Промислові мережі та інтеграційні технології"PROFIBUSфізичний рівень"

1. Промислові мережі та інтеграційні
технології
PROFIBUS
фізичний рівень
реєстрація fieldbus_book@ukr.net
автор і лектор: Олександр Пупена (pupena_san@ukr.net)
зворотній зв’язок по курсу: Інтернет-форум АСУ в Україні (www.asu.in.ua)
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
1
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

2. Технології передачі
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
2

3. PROFIBUS on RS-485
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
3

4. RS-485: Рівні сигналів
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
4
conductor A:
Idle state: approx. +2 V
Transmitting state:
Minimum voltage approx. +1
Maximum voltage approx. +4 V
http://www.profibus.felser.ch/en/index.html?potentialausgleich.htm
conductor B :
Idle state: approx. +3 V
Transmitting state:
Minimum voltage approx. +1V
Maximum voltage approx. +4V
between B and A
- should lie between 4 V and 7 V
- values for positive and negative
voltage should be roughly equal
- difference between the two values
lies in practice around 0.5 V
- idle level should be approx. 1 V.

5. RS-485: термінування і захисне зміщення
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
5
Активні термінатори -
захисне зміщення
для стану спокою
(Idle state)
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL
Подключить к Профибасу?!
Это бред!
B-RED!asu.in.ua

6. RS-485: кабелі
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
6
Параметр кабелю Тип А Тип В
Характеристичний імпеданс 135-165 Ом
(при частотах від 3 до 20
МГц)
100-130 Ом
(при частотах більше 100
кГц)
Ємність <30 пФ.м <60 пФ.м
Погонний опір <110 Ом/км не визначено
Переріз проводу >= 0.34 мм2 >= 0.22 мм2
Колір ізоляції для не IS застосування фіолетовий не визначено
Колір ізоляції для IS застосування синій не визначено
Колір проводу A (RxD/TxD-N) зелений не визначено
Колір проводу B (RxD/TxD-P) червоний не визначено
Baud rate in kbit/s Max. length, cable type A Max. length, cable type B
9.6 1200 m 1200 m
19.2 1200 m 1200 m
45.45 1200 m 1200 m
93.75 1200 m 1200 m
187.5 1000 m 600 m
500 400 m 200 m
1500 200 m 70 m
3000 100 m --
6000 100 m --
12000 100 m --

7. RS-485: кабелі FC (Fast Connect) та інструмент
зачистки
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
7
маркування Fast
Connect
кабель Fast Connect
кабель з не круглим
перерізом
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

8. RS-485: підключення під гвинт
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
8
підключити
проводи
A = green
B = red
забезпечити
надійний контакт
екрану з
заземлючим
кільцем
зафіксуват
и кабель
закрити
контакти
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

9. RS-485: конектори
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
9
Рекомендується використовувати спеціальні конектори PROFIBUS, що мають
додаткові функції:
- вбудовані термінатори лінії з перемикачами
- швидке надійне підключення провідників до розєму
- вхід для вхідного та вихідного кабелю (daisy chain)
- для >1.5 Мбіт/с вбудовані індуктивності
- вихідний кабель відключається при включенні термінатору
- додатковий роз'їм для підключення засобів діагностики та програмування
Типи розємів:
- SUB-D 9-пін (IP20)
- M12 визначений в IEC 947-5-2 (IP67)
- HAN-BRID визначений в DESINA recommendation (IP67)
- Siemens hybrid connectors (IP67)
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

10. RS-485: SUB D
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
10
№ кон-
такта
Позначення Сигнал
1 екран не рекомендується використовувати
2 М24 ─ 24 В (опція)
3 RxD/TxD-P Прийом/передача, В+
4 СNTR-P Сигнал для управління передачею + (опція)
5 DGND Сигнальна земля, ─
6 VP Напруга живлення 5В, +
7 P24 + 24 В (опція)
8 RxD/TxD-N Прийом/передача, А─
9 СNTR-N Сигнал для управління передачою, ─ (опція)
додатковий
діагностичний
розєм
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

11. RS-485: Конектори з термінаторами
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
11
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

12. RS485: Daisy Chain
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
12
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

13. RS-485: Конектори з термінаторами з
розривом лінії
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
13
D-type connector
Connector with bus termination switched on
Connector with bus termination switched on and breaker

14. RS-485: Відгалуження
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
14
Bit rate Overall
capacitance
allowed
Total length of stub lines*
>1.5Mbit/s None None
1.5Mbit/s 0.2 nF 6.7m
500kbit/s 0.6 nF 20m
187.5kbit/
s
1.0 nF 33m
93.75kbit/
s
3.0 nF 100m
19.2kbit/s 15 nF 500m
при >1.5 Мбіт/с вбудовані
індуктивності
при >1.5 Мбіт/с між
станціями >1m
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

15. Конектори: приклад EasyConn
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
15

16. RS-485: M12
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
16
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

17. RS-485: Повторювачі (Repeaters)
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
17
a) >32 станцій на одну шину
b) необхідності ізоляції індивідуальних сегментів
c) великі відстані
Необхідні при:
Класифікація:
за конфігуруванням швидкістю:
• з автоналаштуванням
• ручним
за виставленням адреси:
• звичайні (не потребують адреси)
• з функціями діагностики (потребують адресу)
за кількістю сегментів
• звичайні - два сегменти
• багатопортові – декілька сегментів

18. RS-485: Повторювачі (Repeaters)
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
18
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

19. RS-485: Повторювачі багатопортові (ProfiHub)
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
19
• 5 Isolated channels
• Transparent for all PROFIBUS DP
protocols in Hub
• Suitable for PROFIsafe and MPI in
Hub
• 31 Devices per channel
• Max. 1200 m spur line length
(depends on baudrate)
• 9.6 Kbps - 12 Mbps selectable per
channel
• Screw terminals and DB9 connectors
• Configurable grounding system
• Integrated termination facilities
• IP 20 classification
• Redundant power supply
• Bus redundancy option in Hub mode
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

20. RS-485: Повторювачі діагностичні (Diagnostic
Repiters)
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
20
• для моніторингу помилок
• повинні бути сконфігуровані як Slave і
отримують адресу
Виявляє помилки:
• обрив лінії
• коротке замикання А, В і екрану
• відсутність або некоректне підключення
термінаторів
• поодинокі помилки під час роботи
Діагностична телеграма включає:
• ім'я сегменту
• причину помилки
• розміщення місця помилки (включаючи
відстань в метрах)
• частота виникнення в %
Спеціальна діагностична утиліта в Step7
відображає графічні діагностичні вікна
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

21. RS-485: приклади топологій
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
21
• в одномастерній системі краще щоб
Master був в одному з кінців: він живить
термінатор (поляризацію)
• на іншому кінці – репітер (гірше Slave),
щоб завжди було живлення термінаторів
• якщо Master всередині, а в обох кінцях
Slave – вони завжди під напругою, інакше
нестабільна передача
• альтернатива – Active Termination, завжди
під напругою
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

22. RS-485: Активні термінатори шини
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
22
Активні термінатори коли кінцеві вузли
не є Master, щоб можна їх було
відключати за необхідності
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

23. RS-485: кількість станцій
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
23
У мультисегментній мережі:
• максимум 126 станцій
(адресованих)
• в першому або останньому
сегменті <=31 станція + 1 репітер
• в середньому сегменті <=30
станцій + 2 репітера
• на всю мережу з 126 станцій >=4
звичайних репітери або один
багатопортовий
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

24. RS-485: довжина ліній зв'язку
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
24
• максимальна довжина і швидкість зв'язані
• репітери для збільшення дистанції
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

25. RS-485: комплексні структури
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
25
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL

26. RS-485: прокладка кабелів
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
26
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL
• категорії кабельної проводки:
• I – Fildbus, Network, shielded analog signals
(<25V), shielded digital signals(<25V), low
power (<60V)
• II – DC (60V…400V), AC (25V…400V)
• III – DC/AC >400V, Telephone Cables
• IV – I cat + II cat з ймовірністю
короткочасних перенапруг (напр. молнія)
• різні категорії відокремлено, в ідеалі в різних
лотках
• пересікання під прямим кутом (90°)
• якщо в одному лотку – перегородки, еквіпотенціальність,
заземлення в якомога більше місцях

27. RS-485: заземлення екрану
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
27
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL
• екран ефективний тільки при значній площі контакту з землею
• конектори розроблені для забезпечення нормального контакту екрану з
землею
• кабелі та спосіб заземлення відрізняється Profibus DP та Profibus PA

28. RS-485: вирівнювання потенціалів
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
28
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL
для боротьби з високочастотними завадами, екран
слід заземляти з обох боків
• різні потенціали "земель" можуть створювати струми в екрані, виникають
внаслідок:
• велика відстань між точками з'єднання
• живлення пристроїв з різних джерел
• є потужні споживачі (напр. потужні електроприводи)
• один із методів вирівнювання потенціалів (Potential equalization) – прокладка
додаткового кабелю (>16 mm2)
• кабелі шини та "вирівнювання потенціалів" прокладаються якомога ближче один
до одного
• для вирівнювання потенціалів не можна
використовувати екрани кабелів!

29. RS-485: вплив живлення потужних споживачів - PE
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
29
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL
PE (5-проводне TN-S):
• N і PE відокремлені, при асиметричному навантаженні – вирівнюючий
струм тече по N

30. RS-485: вплив живлення потужних споживачів - PE
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
30
Слайди базуються на книзі Макса Фелсера PROFIBUS MANUAL
PEN (4-проводне TN-C)
• через контури заземлення частина струму
йде через екран кабелю I2
• вихід:
• використання FiberOptic,
• ізоляція через репітер ?
• ємнісне (RC) заземлення екрану
• RC-ланцюг в одному або в усіх місцях
підключення
• С<10nF - малий опір для високих частот
• С<10nF - великий опір для частот ~50 Гц
• R>1МОм – запобігає від заряду C
постійним струмом
• також Ex захист

31. RS-485: утиліти для пошуку несправностей
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
31
http://www.procentec.com/service-
support/faq/profibus/#cabling
http://www.profibus.com/uploads/media/03_
PROFIBUS_Design_good_practices.pdf

32. Как выглядят 7 основных неисправностей profibus в
анализаторе PB-DIAG-SUITE:
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
32
http://plc4good.org.ua/view_post.php?id=111#raz2
Слишком длинный
кабель или
завышенная скорость
обмена
Дополнительные включенные
терминаторы или дополнительная
нагрузка

33. Как выглядят 7 основных неисправностей profibus в
анализаторе PB-DIAG-SUITE:
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
33
Часть устройств
обнаруживается при
подключении с одной
стороны, часть только с
другой - разрыв
сигнального провода
Появление отражений в
сигнале - отсутствует
терминатор

34. Как выглядят 7 основных неисправностей profibus в
анализаторе PB-DIAG-SUITE:
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
34
Неправильное подключение
питания терминатора
Проблемы только с
одним устройством в
сети, низкий уровень
сигнала на нем

35. Как выглядят 7 основных неисправностей profibus в
анализаторе PB-DIAG-SUITE:
12.10.2015
PROFIBUS фізичн
pupena_san@ukr.net
35
Симметричный вид - наличие
высокого сопротивления на
участке