PROFIBUS-DP安裝與布線——PROFIBUS網絡安裝的規則

PROFIBUS網絡安裝是PROFIBUS總線應用的重要組成部分，不規范的網絡安裝會引入外界EMC干擾，導致通訊質量下降，直接影響設備的正常工作。盡管設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的。所以，在網絡安裝中，必須本著規范、不依賴設備抗干擾能力的原則來進行設備安裝和布線。一方面，要著力解決總線的屏蔽措施，提高網絡自身的免疫能力；另一方面，要注意避開干擾源，防止干擾串入網絡。本期文章就如何規范網絡安裝做一些講解，供網絡安裝人員參考。

1 網絡布線的規則

1.1 選擇標準PROFIBUS通訊電纜

標準PROFIBUS通訊電纜的特性阻抗為150 Ω，這與PB頭的終端電阻設置為“ON”時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，則通訊性能將會受到影響。

標準的PROFIBUS電纜往往是雙層屏蔽的，屏蔽效果比較好。另外，標準通訊電纜是雙絞的，因而對于信號在電纜內傳輸時自身產生的干擾也能夠起到自我抑制的作用。

1.2 屏蔽層多點接地

PROFIBUS電纜在插頭內接線時，須將屏蔽層剝開，壓在插頭內的金屬部分，如圖1所示。該金屬部分與Sub-D插頭外部的金屬部分相連，當將插頭插在PROFIBUS等設備的DP口上時，則通過設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，從而實現了屏蔽層的接地。

圖1 連接器屏蔽層接地

由于接地有利于保護PROFIBUS設備以及DP通訊口，因此對于所有的PROFIBUS站點都要求進行接地處理，即“多點接地”。

1.3 規范布線

(1)不同電壓等級的電纜分線槽布線

高電壓、大電流的動力電纜，與小電壓和小電流的電纜應該是分線槽布線，同時線槽應蓋上蓋板，盡量全封閉；如果現場無法分線槽布線，則將兩類電纜盡量遠離，中間加金屬隔板進行隔離，同時金屬線槽要做接地處理。電纜槽架之間的連接應該保證用金屬連接部件大面積連接處理，同時注意“接地”的連接。

(2)通訊電纜單獨在線槽外布線時，可根據情況采用穿金屬管的方式

這樣既可以保護通訊電纜不被損壞，對于防止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)通訊電纜與動力電纜避免長距離平行布線

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，應避免平行布線。與比較大的動力電纜平行布線，這會導致該電纜比較容易受到動力電纜的干擾。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因為容性耦合而產生干擾。

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。

(5)通訊電纜過長時，不要形成環狀

此時如果有磁力線從環中間穿過時，根據“右手定律”，容易產生干擾信號。已經完成的項目，不存在電纜長度變化的可能，因此建議用戶將過長的電纜剪短，放入柜內的電纜槽內。

(6)通訊線連接的設備應做等電勢連接

PROFIBUS連接的站點可能分布較廣，為了保證通訊的質量，一般要求所有通訊站點都應該處于同一個電壓等級上，即應當都是“等電勢”的。

如果兩個站點的“地”之間不等電勢，則當兩個設備分別各自接地時，將會在兩個接地點之間產生電勢差，此時電流會流過通訊電纜的屏蔽層，從而對通訊產生影響。因此應該在兩個設備之間進行等電勢的綁定。如圖3所示。

可以用等勢線將兩個設備的“地”進行連接，等勢線的規格為：銅6mm2，鋁16mm2，鋼50mm2。

當然，這里不是要求所有的現場都需要增加額外的等勢線而增加成本，只是建議在出現接地點電勢不相等的情況時，如果影響到通訊，或者可能造成設備損壞，則應當想辦法加以改進。

圖3 通訊站點之間應做“等電勢”處理

如果由于接地點本身的原因造成了通訊不穩定，比如某個系統的“地”本身存在著很強的干擾，則在此處將屏蔽層接地反而會對PROFIBUS通訊造成影響，因而此時應該考慮首先處理好“地”，然后再將PROFIBUS屏蔽層接地。

為現場設備提供一個良好的“地”以及進行正確的“接地”是提高EMC特性的前提。

(7)通訊線在電柜內的布線

通訊電纜在電柜內布線時，也應該遵循之前的原則，即遠離干擾源。在柜內的走線應當進行精心的設計，盡量避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內走線，同時，不要在柜內形成“環”，特別時避免將變頻器等干擾源包圍在“環”內。

2 通訊電纜的屏蔽層在電柜內的處理

(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剝開得太長，否則會暴露在空間，成為容易受干擾的“天線”。

(2)通訊電纜的屏蔽層在進/出電氣柜時，都應該進行屏蔽層接地處理。屏蔽層應該保證與接地銅排進行大面積的接觸。如圖4所示。

通訊電纜在進/出電柜時，都應該將電纜的屏蔽層進行接地處理。這樣避免外部的干擾信號進入電柜，同時也避免柜內產生的干擾對外部設備造成影響。如果通訊電纜在柜內需要經過端子連接，則屏蔽層最好在端子排的兩側分別進行連接。

3 減小變頻器等干擾源設備對通訊的影響

圖4 PROFIBUS線屏蔽層連接到屏蔽地

變頻器等功率比較大的設備除了通過干擾電源、通過空間輻射干擾影響設備正常運行外，隨著變頻器等設備具有PROFIBUS通訊的能力，這些設備產生的干擾也有可能直接進入通訊系統，因而應該對變頻器進行EMC處理。

首先是變頻器的安裝。在電柜內，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。

變頻器的出線都應該進行相應的EMC處理，比如通訊電纜采用屏蔽電纜接地，動力電纜采用屏蔽電纜接地或者采用鐵氧體磁環進行濾波處理等。

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

廣州致遠電子有限公司致力于嵌入式系統、工業通訊網絡的技術研發與應用推廣，自主研發了一系列PROFIBUS-DP網絡產品，包括嵌入式模塊、通訊卡、調試工具、PC軟件、OPC服務器等，并提供基于PROFIBUS總線的整套組網方案及應用集成。