说系统的安装接线是非常重要的环节。10西安热工研究院TPRI符合EN50170标准的PROFIBUS-DP/FMSA型电缆带屏蔽的双绞线电缆电阻：110Ω/km电缆截面积：0.8mm²B：红色(+)，A：绿色(-)使用DB-9连接器与设备相连ProfibusDP安装DP电缆参数：11西安热工研究院TPRIProfibusDP安装1200m≤93.75kBit/s1000m≤187.5kBit/s400m≤500kBit/s200m≤1.5MBit/s100m≤12MBit/sRS485PROFIBUSDP最长的网段距离物理层DP电缆通讯距离：12西安热工研究院TPRIProfibusDP安装一般来说，电厂的许多电缆都带有高压和大电流，将PROFIBUS电缆与这样的电缆放置在一起可能造成干扰，从而使数据传输产生错误可采用以下方法减少干扰：-与可能造成干扰的电缆间隔距离尽量远-尽量减少与可能造成干扰的电缆并行走线-满足电缆最小弯曲半径的要求13西安热工研究院TPRIProfibusDP安装PROFIBUS电缆（屏蔽数据电缆）和其它电缆间的最小距离PROFIBUS电缆间距无隔板或非金属隔板铝隔板钢隔板信号传输PROFIBUS等网络信号电缆0mm0mm0mmPC、编程设备、打印机等的数字信号电缆带屏蔽的模拟量输入、输出信号电缆供电非屏蔽200mm100mm50mm屏蔽0mm0mm0mm14西安热工研究院TPRIProfibusDP安装如果各种电缆只能布置在一个金属电缆桥架内，则电缆间距应符合表1的要求。如果空间确实很小，无法满足要求，那么不同种类电缆间必须由金属隔板分隔。隔板与桥架间必须有大面积良好连接。当电缆需要交叉时，相互间夹角必须为直角。15西安热工研究院TPRIProfibusDP安装请注意允许的最小弯曲半径：单个弯曲，半径≥75mm；多个弯曲，半径≥150mm。若弯曲半径小于此数据，则将对PROFIBUS电缆造成损坏并改变其电气特性。电缆敷设时，由于还需要注意PROFIBUS的张力，因此在脱拽电缆时应该有一个更大的弯曲半径。还需要注意的情况是牵引PROFIBUS电缆经过有夹角的桥架时，为避免这种情况下由于额外的拉力和过小的弯曲半径对电缆造成损坏，请使用滑轮装置。柜内接线槽盒内不能折叠电缆。弯曲半径16西安热工研究院TPRIProfibusDP安装有效的接地和等电势连接对于PROFIBUS网络的抗干扰能力非常重要。接地和连接主要是为了确保PROFIBUS功能的正确执行，而不是安全方面因素。电缆屏蔽层的良好接地可以减少电磁干扰。等电势连接确保了整个网络各处接地点等电势，将避免接地电流流过PROFIBUS电缆的屏蔽层。保护地从根本上说是为了保护人员不会触电。功能地为设备屏蔽提供了稳定的0电压参考点。设备外壳和其它任何屏蔽应该接到功能地，这样静电干扰将被传到地。PROFIBUS功能地接地端子由右边的符号标识。使用合适线径的（2.5mm²）铜电缆来连接PROFIBUS站的地。接地和等电势连接17西安热工研究院TPRIProfibusDP安装屏蔽对于PROFIBUS铜电缆来说非常重要。它将数据电缆进行屏蔽，从而避免了干扰。为了使屏蔽有效，必须将其与等电势连接系统相连。未接地的屏蔽没有任何作用。在每个站将PROFIBUS电缆屏蔽层与等电势连接系统相连。如果使用了PROFIBUS连接器，则连接器就提供了连接屏蔽的措施。只有正确的连接才能实现良好的屏蔽。屏蔽与等电势连接系统相连对于PROFIBUS站：18西安热工研究院TPRIProfibusDP安装直接接入PROFIBUS电缆的PROFIBUS站一般来说都提供了接入等电势连接系统的手段。如果正确安装了PROFIBUS电缆，就不再需要额外的屏蔽连接了。如果设备没有屏蔽连接手段，则PROFIBUS电缆的屏蔽需就近接入等电势连接系统。将安装条（比如安装导轨）与等电势连接系统相连。对于某些PROFIBUS站，屏蔽层与等电势系统的连接是通过安装螺丝实现的。19西安热工研究院TPRIProfibusDP安装在机柜入口将屏蔽与等电势系统相连。连接面积应足够大。只剥开需要连接的部分电缆的外皮。确保剥离PROFIBUS电缆的外皮时不会损坏屏蔽网。用于屏蔽连接的是电缆的网格层，许多PROFIBUS电缆还具有金属箔层，这一层不能用于屏蔽连接。机柜入口及建筑物入口20西安热工研究院TPRIProfibusDP安装应避免使用总线短截线（stubline）,如果必需使用，应尽量缩短长度，最长≤300mm。特别地，对于包含频率变换器（如变频器）的设备，必需有抑制谐波干扰的措施。21西安热工研究院TPRIProfibusDP连接器及使用9针D型连接器防护等级：IP20。保证可靠快速的连接和可靠接地。22西安热工研究院TPRIProfibusDP连接器及使用Siemens公司的D型连接器23西安热工研究院TPRIProfibusDP连接器及使用剥线工具及其使用24西安热工研究院TPRIProfibusDP连接器及使用防护等级：IP66或更高。使用较少，一般都随设备附带。M12可以提供“输入”、“输出”分立的连接方式，也可提供T型头连接方式。前者在移去从站设备时非常不便，后者可以解决这个问题，但会产生一点儿短的线路接头（stubline）。M12连接器及混合连接器25西安热工研究院TPRIProfibusDP连接器及使用端子直接连接26西安热工研究院TPRIProfibusDP网段检测使用专用工具可以精确检测，但要求较高。使用万用表发现并修理Profibus安装故障：单纯的数据线倒置两个数据线之一中断电缆屏蔽中断两个数据线之间短路数据线与电缆屏蔽之间短路万用表使用条件：检测网段中必需使用相同的部件（Profibus电缆和连接器）检测网段中任何设备不应被连接检测网段中不应带电检测网段中所有终端电阻不应有效27西安热工研究院TPRIProfibusDP网段检测使用万用表检查屏蔽与A线和B线之间的电压，确保此网段不带电。电缆回路阻抗（Ω）＝网段电缆长度（km）×特定回路阻抗（Ω/km）ProfibusDPA型标准电缆的特定回路阻抗是110Ω/km依次测量各个连接器。第一步第二步在连接器的针脚之间测量阻抗测量的阻抗无穷大测量的阻抗≤回路阻抗测量的阻抗≈110Ω测量的阻抗≈220Ω针脚8（A线）针脚3（B线）电缆OKA与B短路2个终端电阻有效1个终端电阻有效针脚8（A线）屏蔽电缆OKA与屏蔽短路－－－－－－－－－－针脚3（B线）屏蔽电缆OKB与屏蔽短路－－－－－－－－－－28西安热工研究院TPRIProfibusDP网段检测第二步全部OK后，在所测试网段的第1个连接器上短接针脚8（A线）和屏蔽。依次测量各个连接器。第三步在连接器的针脚之间测量阻抗测量的阻抗无穷大测量的阻抗≈回路阻抗针脚8（A线）针脚3（B线）电缆OKA－B交叉针脚8（A线）屏蔽在A或屏蔽中开路电缆OK29西安热工研究院TPRIProfibusDP网段检测在所测试网段的第1个连接器上短接针脚3（B线）和屏蔽。依次测量各个连接器。短接第1个连接器中的针脚3（B线）和针脚8（A线），在最后一个连接器中针脚3（B线）与针脚8（A线）之间测量回路阻抗，可检查电缆长度：网段电缆长度（km）＝电缆回路阻抗（Ω）÷特定回路阻抗（Ω/km）第四步在连接器的针脚之间测量阻抗测量的阻抗无穷大测量的阻抗≈回路阻抗针脚3（B线）屏蔽在A或屏蔽中开路电缆OK第