PROFIBUS-DP安裝與布線——PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)安裝的規(guī)則

PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)安裝是PROFIBUS總線應(yīng)用的重要組成部分，不規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)安裝會(huì)引入外界EMC干擾，導(dǎo)致通訊質(zhì)量下降，直接影響設(shè)備的正常工作。盡管設(shè)備具有一定的抗干擾能力，但從總線上引入的部分干擾完全是不可修復(fù)的。所以，在網(wǎng)絡(luò)安裝中，必須本著規(guī)范、不依賴設(shè)備抗干擾能力的原則來進(jìn)行設(shè)備安裝和布線。一方面，要著力解決總線的屏蔽措施，提高網(wǎng)絡(luò)自身的免疫能力；另一方面，要注意避開干擾源，防止干擾串入網(wǎng)絡(luò)。本期文章就如何規(guī)范網(wǎng)絡(luò)安裝做一些講解，供網(wǎng)絡(luò)安裝人員參考。

1 網(wǎng)絡(luò)布線的規(guī)則

1.1 選擇標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS通訊電纜

標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS通訊電纜的特性阻抗為150 Ω，這與PB頭的終端電阻設(shè)置為“ON”時(shí)的終端電阻值剛好匹配，如果選擇普通的電纜，其特性阻抗與終端電阻很可能不匹配，則通訊性能將會(huì)受到影響。

標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS電纜往往是雙層屏蔽的，屏蔽效果比較好。另外，標(biāo)準(zhǔn)通訊電纜是雙絞的，因而對(duì)于信號(hào)在電纜內(nèi)傳輸時(shí)自身產(chǎn)生的干擾也能夠起到自我抑制的作用。

1.2 屏蔽層多點(diǎn)接地

PROFIBUS電纜在插頭內(nèi)接線時(shí)，須將屏蔽層剝開，壓在插頭內(nèi)的金屬部分，如圖1所示。該金屬部分與Sub-D插頭外部的金屬部分相連，當(dāng)將插頭插在PROFIBUS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。

圖1 連接器屏蔽層接地

由于接地有利于保護(hù)PROFIBUS設(shè)備以及DP通訊口，因此對(duì)于所有的PROFIBUS站點(diǎn)都要求進(jìn)行接地處理，即“多點(diǎn)接地”。

1.3 規(guī)范布線

(1)不同電壓等級(jí)的電纜分線槽布線

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，中間加金屬隔板進(jìn)行隔離，同時(shí)金屬線槽要做接地處理。電纜槽架之間的連接應(yīng)該保證用金屬連接部件大面積連接處理，同時(shí)注意“接地”的連接。

(2)通訊電纜單獨(dú)在線槽外布線時(shí)，可根據(jù)情況采用穿金屬管的方式

這樣既可以保護(hù)通訊電纜不被損壞，對(duì)于防止EMC干擾也有好處，但注意外部的金屬管需要接地。電纜通訊直接暴露在外面，很容易被壓斷，類似情況可考慮局部或者全部穿管。

(3)通訊電纜與動(dòng)力電纜避免長(zhǎng)距離平行布線

由于平行布線的兩根電纜之間需要考慮空間電容耦合，因此為了避免相互之間的影響，應(yīng)避免平行布線。與比較大的動(dòng)力電纜平行布線，這會(huì)導(dǎo)致該電纜比較容易受到動(dòng)力電纜的干擾。在這種情況下，可以交叉布線，如圖2所示，兩根交叉布線的電纜相互之間不會(huì)因?yàn)槿菪择詈隙a(chǎn)生干擾。

圖2 交叉布線避免耦合干擾

(4)盡量將電纜貼近大面積的金屬板

通訊電纜應(yīng)與大面積的金屬板或“地平面”貼近，這樣有效地獲得金屬板的屏蔽保護(hù)。

(5)通訊電纜過長(zhǎng)時(shí)，不要形成環(huán)狀

此時(shí)如果有磁力線從環(huán)中間穿過時(shí)，根據(jù)“右手定律”，容易產(chǎn)生干擾信號(hào)。已經(jīng)完成的項(xiàng)目，不存在電纜長(zhǎng)度變化的可能，因此建議用戶將過長(zhǎng)的電纜剪短，放入柜內(nèi)的電纜槽內(nèi)。

(6)通訊線連接的設(shè)備應(yīng)做等電勢(shì)連接

PROFIBUS連接的站點(diǎn)可能分布較廣，為了保證通訊的質(zhì)量，一般要求所有通訊站點(diǎn)都應(yīng)該處于同一個(gè)電壓等級(jí)上，即應(yīng)當(dāng)都是“等電勢(shì)”的。

如果兩個(gè)站點(diǎn)的“地”之間不等電勢(shì)，則當(dāng)兩個(gè)設(shè)備分別各自接地時(shí)，將會(huì)在兩個(gè)接地點(diǎn)之間產(chǎn)生電勢(shì)差，此時(shí)電流會(huì)流過通訊電纜的屏蔽層，從而對(duì)通訊產(chǎn)生影響。因此應(yīng)該在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行等電勢(shì)的綁定。如圖3所示。

可以用等勢(shì)線將兩個(gè)設(shè)備的“地”進(jìn)行連接，等勢(shì)線的規(guī)格為：銅6mm2，鋁16mm2，鋼50mm2。

當(dāng)然，這里不是要求所有的現(xiàn)場(chǎng)都需要增加額外的等勢(shì)線而增加成本，只是建議在出現(xiàn)接地點(diǎn)電勢(shì)不相等的情況時(shí)，如果影響到通訊，或者可能造成設(shè)備損壞，則應(yīng)當(dāng)想辦法加以改進(jìn)。

圖3 通訊站點(diǎn)之間應(yīng)做“等電勢(shì)”處理

如果由于接地點(diǎn)本身的原因造成了通訊不穩(wěn)定，比如某個(gè)系統(tǒng)的“地”本身存在著很強(qiáng)的干擾，則在此處將屏蔽層接地反而會(huì)對(duì)PROFIBUS通訊造成影響，因而此時(shí)應(yīng)該考慮首先處理好“地”，然后再將PROFIBUS屏蔽層接地。

為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供一個(gè)良好的“地”以及進(jìn)行正確的“接地”是提高EMC特性的前提。

(7)通訊線在電柜內(nèi)的布線

通訊電纜在電柜內(nèi)布線時(shí)，也應(yīng)該遵循之前的原則，即遠(yuǎn)離干擾源。在柜內(nèi)的走線應(yīng)當(dāng)進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，盡量避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內(nèi)走線，同時(shí)，不要在柜內(nèi)形成“環(huán)”，特別時(shí)避免將變頻器等干擾源包圍在“環(huán)”內(nèi)。

2 通訊電纜的屏蔽層在電柜內(nèi)的處理

(1)首先是PROFIBUS插頭，除了之前介紹的，需要將屏蔽層壓在插頭的金屬部分外，還需要注意屏蔽層不要?jiǎng)冮_得太長(zhǎng)，否則會(huì)暴露在空間，成為容易受干擾的“天線”。

(2)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。如圖4所示。

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。如果通訊電纜在柜內(nèi)需要經(jīng)過端子連接，則屏蔽層最好在端子排的兩側(cè)分別進(jìn)行連接。

3 減小變頻器等干擾源設(shè)備對(duì)通訊的影響

圖4 PROFIBUS線屏蔽層連接到屏蔽地

變頻器等功率比較大的設(shè)備除了通過干擾電源、通過空間輻射干擾影響設(shè)備正常運(yùn)行外，隨著變頻器等設(shè)備具有PROFIBUS通訊的能力，這些設(shè)備產(chǎn)生的干擾也有可能直接進(jìn)入通訊系統(tǒng)，因而應(yīng)該對(duì)變頻器進(jìn)行EMC處理。

首先是變頻器的安裝。在電柜內(nèi)，盡量用鍍鋅底板替代噴漆底板做為安裝背板以改善EMC特性。

變頻器的出線都應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的EMC處理，比如通訊電纜采用屏蔽電纜接地，動(dòng)力電纜采用屏蔽電纜接地或者采用鐵氧體磁環(huán)進(jìn)行濾波處理等。

在網(wǎng)絡(luò)安裝中，必須本著規(guī)范、不依賴設(shè)備抗干擾能力的原則來進(jìn)行設(shè)備安裝和布線，一方面，要著力解決總線的屏蔽措施，提高網(wǎng)絡(luò)自身的免疫能力；另一方面，要注意避開干擾源，防止干擾串入網(wǎng)絡(luò)。

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