PROFIBUS總線電纜的安裝與布線

賀超　胡尚舉

摘 要：PROFIBUS—DP總線現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，由于安裝不當(dāng)、未使用標(biāo)準(zhǔn)電纜、傳輸速率與距離、屏蔽與接地、電纜布線等各種因素的影響，會(huì)出現(xiàn)總線穩(wěn)定性差等問題。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，針對(duì)上述幾點(diǎn)因素進(jìn)行了分析并改善通訊線路，從而保證了通訊的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：profibus總線 屏蔽 電纜

中圖分類號(hào)：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（b）-0134-02

PROFIBUS一直側(cè)重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，由于其廣泛應(yīng)用性及開放性的特點(diǎn)，已成為能夠全面覆蓋工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線，適用于工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化領(lǐng)域。

在實(shí)際的施工過程中，由于安裝調(diào)試人員對(duì)profibus安裝規(guī)范不了解，對(duì)這一新技術(shù)掌握不夠。在盤柜安裝、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安裝與調(diào)試、使用維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)沒有遵守profibus安裝規(guī)范，引入外界EMC干擾。這些外部因素對(duì)總線系統(tǒng)在通訊和運(yùn)行中的穩(wěn)定性造成影響，從而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤甚至通訊中斷，致使設(shè)備運(yùn)行不正常。

太鋼精密帶鋼公司光亮退火線自2010年3月安裝調(diào)試完畢后，在試生產(chǎn)和正式生產(chǎn)的過程中屢次出現(xiàn)傳動(dòng)部分通訊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的問題。導(dǎo)致機(jī)組在正常運(yùn)行的過程中經(jīng)常因?yàn)橥ㄓ崝?shù)據(jù)丟失而發(fā)生停車事件，造成馬弗爐內(nèi)鋼帶過燒，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)爐內(nèi)斷帶，這對(duì)于連續(xù)退火線來說是一個(gè)非常致命的質(zhì)量隱患，不僅會(huì)降低機(jī)組的開動(dòng)率，還會(huì)造成質(zhì)量不合卷和廢品卷。Profibus總線的穩(wěn)定性顯得至關(guān)重要。

1 Profibus概述

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊的本質(zhì)是RS485串口通訊，按照不同的行業(yè)應(yīng)用，主要有三種通訊行規(guī)：DP，F(xiàn)MS和PA行規(guī)。

PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)的通訊速度較快，主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通訊介質(zhì)，PROFIBUS插頭，中繼器，診斷中繼器，OLM以及有源終端電阻等。

PROFIBUS通訊介質(zhì)包括profibus電纜和光纖兩種。

2 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)施工中常見的問題及處理

該公司的光亮退火線自安裝調(diào)試完，一年來，兩條光亮線共出現(xiàn)通訊報(bào)警128次，通訊不穩(wěn)造成機(jī)組累計(jì)停車時(shí)間60.2小時(shí)，造成質(zhì)量不合卷34個(gè)。用PROFIBUS-TESTER診斷檢測(cè)的傳動(dòng)部分各DP站電壓情況，超過一般的DP站的工作電壓都在臨界點(diǎn)附近，隨時(shí)都有可能發(fā)生故障，屬于存在隱患的狀態(tài)。

2.1 PROFIBUS總線連接器的安裝

總線的安裝是一件非常仔細(xì)、認(rèn)真的工作，要嚴(yán)格的按照行業(yè)規(guī)范進(jìn)行。安裝、維護(hù)中工作人員不嚴(yán)格按上面的方法操作，就會(huì)埋下總線不穩(wěn)定的隱患。不但抗干擾能力低，還容易脫落。

正確的接法如下。

PROFIBUS電纜在插頭內(nèi)接線時(shí)，須將屏蔽層剝開（屏蔽層長短要適中，保證和連接器金屬部分完全接觸），壓在插頭內(nèi)的金屬部分，將電纜的紅色和綠色芯固定在端子上，紅色芯應(yīng)接在端子A，綠色芯應(yīng)接在端子B；擰緊活動(dòng)夾子，確保總線壓緊屏蔽線該金屬部分與插頭外部的金屬部分相連，當(dāng)將插頭插在CPU或者ET200M等設(shè)備的DP口上時(shí)，則通過設(shè)備連接到了安裝底板，而安裝底板一般是連接在柜殼上并接地的，從而實(shí)現(xiàn)了屏蔽層的接地。

2.2 PROFIBUS總線柜內(nèi)的布線

由于Profibus—DP總線信號(hào)是弱電信號(hào)，不能距離動(dòng)力電纜電線或強(qiáng)電設(shè)備太近，特別是整流變頻設(shè)備。高電壓，大電流的動(dòng)力電纜，與小電壓和小電流的電纜應(yīng)該是分線槽布線，同時(shí)線槽應(yīng)蓋上蓋板，盡量全封閉；如果現(xiàn)場(chǎng)無法分線槽布線，則將兩類電纜盡量遠(yuǎn)離。

通訊電纜過長時(shí)，不要形成環(huán)狀。根據(jù)“右手定律”，如果接成環(huán)狀，有磁力線從環(huán)中間穿過時(shí)，容易產(chǎn)生干擾信號(hào)。盡量將過長的電纜剪短，放入柜內(nèi)的電纜槽內(nèi)。

通訊電纜的屏蔽層在進(jìn)/出電氣柜時(shí)，都應(yīng)該進(jìn)行屏蔽層接地處理

屏蔽層應(yīng)該保證與接地銅排進(jìn)行大面積的接觸。通訊電纜在進(jìn)/出電柜時(shí)，都應(yīng)該將電纜的屏蔽層進(jìn)行接地處理。這樣避免外部的干擾信號(hào)進(jìn)入電柜，同時(shí)也避免柜內(nèi)產(chǎn)生的干擾對(duì)外部設(shè)備造成影響，從而減少了外界磁場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電壓的影響。

2.3 傳輸距離與速率設(shè)置不匹配

現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸速率與距離的關(guān)系見表1。表1顯示的是傳輸速率與距離的理論值，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用還要考慮現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、設(shè)備的穩(wěn)定性等因素。精密帶鋼光亮線傳動(dòng)部分的的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)由主控（Siemens S7—300）、低壓開關(guān)柜總線、43臺(tái)LENZE變頻器構(gòu)成。最初組態(tài)時(shí)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率為1.5Mbps，系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過了半年的運(yùn)行，系統(tǒng)出現(xiàn)了不穩(wěn)定，但是實(shí)際的距離小于最大理論距離。在后來的調(diào)試過程中將傳輸速率由原來的1.5Mbps改為500kbps，通訊不穩(wěn)定的問題也隨之解決了。這說明在總線調(diào)試的過程中還要考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，往往最大理論值實(shí)際中是很難達(dá)到的。

2.4 中繼器的使用

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是RS485串口通訊，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)理論上最多可連接127個(gè)物理站點(diǎn)，其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備；每個(gè)物理網(wǎng)段最多32個(gè)物理站點(diǎn)設(shè)備，每個(gè)中繼設(shè)備（RS485中繼器、OLM）也做為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)物理站點(diǎn)，但沒有站號(hào)；精密帶鋼的光亮線傳動(dòng)部分的DP分站共有43個(gè)，理論上已經(jīng)超出了32個(gè)上限，但是原有的設(shè)計(jì)中沒有中繼器，在改造的過程中增加了一個(gè)中繼器。

2.5 PROFIBUS電纜

PROFIBUS介質(zhì)是一根屏蔽雙絞電纜，屏蔽可以提高電磁兼容（EMC）能力。PRO FIBUS電纜的特性阻抗應(yīng)在100Ω到220Ω之間，電纜電容（導(dǎo)體間）應(yīng)該<60pF/m，導(dǎo)線截面積應(yīng)≥0.22mm224（AWG）。電纜選擇標(biāo)準(zhǔn)參見美國標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-485的附錄。

信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中如果發(fā)生電纜阻抗的變化，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。消除這種反射的方法，其一可以在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)；其二就是保證整條通訊電路上的PROFIBUS電纜屬于同一種規(guī)格。這樣可以避免信號(hào)傳輸過程中的反射干擾。

2.6 改善效果

太鋼精密帶鋼公司的光亮退火線自調(diào)試完后，PROFIBUS—DP總線起初出現(xiàn)的問題比較多，基本上都是通訊不穩(wěn)定，甚至通信中斷，造成爐內(nèi)鋼帶過燒，導(dǎo)致很多質(zhì)量不合卷。自2011年，我們按照上述方法經(jīng)過了多次優(yōu)化改造，現(xiàn)已連續(xù)運(yùn)行一年時(shí)間無Profibus—DP總線故障，取得了顯著的效果，為公司創(chuàng)造了很客觀的效益。用PROFIBUS-TESTER診斷檢測(cè)后不難看出，改造前受干擾的各站電壓都恢復(fù)了正常值，由此可以看出按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范安裝施工的重要性。

3 結(jié)語

PROFIBUS總線的應(yīng)用場(chǎng)合非常多，應(yīng)用環(huán)境也各不相同，但只要嚴(yán)格按照PROFIBUS的規(guī)范進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)、遵守布線規(guī)則、處理好系統(tǒng)的“地”與“接地”等，將在很大程度上避免總線網(wǎng)絡(luò)使用中出現(xiàn)的各種問題。因此，也希望本文能給廣大工作在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的人員提供一些參考，按照PROFIBUS的安裝和規(guī)范正確的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工保證PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)和整個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 西門子.SIMOVERT MASTER DRIVES矢量控制使用大全[S].西門子電氣傳動(dòng)有限公司，2002，37.

[2] 顧洪軍.工業(yè)企業(yè)網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2002.

[3] Siemens PROFIBUS Interface Center'SPC3 User description，Rev.5，1996（10）：1～15.endprint

摘 要：PROFIBUS—DP總線現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，由于安裝不當(dāng)、未使用標(biāo)準(zhǔn)電纜、傳輸速率與距離、屏蔽與接地、電纜布線等各種因素的影響，會(huì)出現(xiàn)總線穩(wěn)定性差等問題。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，針對(duì)上述幾點(diǎn)因素進(jìn)行了分析并改善通訊線路，從而保證了通訊的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：profibus總線 屏蔽 電纜

中圖分類號(hào)：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（b）-0134-02

PROFIBUS一直側(cè)重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，由于其廣泛應(yīng)用性及開放性的特點(diǎn)，已成為能夠全面覆蓋工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線，適用于工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化領(lǐng)域。

在實(shí)際的施工過程中，由于安裝調(diào)試人員對(duì)profibus安裝規(guī)范不了解，對(duì)這一新技術(shù)掌握不夠。在盤柜安裝、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安裝與調(diào)試、使用維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)沒有遵守profibus安裝規(guī)范，引入外界EMC干擾。這些外部因素對(duì)總線系統(tǒng)在通訊和運(yùn)行中的穩(wěn)定性造成影響，從而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤甚至通訊中斷，致使設(shè)備運(yùn)行不正常。

太鋼精密帶鋼公司光亮退火線自2010年3月安裝調(diào)試完畢后，在試生產(chǎn)和正式生產(chǎn)的過程中屢次出現(xiàn)傳動(dòng)部分通訊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的問題。導(dǎo)致機(jī)組在正常運(yùn)行的過程中經(jīng)常因?yàn)橥ㄓ崝?shù)據(jù)丟失而發(fā)生停車事件，造成馬弗爐內(nèi)鋼帶過燒，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)爐內(nèi)斷帶，這對(duì)于連續(xù)退火線來說是一個(gè)非常致命的質(zhì)量隱患，不僅會(huì)降低機(jī)組的開動(dòng)率，還會(huì)造成質(zhì)量不合卷和廢品卷。Profibus總線的穩(wěn)定性顯得至關(guān)重要。

1 Profibus概述

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊的本質(zhì)是RS485串口通訊，按照不同的行業(yè)應(yīng)用，主要有三種通訊行規(guī)：DP，F(xiàn)MS和PA行規(guī)。

PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)的通訊速度較快，主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通訊介質(zhì)，PROFIBUS插頭，中繼器，診斷中繼器，OLM以及有源終端電阻等。

PROFIBUS通訊介質(zhì)包括profibus電纜和光纖兩種。

2 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)施工中常見的問題及處理

該公司的光亮退火線自安裝調(diào)試完，一年來，兩條光亮線共出現(xiàn)通訊報(bào)警128次，通訊不穩(wěn)造成機(jī)組累計(jì)停車時(shí)間60.2小時(shí)，造成質(zhì)量不合卷34個(gè)。用PROFIBUS-TESTER診斷檢測(cè)的傳動(dòng)部分各DP站電壓情況，超過一般的DP站的工作電壓都在臨界點(diǎn)附近，隨時(shí)都有可能發(fā)生故障，屬于存在隱患的狀態(tài)。

2.1 PROFIBUS總線連接器的安裝

總線的安裝是一件非常仔細(xì)、認(rèn)真的工作，要嚴(yán)格的按照行業(yè)規(guī)范進(jìn)行。安裝、維護(hù)中工作人員不嚴(yán)格按上面的方法操作，就會(huì)埋下總線不穩(wěn)定的隱患。不但抗干擾能力低，還容易脫落。

正確的接法如下。

PROFIBUS電纜在插頭內(nèi)接線時(shí)，須將屏蔽層剝開（屏蔽層長短要適中，保證和連接器金屬部分完全接觸），壓在插頭內(nèi)的金屬部分，將電纜的紅色和綠色芯固定在端子上，紅色芯應(yīng)接在端子A，綠色芯應(yīng)接在端子B；擰緊活動(dòng)夾子，確保總線壓緊屏蔽線該金屬部分與插頭外部的金屬部分相連，當(dāng)將插頭插在CPU或者ET200M等設(shè)備的DP口上時(shí)，則通過設(shè)備連接到了安裝底板，而安裝底板一般是連接在柜殼上并接地的，從而實(shí)現(xiàn)了屏蔽層的接地。

2.2 PROFIBUS總線柜內(nèi)的布線

由于Profibus—DP總線信號(hào)是弱電信號(hào)，不能距離動(dòng)力電纜電線或強(qiáng)電設(shè)備太近，特別是整流變頻設(shè)備。高電壓，大電流的動(dòng)力電纜，與小電壓和小電流的電纜應(yīng)該是分線槽布線，同時(shí)線槽應(yīng)蓋上蓋板，盡量全封閉；如果現(xiàn)場(chǎng)無法分線槽布線，則將兩類電纜盡量遠(yuǎn)離。

通訊電纜過長時(shí)，不要形成環(huán)狀。根據(jù)“右手定律”，如果接成環(huán)狀，有磁力線從環(huán)中間穿過時(shí)，容易產(chǎn)生干擾信號(hào)。盡量將過長的電纜剪短，放入柜內(nèi)的電纜槽內(nèi)。

通訊電纜的屏蔽層在進(jìn)/出電氣柜時(shí)，都應(yīng)該進(jìn)行屏蔽層接地處理

屏蔽層應(yīng)該保證與接地銅排進(jìn)行大面積的接觸。通訊電纜在進(jìn)/出電柜時(shí)，都應(yīng)該將電纜的屏蔽層進(jìn)行接地處理。這樣避免外部的干擾信號(hào)進(jìn)入電柜，同時(shí)也避免柜內(nèi)產(chǎn)生的干擾對(duì)外部設(shè)備造成影響，從而減少了外界磁場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電壓的影響。

2.3 傳輸距離與速率設(shè)置不匹配

現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸速率與距離的關(guān)系見表1。表1顯示的是傳輸速率與距離的理論值，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用還要考慮現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、設(shè)備的穩(wěn)定性等因素。精密帶鋼光亮線傳動(dòng)部分的的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)由主控（Siemens S7—300）、低壓開關(guān)柜總線、43臺(tái)LENZE變頻器構(gòu)成。最初組態(tài)時(shí)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率為1.5Mbps，系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過了半年的運(yùn)行，系統(tǒng)出現(xiàn)了不穩(wěn)定，但是實(shí)際的距離小于最大理論距離。在后來的調(diào)試過程中將傳輸速率由原來的1.5Mbps改為500kbps，通訊不穩(wěn)定的問題也隨之解決了。這說明在總線調(diào)試的過程中還要考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，往往最大理論值實(shí)際中是很難達(dá)到的。

2.4 中繼器的使用

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是RS485串口通訊，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)理論上最多可連接127個(gè)物理站點(diǎn)，其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備；每個(gè)物理網(wǎng)段最多32個(gè)物理站點(diǎn)設(shè)備，每個(gè)中繼設(shè)備（RS485中繼器、OLM）也做為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)物理站點(diǎn)，但沒有站號(hào)；精密帶鋼的光亮線傳動(dòng)部分的DP分站共有43個(gè)，理論上已經(jīng)超出了32個(gè)上限，但是原有的設(shè)計(jì)中沒有中繼器，在改造的過程中增加了一個(gè)中繼器。

2.5 PROFIBUS電纜

PROFIBUS介質(zhì)是一根屏蔽雙絞電纜，屏蔽可以提高電磁兼容（EMC）能力。PRO FIBUS電纜的特性阻抗應(yīng)在100Ω到220Ω之間，電纜電容（導(dǎo)體間）應(yīng)該<60pF/m，導(dǎo)線截面積應(yīng)≥0.22mm224（AWG）。電纜選擇標(biāo)準(zhǔn)參見美國標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-485的附錄。

信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中如果發(fā)生電纜阻抗的變化，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。消除這種反射的方法，其一可以在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)；其二就是保證整條通訊電路上的PROFIBUS電纜屬于同一種規(guī)格。這樣可以避免信號(hào)傳輸過程中的反射干擾。

2.6 改善效果

太鋼精密帶鋼公司的光亮退火線自調(diào)試完后，PROFIBUS—DP總線起初出現(xiàn)的問題比較多，基本上都是通訊不穩(wěn)定，甚至通信中斷，造成爐內(nèi)鋼帶過燒，導(dǎo)致很多質(zhì)量不合卷。自2011年，我們按照上述方法經(jīng)過了多次優(yōu)化改造，現(xiàn)已連續(xù)運(yùn)行一年時(shí)間無Profibus—DP總線故障，取得了顯著的效果，為公司創(chuàng)造了很客觀的效益。用PROFIBUS-TESTER診斷檢測(cè)后不難看出，改造前受干擾的各站電壓都恢復(fù)了正常值，由此可以看出按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范安裝施工的重要性。

3 結(jié)語

PROFIBUS總線的應(yīng)用場(chǎng)合非常多，應(yīng)用環(huán)境也各不相同，但只要嚴(yán)格按照PROFIBUS的規(guī)范進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)、遵守布線規(guī)則、處理好系統(tǒng)的“地”與“接地”等，將在很大程度上避免總線網(wǎng)絡(luò)使用中出現(xiàn)的各種問題。因此，也希望本文能給廣大工作在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的人員提供一些參考，按照PROFIBUS的安裝和規(guī)范正確的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工保證PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)和整個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 西門子.SIMOVERT MASTER DRIVES矢量控制使用大全[S].西門子電氣傳動(dòng)有限公司，2002，37.

[2] 顧洪軍.工業(yè)企業(yè)網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2002.

[3] Siemens PROFIBUS Interface Center'SPC3 User description，Rev.5，1996（10）：1～15.endprint

摘 要：PROFIBUS—DP總線現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，由于安裝不當(dāng)、未使用標(biāo)準(zhǔn)電纜、傳輸速率與距離、屏蔽與接地、電纜布線等各種因素的影響，會(huì)出現(xiàn)總線穩(wěn)定性差等問題。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，針對(duì)上述幾點(diǎn)因素進(jìn)行了分析并改善通訊線路，從而保證了通訊的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：profibus總線 屏蔽 電纜

中圖分類號(hào)：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（b）-0134-02

PROFIBUS一直側(cè)重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，由于其廣泛應(yīng)用性及開放性的特點(diǎn)，已成為能夠全面覆蓋工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線，適用于工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化領(lǐng)域。

在實(shí)際的施工過程中，由于安裝調(diào)試人員對(duì)profibus安裝規(guī)范不了解，對(duì)這一新技術(shù)掌握不夠。在盤柜安裝、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安裝與調(diào)試、使用維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)沒有遵守profibus安裝規(guī)范，引入外界EMC干擾。這些外部因素對(duì)總線系統(tǒng)在通訊和運(yùn)行中的穩(wěn)定性造成影響，從而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤甚至通訊中斷，致使設(shè)備運(yùn)行不正常。

太鋼精密帶鋼公司光亮退火線自2010年3月安裝調(diào)試完畢后，在試生產(chǎn)和正式生產(chǎn)的過程中屢次出現(xiàn)傳動(dòng)部分通訊網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的問題。導(dǎo)致機(jī)組在正常運(yùn)行的過程中經(jīng)常因?yàn)橥ㄓ崝?shù)據(jù)丟失而發(fā)生停車事件，造成馬弗爐內(nèi)鋼帶過燒，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)爐內(nèi)斷帶，這對(duì)于連續(xù)退火線來說是一個(gè)非常致命的質(zhì)量隱患，不僅會(huì)降低機(jī)組的開動(dòng)率，還會(huì)造成質(zhì)量不合卷和廢品卷。Profibus總線的穩(wěn)定性顯得至關(guān)重要。

1 Profibus概述

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊的本質(zhì)是RS485串口通訊，按照不同的行業(yè)應(yīng)用，主要有三種通訊行規(guī)：DP，F(xiàn)MS和PA行規(guī)。

PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)的通訊速度較快，主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通訊介質(zhì)，PROFIBUS插頭，中繼器，診斷中繼器，OLM以及有源終端電阻等。

PROFIBUS通訊介質(zhì)包括profibus電纜和光纖兩種。

2 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)施工中常見的問題及處理

該公司的光亮退火線自安裝調(diào)試完，一年來，兩條光亮線共出現(xiàn)通訊報(bào)警128次，通訊不穩(wěn)造成機(jī)組累計(jì)停車時(shí)間60.2小時(shí)，造成質(zhì)量不合卷34個(gè)。用PROFIBUS-TESTER診斷檢測(cè)的傳動(dòng)部分各DP站電壓情況，超過一般的DP站的工作電壓都在臨界點(diǎn)附近，隨時(shí)都有可能發(fā)生故障，屬于存在隱患的狀態(tài)。

2.1 PROFIBUS總線連接器的安裝

總線的安裝是一件非常仔細(xì)、認(rèn)真的工作，要嚴(yán)格的按照行業(yè)規(guī)范進(jìn)行。安裝、維護(hù)中工作人員不嚴(yán)格按上面的方法操作，就會(huì)埋下總線不穩(wěn)定的隱患。不但抗干擾能力低，還容易脫落。

正確的接法如下。

PROFIBUS電纜在插頭內(nèi)接線時(shí)，須將屏蔽層剝開（屏蔽層長短要適中，保證和連接器金屬部分完全接觸），壓在插頭內(nèi)的金屬部分，將電纜的紅色和綠色芯固定在端子上，紅色芯應(yīng)接在端子A，綠色芯應(yīng)接在端子B；擰緊活動(dòng)夾子，確保總線壓緊屏蔽線該金屬部分與插頭外部的金屬部分相連，當(dāng)將插頭插在CPU或者ET200M等設(shè)備的DP口上時(shí)，則通過設(shè)備連接到了安裝底板，而安裝底板一般是連接在柜殼上并接地的，從而實(shí)現(xiàn)了屏蔽層的接地。

2.2 PROFIBUS總線柜內(nèi)的布線

由于Profibus—DP總線信號(hào)是弱電信號(hào)，不能距離動(dòng)力電纜電線或強(qiáng)電設(shè)備太近，特別是整流變頻設(shè)備。高電壓，大電流的動(dòng)力電纜，與小電壓和小電流的電纜應(yīng)該是分線槽布線，同時(shí)線槽應(yīng)蓋上蓋板，盡量全封閉；如果現(xiàn)場(chǎng)無法分線槽布線，則將兩類電纜盡量遠(yuǎn)離。

通訊電纜過長時(shí)，不要形成環(huán)狀。根據(jù)“右手定律”，如果接成環(huán)狀，有磁力線從環(huán)中間穿過時(shí)，容易產(chǎn)生干擾信號(hào)。盡量將過長的電纜剪短，放入柜內(nèi)的電纜槽內(nèi)。

通訊電纜的屏蔽層在進(jìn)/出電氣柜時(shí)，都應(yīng)該進(jìn)行屏蔽層接地處理

屏蔽層應(yīng)該保證與接地銅排進(jìn)行大面積的接觸。通訊電纜在進(jìn)/出電柜時(shí)，都應(yīng)該將電纜的屏蔽層進(jìn)行接地處理。這樣避免外部的干擾信號(hào)進(jìn)入電柜，同時(shí)也避免柜內(nèi)產(chǎn)生的干擾對(duì)外部設(shè)備造成影響，從而減少了外界磁場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電壓的影響。

2.3 傳輸距離與速率設(shè)置不匹配

現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸速率與距離的關(guān)系見表1。表1顯示的是傳輸速率與距離的理論值，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用還要考慮現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、設(shè)備的穩(wěn)定性等因素。精密帶鋼光亮線傳動(dòng)部分的的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)由主控（Siemens S7—300）、低壓開關(guān)柜總線、43臺(tái)LENZE變頻器構(gòu)成。最初組態(tài)時(shí)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率為1.5Mbps，系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過了半年的運(yùn)行，系統(tǒng)出現(xiàn)了不穩(wěn)定，但是實(shí)際的距離小于最大理論距離。在后來的調(diào)試過程中將傳輸速率由原來的1.5Mbps改為500kbps，通訊不穩(wěn)定的問題也隨之解決了。這說明在總線調(diào)試的過程中還要考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，往往最大理論值實(shí)際中是很難達(dá)到的。

2.4 中繼器的使用

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是RS485串口通訊，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)理論上最多可連接127個(gè)物理站點(diǎn)，其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備；每個(gè)物理網(wǎng)段最多32個(gè)物理站點(diǎn)設(shè)備，每個(gè)中繼設(shè)備（RS485中繼器、OLM）也做為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)物理站點(diǎn)，但沒有站號(hào)；精密帶鋼的光亮線傳動(dòng)部分的DP分站共有43個(gè)，理論上已經(jīng)超出了32個(gè)上限，但是原有的設(shè)計(jì)中沒有中繼器，在改造的過程中增加了一個(gè)中繼器。

2.5 PROFIBUS電纜

PROFIBUS介質(zhì)是一根屏蔽雙絞電纜，屏蔽可以提高電磁兼容（EMC）能力。PRO FIBUS電纜的特性阻抗應(yīng)在100Ω到220Ω之間，電纜電容（導(dǎo)體間）應(yīng)該<60pF/m，導(dǎo)線截面積應(yīng)≥0.22mm224（AWG）。電纜選擇標(biāo)準(zhǔn)參見美國標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-485的附錄。

信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中如果發(fā)生電纜阻抗的變化，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。消除這種反射的方法，其一可以在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)；其二就是保證整條通訊電路上的PROFIBUS電纜屬于同一種規(guī)格。這樣可以避免信號(hào)傳輸過程中的反射干擾。

2.6 改善效果

太鋼精密帶鋼公司的光亮退火線自調(diào)試完后，PROFIBUS—DP總線起初出現(xiàn)的問題比較多，基本上都是通訊不穩(wěn)定，甚至通信中斷，造成爐內(nèi)鋼帶過燒，導(dǎo)致很多質(zhì)量不合卷。自2011年，我們按照上述方法經(jīng)過了多次優(yōu)化改造，現(xiàn)已連續(xù)運(yùn)行一年時(shí)間無Profibus—DP總線故障，取得了顯著的效果，為公司創(chuàng)造了很客觀的效益。用PROFIBUS-TESTER診斷檢測(cè)后不難看出，改造前受干擾的各站電壓都恢復(fù)了正常值，由此可以看出按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范安裝施工的重要性。

3 結(jié)語

PROFIBUS總線的應(yīng)用場(chǎng)合非常多，應(yīng)用環(huán)境也各不相同，但只要嚴(yán)格按照PROFIBUS的規(guī)范進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)、遵守布線規(guī)則、處理好系統(tǒng)的“地”與“接地”等，將在很大程度上避免總線網(wǎng)絡(luò)使用中出現(xiàn)的各種問題。因此，也希望本文能給廣大工作在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的人員提供一些參考，按照PROFIBUS的安裝和規(guī)范正確的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工保證PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)和整個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的正常運(yùn)行。

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