西門子CPU315-2PN/DP模塊

時(shí)間：2018-07-27作者：湖南迪碩自動(dòng)化設(shè)備有限公司瀏覽：5

S7-200系統(tǒng)支持的PPI、MPI和PROFIBUS-DP協(xié)議通常以RS-485電氣網(wǎng)絡(luò)為硬件基礎(chǔ)。
RS-485串行通信標(biāo)準(zhǔn)采用平衡信號(hào)傳輸方式，或者稱為差動(dòng)模式。平衡傳輸方式可以有效地抑制傳輸過程中干擾。
平衡方式采用一對(duì)導(dǎo)線，利用兩根導(dǎo)線間的電壓差傳輸傳輸信號(hào)。這兩根導(dǎo)線被命名為A（TxD/RxD-）和B（TxD/RxD+）。當(dāng)B的電壓比A高時(shí)，認(rèn)為傳輸?shù)氖沁壿?高"電平；當(dāng)B的電壓比A低時(shí)，認(rèn)為傳輸?shù)氖沁壿?低"電平信號(hào)。能夠有效工作的差動(dòng)電壓范圍十分寬廣，可以從零點(diǎn)幾伏到接近十伏。
RS-485通信端口可以做到很高的通信速率，較長的通信距離，以及并聯(lián)連接多個(gè)端口。

平衡通信方式能否有效工作受到共模電壓差的影響。RS-485接口的兩根導(dǎo)線相對(duì)于通信對(duì)象信號(hào)地的電壓差就是共模電壓。非電氣隔離的RS-485接口能在一定的范圍內(nèi)抵抗共模電壓對(duì)通信的干擾。


S7-200 CPU通信口的共模抑制電壓是12V。所以對(duì)于這類非隔離型的RS-485端口，保證通信口之間的信號(hào)地等電位非常重要，好將它們連接在一起（并不是說一定要接地）。


S7-200系統(tǒng)中的RS-485端口是半雙工的，不能同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)。
在S7-200系統(tǒng)中，選擇合適的通信設(shè)備，可以做到波特率從1200到12M，單段距離1000m，單段站點(diǎn)32個(gè)的通信網(wǎng)絡(luò)。通過中繼器，RS-485電氣網(wǎng)絡(luò)還可以擴(kuò)展通信距離，增加通信站點(diǎn)。詳情請(qǐng)參考《S7-200系統(tǒng)手冊(cè)》關(guān)于通信的專門一章。
雖然常見的RS-485通信器件在電氣性能上基本一致，但物理接口卻五花八門，沒有統(tǒng)一的規(guī)定。

西門子系統(tǒng)中的 D-Sub 9 針型 RS-485 端口，引腳定義是基本一致的。

4.1 S7-200系統(tǒng)中的RS-485通信
在S7-200系統(tǒng)中，CPU上的通信口（編程口），以及EM277模塊上的通信端口都是符合RS-485電氣標(biāo)準(zhǔn)的。但它們也有所不同：

S7-200 CPU上的通信口是非隔離型的，高通信速率187.5K波特
EM277上的通信口是隔離的，高通信速率12M，并且速率自適應(yīng)

以下三種協(xié)議，都可以在RS-485的硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)通信：

PPI（包括編程通信、S7-200 CPU之間、S7-200 CPU與HMI之間的通信等）
MPI（S7-200 CPU與S7-300/400 CPU、S7-200 CPU與HMI之間、EM277與HMI之間的通信等）
PROFIBUS-DP（EM277與其他PROFIBUS-DP主站之間的通信）

實(shí)際上，如果各通信站點(diǎn)的地址不同，通信波特率相同，上述三個(gè)協(xié)議可以在一個(gè)RS-485網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)各自的通信。當(dāng)然，一個(gè)站點(diǎn)支持什么協(xié)議受到自身?xiàng)l件所限。


因此考察上述電氣網(wǎng)絡(luò)的通信時(shí)，我們應(yīng)注意到它們都受RS-485網(wǎng)絡(luò)電氣基礎(chǔ)的制約。上述網(wǎng)絡(luò)所用的網(wǎng)絡(luò)硬件基本一樣。

5RS-485網(wǎng)絡(luò)的硬件組成



在S7-200系統(tǒng)中，無論是組成PPI、MPI還是RPOFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，或是Modbus RTU網(wǎng)絡(luò)，用到的主要部件都是一樣的：

PROFIBUS電纜：電纜型號(hào)有多種，其中基本的是PROFIBUS FC（Fast Connect快速連接）Standard電纜（訂貨號(hào)6XV1 830-0EH10）
PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接器：網(wǎng)絡(luò)連接器也有多種形式，如出線角度不同等等
5.1 連接網(wǎng)絡(luò)連接器
A. 電纜和剝線器。使用FC技術(shù)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(hào)6GK1905-6AA00）。


B. 打開PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接器。首先打開電纜張力釋放壓塊，然后掀開芯線鎖。


圖2. 打開的PROFIBUS連接器


C. 去除PROFIBUS電纜芯線外的保護(hù)層，將芯線按照相應(yīng)的顏色標(biāo)記插入芯線鎖，再把鎖塊用力壓下，使內(nèi)部導(dǎo)體接觸。應(yīng)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


由于通信頻率比較高，因此通信電纜采用雙端接地。電纜兩頭都要連接屏蔽層。


D. 復(fù)位電纜壓塊，擰緊螺絲，消除外部拉力對(duì)內(nèi)部連接的影響。

5.2 網(wǎng)絡(luò)連接器
網(wǎng)絡(luò)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于一般聯(lián)網(wǎng)，帶編程口的插頭可以在聯(lián)網(wǎng)的同時(shí)仍然提供一個(gè)編程連接端口，用于編程或者連接HMI等。


圖4. 左側(cè)為不帶編程口的網(wǎng)絡(luò)連接器（訂貨號(hào)：6ES7 972-0BA52-0XA0）
右側(cè)的是帶編程口的網(wǎng)絡(luò)連接器（訂貨號(hào)：6ES7 972-0BB52-0XA0）

5.3 線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
通過PROFIBUS電纜連接網(wǎng)絡(luò)插頭，構(gòu)成總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。


圖5. 總線型網(wǎng)絡(luò)連接


在上圖中，網(wǎng)絡(luò)連接器A、B、C分別插到三個(gè)通信站點(diǎn)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(jié)構(gòu)可以照此擴(kuò)展。


注意圓圈內(nèi)的"終端電阻"開關(guān)設(shè)置。網(wǎng)絡(luò)終端的插頭，其終端電阻開關(guān)必須放在"ON"的位置；中間站點(diǎn)的插頭其終端電阻開關(guān)應(yīng)放在"OFF"位置。

5.4 終端電阻和偏置電阻
一個(gè)正規(guī)的RS-485網(wǎng)絡(luò)使用終端電阻和偏置電阻。在網(wǎng)絡(luò)連接線非常短、臨時(shí)或?qū)嶒?yàn)室測(cè)試時(shí)也可以不使用終端和偏置電阻。

終端電阻：在線型網(wǎng)絡(luò)兩端（相距遠(yuǎn)的兩個(gè)通信端口上），并聯(lián)在一對(duì)通信線上的電阻。根據(jù)傳輸線理論，終端電阻可以吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射波，有效地增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。兩個(gè)終端電阻并聯(lián)后的值應(yīng)當(dāng)基本等于傳輸線在通信頻率上的特性阻抗 偏置電阻：偏置電阻用于在電氣情況復(fù)雜時(shí)確保A、B信號(hào)的相對(duì)關(guān)系，保證"0"、"1"信號(hào)的可靠性


西門子的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接器已經(jīng)內(nèi)置了終端和偏置電阻，通過一個(gè)開關(guān)方便地接通或斷開。終端和偏置電阻的值完全符合西門子通信端口和PROFIBUS電纜的要求。


合上網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)插頭的終端電阻開關(guān)，可以非常方便地切斷插頭后面的部分網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸。


與其他設(shè)備通信時(shí)（采用PROFIBUS電纜），對(duì)方的通信端口可能不是D-SUB9針型的，或者引腳定義完全不同。如西門子的MM4x0變頻器，RS-485通信口采用端子接線形式，這種情況下需要另外連接終端電阻，西門子可以提供一個(gè)比較規(guī)整的外接電阻。對(duì)于其他設(shè)備，可以參照《S7-200系統(tǒng)手冊(cè)》上的技術(shù)數(shù)據(jù)制作。


西門子網(wǎng)絡(luò)插頭中的終端電阻、偏置電阻的大小與西門子PROFIBUS電纜的特性阻抗相匹配，強(qiáng)烈建議用戶配套使用西門子的PROFIBUS電纜和網(wǎng)絡(luò)插頭?？梢员苊庠S多麻煩。
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