2 PROFIBUS网络硬件
PROFIBUS网络主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通讯介质，PROFIBUS插头，中继器，诊断中继器，OLM以及有源终端电阻等。

2.1 PROFIBUS接口
PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管脚定义为：

 

 

一般CPU或者CP板卡都采用该接口。该接口外部的金属部分一般连接到CPU或者CP的内部的“PE”。而当CPU安装在底板上时，其“PE”与底板是连通的，此时如果将安装底板在电气柜内做接地处理，则该SUB-D接口的外部金属部分也是接地的。

2.2 通讯介质
关于通讯介质，在表1的OSI模型中已经规定：PROFIBUS网络支持RS485的电缆和光纤两种通讯介质。当然，现在也有支持无线通讯的设备，但我们目前面对的主要还是有线介质的用户。

 

2.2.1 PROFIBUS 电缆
PROFIBUS（类型1）介质是一根屏蔽双绞电缆，屏蔽可以提高电磁兼容（EMC）能力。

类型1：NRZ位编码与EIA RS-485信号结合，目的是降低总线耦合器成本，耦合器可以使站与总线之间电气隔离或非电气隔离；需要总线终端器，特别在较高数据传输速率（达到1500 k bits/s）时更需要。类型1规范描述平衡的总线传输，符合美国标准EIA RS-485(EIA: 电气工业协会；RS-485: 平衡的数字多点系统中使用的收/发器的电特性标准)。在双绞线两端的终端器使得类型1的物理层支持高速数据传输。传输速率≤93.75 kbits/s时，电缆长度为1.2km 。对1500 kbits/s的速度，长度减到70/200m(对B/A型电缆)。

PROFIBUS电缆的特性阻抗应在100Ω到220Ω之间，电缆电容（导体间）应该＜60pF/m，导线截面积应≥0.22mm2(24 AWG)。电缆选择标准参见美国标准EIA RS-485的附录。

两类电缆的特性：

电缆参数

A型

B型

阻抗

 

135Ω-165Ω

 

(f=3到20MHz)

 

100Ω-130Ω

 

(f>100kHz)

电容

<30pF/m

<60pF/m

电阻

≤110Ω/Km

-

导线截面积

≥0.34mm2 (22AWG)

≥0.22mm2(24AWG)

表2  电缆规格

下面的表指出两类电缆（A和B）对不同传输速度时的长度

 

 

波特率

[kbit/s]

9.6~93.75

187.5

500

1500

3000~12000

 

A型电缆

长度（m）

1200

1000

400

200

100

 

B型电缆

长度（m）

1200

600

200

70


表3  不同传输速度时的电缆长度

标准PROFIBUS电缆为屏蔽双绞电缆，其中数据线有两根：A-绿色和B-红色，分别连接DP接口的管脚3（B）和8（A），电缆的外部包裹着编织网和铝箔两层屏蔽，外面是紫色的外皮（图1）。

 

图1  标准PROFIBUS电缆

 

标准的PROFIBUS电缆一般都是A类电缆。

除了标准PROFIBUS电缆，还有许多其它特殊类型的电缆可以用于特定的环境：

 

 

图2  各种类型的PROFIBUS电缆

 

为了方便将PROFIBUS的外皮以及屏蔽层按照固定的长度进行切除，减少剥线的时间和剥线过程中将电缆破坏或者造成短路的可能，西门子还提供了PROFIBUS**剥线工具（订货号：6GK1 905-6AA00）（见图3）。

 

图3  PROFIBUS**剥线工具

西门子总线电缆6XV1830-0EH10
2.2.2光纤及接口
光纤通讯具有很多优点，比如传输距离远，抗电磁干扰性好，且光纤尺寸小，重量轻，耐腐蚀性好，便于敷设等。当然也有缺点：光纤弯曲半径不能过小，光纤连接处及终端不容易处理等等。

按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤（图4）。

 

图4  光纤的分类

多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。

单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯。

在现场总线的规范中，定义了光纤可以做为现场总线的通讯介质。西门子可以使用光纤的PROFIBUS设备有：带光纤接口的CP板卡及模板（如CP5613 A2 FO， CP3425-FO等）， OLM和OBT。

光纤主要涉及到选型的问题，因为通讯距离与光纤的类型有很大关系，而且并非所有的设备都能支持多种类型的光纤。因此需要注意设备与光纤以及接头的选型。这可以通过OLM的选型来了解。

 


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工业 IoT 网关 - SIMATIC IOT2000

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SIMATIC S7-1500 软控制器用于在 SIMATIC IPC 上实现 SIMATIC S7-1500 控制器。它特别适用于专用机器制造中的控制解决方案，涉及高性能实现复杂控制任务、集成 PC 应用程序或在单个设备上实现多个任务。

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这些基于 PC 的控制器将基于 PC 的软控制器的功能与可视化、PC 应用程序和集中式 I/O（输入/输出）组合到一个紧凑型装置中。SIMATIC ET 200SP 开放式控制器是一种工业 PC，其具有 ET 200SP I/O 系统的设计形式，并预装有 S7-1500 软控制器。