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西門子DP通信總線電纜接頭

6ES7972-0BB52-0XA0 SIMATIC DP,連接插頭 用于 PROFIBUS 到 12 MBit/s 90° 電纜轉接件, 絕緣壓穿連接 Fast-Connect,mit PG-Buchse 15,8x 59x 35.6mm(寬x高x深)

SIEMENS西門子上海朕鋅電氣設備有限公司

：鄭鑫

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做為Profibus 網絡中繼器，診斷中繼器不僅提供了中繼器的功能，還能夠對Profibus網絡進行網絡診斷和故障定位， 這里就診斷中繼器的使用做一個介紹。

1 診斷中繼器的介紹

1．1 診斷中繼器的前面板：

圖1 診斷中繼器的前面板

其中幾個設置需要注意：

表1 中繼器的設置

1．2 中繼器的診斷功能

•  時鐘信息

訂貨號為6ES7 972-0AB01-0XA0的診斷中繼器包含了一個時鐘，用于為診斷事件、靜態(tài)數(shù)據(jù)以及拓撲數(shù)據(jù)打上時間標簽。

•  拓撲結構

中繼器的DP2和DP3網段是具有診斷功能的，可以診斷連接在這兩個網段上的網絡拓撲和故障點。但必須是6ES7 972-0AB01-0XA0以上的硬件，其硬件版本目前為V2.0.0。
如果是6ES7 972-0AB00-0XA0版本的診斷中繼器無法升級到更高版本。

做硬件升級時，從網上下載的硬件版本文件，解壓后的三個文件沒有一般我們看到的升級用的(*.UDP)文件，此時任意選擇一個文件進行升級操作，系統(tǒng)會自動升級。
拓撲信息包括PROFIBUS 站地址和到診斷中繼器的距離。該信息可以從STEP7軟件中做為圖形顯示，也可以通過用戶程序進行讀取。

•  診斷緩沖區(qū)

對于每一個網段（DP1/DP2/DP3/PG），診斷中繼器都有一個診斷緩沖區(qū)，可以保存10條診斷信息。
這些信息可以在線讀取，也可以通過用戶程序進行控制讀取。

•  統(tǒng)計緩存

網段DP2和DP3包含了兩個統(tǒng)計緩存區(qū)，其中包含了沖突故障率以及報文故障率，這些信息可以用來衡量該網絡的質量。
這些信息可以通過STEP7在線讀取，也可以通過用戶程序控制進行讀取。

2 診斷中繼器的診斷方法介紹

2．1 時鐘信息
由于診斷過程中會用到時鐘信息，這里首先介紹中繼器時間的設定。
為了使診斷信息與系統(tǒng)時鐘*，一般可以將CPU中的系統(tǒng)時鐘做為時鐘信息寫入到診斷中繼器中。但往往CPU的系統(tǒng)時鐘也不是當前的時間，因而可以首先將CPU的時間設置成當前時間，然后將CPU中的時間寫入到診斷中繼器中。這里將涉及到的功能塊有：
FC3 “D_TOD_DT“ ：時間格式轉換
SFC 0 "SET_CLK" ：為CPU設定時間
SFC 1 "READ_CLK"：讀取CPU時間
SFC58 “WR_REC“：將系統(tǒng)時間寫入診斷中繼器（RECNUM=3C）

例程：

圖2 為中繼器設定當前系統(tǒng)時間

2．2 拓撲結構

對于診斷中繼器的拓撲連接特性，首先是級聯(lián)深度也是9個中繼器，且每個級聯(lián)的診斷中繼器接線方式請參考手冊，這里不再附圖。但注意每個中繼器的DP2/DP3網段可以診斷的zui遠距離是100米，有的電纜只能達到80米。

另外，診斷中繼器的DP2/DP3網段中不能連接分支電纜（spur line）。

圖3 DP網段上不能有分支電纜

且同一診斷回路上不能有兩個診斷設備，即兩個帶診斷功能的接口不能連接在一起（圖4）。

圖4 診斷回路的錯誤連接方式

關于隔離和接地的特性：
1) DP2、DP3和PG接口之間沒有電氣隔離，DP1、電源和它們之間是電氣隔離的，且PE和“地”之間是隔離的。
2) 如果系統(tǒng)希望是“浮地”的，則要求使用“浮地”的電源。但不管什么情況PE都必須是接地的。

網絡中終端電阻的設置以及診斷中繼器面板上的終端電阻的設置請看參考下圖：

圖5 網絡拓撲以及終端電阻的設置

說明：
由于診斷中繼器的PG接口有內置的終端電阻，因而如果是使用Porfibus接頭連接PC/PG到診斷中繼器的PG口，則PC/PG端需要設終端電阻為“On”，而診斷中繼器上的插頭則設為“Off”。且這里的PC/PG的連接到PG口僅用于網絡維護，不能用于連接網絡站點。

如果DP2/DP3所連接的網段上有額外的OLM，則OLM包括其以后的網段將不能被診斷中繼器所識別。
同時，在Step7的參數(shù)設置中，將該網段的拓撲診斷功能關閉（OFF）。

如果DP2/DP3所連接的網段上有額外的RS485中繼器，則可以選擇是否將網段拓撲診斷功能關閉：
如果將該網段的拓撲診斷功能關閉，則否則該網段上的其它站也無法再進行拓撲診斷；
否則至少可以對RS485源端所連接的網段進行拓撲診斷。

對于拓撲結構的診斷，在Step7中，僅組態(tài)“DR-CfgData”模板即可。且將監(jiān)視網絡同步的參數(shù)設置為“OFF”。

另外，在DP中斷模式的選擇中，DPV1模式下，CPU將不再激活OB82，因而建議將模式選擇默認為“DPV0”即可。

2.2.1 通過STEP7軟件進行網絡拓撲診斷

通過STEP7軟件（STEP7 V5.2以上）自身提供的功能就可以實現(xiàn)網絡拓撲結構的診斷。

1）在組態(tài)好的項目中，打開STEP7 NetPro，選擇 PLC?Profibus?Show Network topolodgy。

圖6 網絡拓撲結構診斷

所得到的拓撲是圖形化的，同時菜單中還提供了各種診斷功能，例如報文沖突率以及故障率等的圖形化顯示，以及故障點發(fā)生的距離等信息，還可以將這些信息轉化成表格的形式，這里不再一一列舉。

圖7 網絡拓撲圖

圖8 故障診斷畫面

2.2.2 通過用戶程序進行網絡拓撲診斷
如果用戶希望在沒有STEP7的情況下通過程序對網絡拓撲進行診斷，則可以在用戶程序中調用SFC103 “DP TOPOL“，但只有S7 400系列的PLC才支持這個功能。
在調用SFC103時，注意將使能端（REQ）置位后，需要將其復位，否則該功能塊將一直進行讀拓撲的操作。

3 診斷緩沖區(qū)

3.1 診斷緩沖區(qū)信息讀取
診斷中繼器可以診斷出以下類型的故障：
1) 信號線A/B斷線，
2) 信號線A/B、屏蔽層短路，
3) 終端電阻缺失，
4) 連接松動，
5) 非法的級聯(lián)，
6) 網段中存在兩個或更多的檢測回路，
7) 網段站點過多，
8) 站點離診斷中繼器太遠，
9) 錯誤信息。

但對于下述故障，診斷中繼器目前還無法識別：
1) 終端電阻上沒有電壓，
2) 終端電阻連接，但并沒有站點，
3) 額外的終端電阻，
4) 信號線A和B之間短路

診斷的方法包括：
1 診斷中繼器上的故障指示燈
2 STEP7 在線診斷信息
3 診斷功能塊（FB125，SFC13等）

關于功能塊的調用，可以參考網上的說明或者相關的文檔，這里不再做為重點介紹，在此僅對手冊中的相關的診斷字節(jié)進行說明。

在讀出的診斷數(shù)據(jù)中，從字節(jié)0開始，到字節(jié)7，都是網絡的基本信息。如果某個網段出現(xiàn)診斷信息，則應該新從該網段對應的地址區(qū)中讀取信息。
如圖所示，在程序中調用了SFC13，由于所連接的網段是DP2，因而從診斷數(shù)據(jù)區(qū)的地8個字節(jié)開始，到第26個字節(jié)為止共19個字節(jié)為對應該網段的診斷信息。

圖 9 SFC13得到的診斷信息字節(jié)

從信息中，我們可以得到故障發(fā)生在DP2網段距離中繼器大概1.2米（15：DBB22=B#16#0B）的地方，故障類型是信號線A或B斷線或缺少終端電阻（17：DBB24=B#16#40?B.6）。
通過STEP7 在線診斷功能，我們看到STEP7上得到的診斷信息為：

圖 10 通過Step7 在線診斷得到的故障信息

可以看到，用戶通過程序得到的網絡診斷信息與在線信息是*的。
通過程序得到的這些診斷信息可以在上位機畫面上進行顯示，更加方便了現(xiàn)場操作人員及時得到網絡故障的信息。

對于通過STEP7 診斷得到的故障發(fā)生點的位置，需要進行說明的是，每經過一個診斷站點，實際距離將減少0.7米。
即：故障位置 = 檢測距離 - (0.7 m * 檢測站點)
比如在網絡中，診斷中繼器后面第6個站點發(fā)生了故障，此時通過STEP7得到的診斷距離為30米，則實際距離應為：30-(0.7 X 5)=26.5米。

3.2 等時同步
對于硬件版本V2.0.0，軟件版本V5.0的中繼器，可以對等時同步的錯誤進行診斷。

3.2.1 等時同步的網絡設置
首先設置等時同步：
1） DP主站CPU的設置
在做為DP主站的CPU中，設置過程映像分區(qū)做為等時同步的映像區(qū)：

圖11 在OB61中設置映像區(qū)

2） DP總線的設置
在DP總線上，設置等時同步的功能（圖12）。

西門子DP通信總線電纜接頭
圖12 DP等時同步的總線參數(shù)設置

3） DP從站的設置
對于DP從站上需要進行同步的地址進行設置（圖13）

圖13 DP從站的同步設置

4） 診斷中繼器的設置
診斷中繼器上，選擇“TSYNC-Diag-Module” 模板進行組態(tài)。

圖14 同步設置

3.2.2 等時同步錯誤的診斷
同時在參數(shù)中選擇診斷功能：

圖15 參數(shù)選擇

同時在OB61中調用SFC126/SFC127。

如果網絡中出現(xiàn)等時同步的錯誤時，將在診斷信息第84～90字節(jié)中讀取診斷信息。

4 統(tǒng)計緩存
對于統(tǒng)計緩存，除了可以通過STEP7自帶的診斷功能得到圖形化的信息，還可以通過調用SFC59“RD_REC“或SFB52 “RDREC“得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)。當然，之前我們介紹的診斷緩沖區(qū)以及拓撲表也可以通過調用這兩個功能塊獲得。
在調用SFC59時，一般會有調用不同數(shù)據(jù)記錄區(qū)得到不同的信息，這些數(shù)據(jù)記錄區(qū)號均可以在手冊中得到。
在下面的例程中，調用了SFC59，其中RECNUM選擇的是“16＃1F”，對應手冊，可以查到：

表2 數(shù)據(jù)記錄區(qū)號

這里1FH表示的是讀DP2的診斷緩沖區(qū)。

圖11 通過SFC59讀時鐘

診斷緩沖區(qū)共10條記錄，其中前4個字節(jié)是網絡信息，然后每條記錄共23個字節(jié)，其中前8個字節(jié)是時間信息：94年01月01日0時0分...星期6。

插頭與終端電阻在Profibus通訊中有著非常重要的作用，它們使用起來非常簡單，沒有很多復雜的設置；但是正是由于使用簡單，使得很多工程師在使用當中忽略了一些細節(jié)，導致很多通訊問題。

1 Profibus插頭的結構與簡單用法

圖1Profibus插頭結構

這是常見的Profibus插頭，如果我們有A、B兩個站點要做Profibus通訊，應該如何連接插頭呢？因為總線上只有兩個站，顯然終端電阻都要打到ON位置。那么插頭上的接線是否要一進一出呢。

圖2 兩個DP站點的連接

正確的做法是兩個插頭都連接進線端。因為終端電阻與插頭的出線端是2選1的。終端電阻打ON，進線端連接終端電阻，斷開與出線端的連接；終端電阻打OFF，進線端斷開與終端電阻的連接，連接出線端。

2常見的Profibus總線連接

圖3 主站在總線一端點

圖3所示的是一般的Profibus總線連接方法，主站位于總線的一端，終端電阻打ON。
然后依次連接后面的站點，中間的站點終端電阻打OFF，zui后面的站點終端電阻打ON。

圖4 主站在總線中間

有時候由于現(xiàn)場設備分布的原因，主站也可以安裝在Profibus總線的中間，具體做法如圖4所示。

終端電阻打ON的設備不能斷電，如圖5所示Profibus插頭上除了220歐的終端電阻以外還有兩個390歐的偏置電阻，并且偏置電阻上必須連接電源。

圖5 終端電阻和偏置電阻

如果終端設備需要經常斷電維護，或者終端設備只有接線端子而沒有9針D型插座，就需要使用有源終端模塊作為Profibus總線的終端(6ES7 972-0DA00-0AA0)。

圖6 Profibus有源終端模塊

如果Profibus電纜不夠長，需要把兩根電纜接起來，不能簡單的把兩根銅芯擰起來，因為這樣會破壞電纜的特征阻抗，可能會導致通訊問題。使用圖7中的接頭來連接兩根需要接起來的電纜。

圖7 Profibus連接接頭

3 RS485中繼器的終端電阻使用方法
Profibus通訊電纜的zui大長度取決于通訊的波特率，如果電纜超過了所能通訊的zui大長度，就需要使用RS485中繼器來延長通訊距離。

表1 總線長度與傳輸速率的關系

中繼器上有接線端子，Profibus電纜可直接連接到端子上。另外中繼器上也配有終端電阻。其用法與電纜插頭相同。

圖8 1網段只有進線，2網段有進線出線

圖9 1網段只有進線，2網段只有進線

圖10 1網段有進線出線，2網段有進線出線

4 OLM上插頭終端電阻使用方法

如果現(xiàn)場設備通訊距離較遠，或者現(xiàn)場電磁干擾嚴重，可以使用OLM把電信號轉化成光信號，使用光纜來傳輸信號。OLM上有RS485電氣接口，需要使用Profibus插頭來連接電纜。并且OLM電氣接口不論連接主站還是從站，接法都一樣。

圖11 1網段只有進線，2網段只有進線

圖12 1網段有進線出線，2網段只有進線

圖13 1網段有進線出線，2網段有進線出線

對于只有一個RS485接口的OLM，可認為只有1網段，接法相同。

5 DP/DP coupler上插頭終端電阻使用方法
兩個DP主站可以使用DP/DP coupler來傳輸數(shù)據(jù)。DP/DP coupler上有兩個RS485接口，連接方法與OLM相同。

圖14 1網段只有進線，2網段只有進線

圖15 1網段只有進線，2網段有進線出線

圖16 1網段有進線出線，2網段有進線出線

S7300電源模板
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