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更新時(shí)間：2017-03-09 08:44:04瀏覽次數(shù)：362次
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西門子PLC模塊總代理（中國(guó)*代理）-可編程控制器
西門子S7-300數(shù)字量DO模塊SM322
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西門子*經(jīng)銷商
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SIEMENS 上海隆彥自動(dòng)化科技有限公司
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聯(lián) 系 人： 詹雪芬
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：（同號(hào)）
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（）：021- 61311927
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歡迎您前來(lái)詢價(jià).100分的服務(wù).100分的質(zhì)量.100分的售后.100分的發(fā)貨速度
公司主營(yíng)：數(shù)控系統(tǒng),S7-200PLC S7-300PLC S7-400PLC S7-1200PLC 6ES5 ET200 人機(jī)界面,變頻器,DP總線,MM420 變頻器MM430 變頻器MM440 6SE70交流工程調(diào)速變頻器6RA70直流調(diào)速裝置 SITOP電源,電線電纜,數(shù)控備件,伺服電機(jī)等工控產(chǎn)品
西門子S7300介紹：
簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使得S7-300 使用靈活且易于維護(hù)：安裝模塊：只需簡(jiǎn)單地將模塊掛在安裝導(dǎo)軌上，，轉(zhuǎn)動(dòng)到位然后鎖緊螺釘。 集成的背板總線：
背板總線集成到模塊里。模塊通過(guò)總線連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。 模塊采用機(jī)械編碼，更換極為容易：更換模塊時(shí)，必須擰下
模塊的固定螺釘。按下閉鎖機(jī)構(gòu)，可輕松拔下前連接器。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯(cuò)插到其他的模塊上。現(xiàn)場(chǎng)證明可靠的
連接：對(duì)于信號(hào)模塊，可以使用螺釘型、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。 TOP 連接：為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3
線連接系統(tǒng)提供預(yù)組裝接線另外還可直接在信號(hào)模塊上接線。 規(guī)定的安裝深度：所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內(nèi)，并有前蓋保護(hù)。因
此，所有模塊應(yīng)有明確的安裝深度。無(wú)插槽規(guī)則:信號(hào)模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統(tǒng)可自行組態(tài)。擴(kuò)展若用戶的
自動(dòng)化任務(wù)需要 8 個(gè)以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時(shí)，則對(duì) S7300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進(jìn)行擴(kuò)展：*控制器和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架
zui多可連接32個(gè)模塊：總共可將 3 個(gè)擴(kuò)展裝置（EU）連接到*控制器（CC）。每個(gè)CC/EU 可以連接八個(gè)模塊。 通過(guò)接口模板連接：每個(gè) CC
/ EU 都有自己的接口模塊。在*控制器上它總是被插在 CPU旁邊的插槽中，并自動(dòng)處理與擴(kuò)展裝置的通信。通過(guò) IM 365 擴(kuò)展：1個(gè)擴(kuò)展裝置
zui遠(yuǎn)擴(kuò)展距離為 1 米；電源電壓也通過(guò)擴(kuò)展裝置提供。 通過(guò) IM 360/361擴(kuò)展：3個(gè)擴(kuò)展裝置 CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU之間的zui遠(yuǎn)距離為0m。
單獨(dú)安裝：對(duì)于單獨(dú)的 CC/EU，也能夠以更遠(yuǎn)的距離安裝。兩個(gè)相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長(zhǎng)達(dá) 10m。 靈活的安裝選項(xiàng)：CC/EU既可
以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以較大限度滿足空間要求。
S7-300 具有不同的通信接口：
連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的通信處理器。 用于點(diǎn)到點(diǎn)連接的通信處理器 多點(diǎn)接口 (MPI), 集成在
CPU 中；是一種經(jīng)濟(jì)有效的方案，可以同時(shí)連接編程器/PC、人機(jī)界面系統(tǒng)和其它的 SIMATIC S7/C7 自動(dòng)化系統(tǒng)。PROFIBUS DP進(jìn)行過(guò)
程通信SIMATICS7-300 通過(guò)通信處理器或通過(guò)配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP總線系統(tǒng)。通過(guò)帶有 PROFIBUS
DP主站/從站接口的 CPU,可構(gòu)建一個(gè)高速的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡(jiǎn)化。從用戶的角度來(lái)看，PROFIBUS DP 上的分布式西門子S7-300數(shù)字量DO模塊SM322
I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。
SIMATIC S7-300（通過(guò)帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PROFIBUS DP CP） SIMATIC S7-400（通過(guò)帶 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或 PR
OFIBUS DP CP） SIMATIC C7 （通過(guò)帶 PROFIBUS DP 接口的 C7 或 PROFIBUS DP CP） SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H帶
IM 308 SIMATIC 505出于性能原因，每條線路上連接的主站不得超過(guò) 2 個(gè)。
以下2種電纜均為德國(guó)進(jìn)口電纜，*產(chǎn)品，假一罰十。質(zhì)量保證一年！
型號(hào)：6XV1830-0EH10
SIMATIC NET, PROFIBUS 快速標(biāo)準(zhǔn)電纜 GP, 2 芯, 屏蔽, 為快速安裝而特殊設(shè)計(jì)，較大長(zhǎng)度: 1000m, zui小訂購(gòu)數(shù)量: 20m, 按米銷售
型號(hào)：6XV1830-3EH10
SIMATIC NET, PROFIBUS FC 拖纜, PROFIBUS 拖纜, 較大加速度:4 m/s2, 至少 3 百萬(wàn)次 彎曲次數(shù)，彎曲半徑： 約 120mm，雙芯屏蔽線，按米銷售，較大長(zhǎng)度: 1000m, zui小訂購(gòu)量: 20 m
PROFIBUS 是一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，在集中自動(dòng)化系統(tǒng)向分散自動(dòng)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)移方面是一種重大突破。
由于PROFIBUS一直側(cè)重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，尤其是側(cè)重于應(yīng)用行規(guī)的研究開發(fā)，使得該總線具有適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)的特點(diǎn)，成為*能夠全面覆蓋工廠自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線，特別適用于工廠自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。因而從誕生至今，PROFIBUS 在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)領(lǐng)域一直是市場(chǎng)上的*。
隨著PROFIBUS的大量應(yīng)用，許多用戶開始接觸并使用了現(xiàn)場(chǎng)總線。但由于用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的了解程度不同，再加上現(xiàn)場(chǎng)施工情況復(fù)雜，因而很有可能導(dǎo)致許多項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊上可能存在著一些隱患，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將有可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)通訊故障，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
為了幫助廣大用戶――特別是剛剛接觸到現(xiàn)場(chǎng)總線的用戶能夠?qū)ROFIBUS的硬件有個(gè)初步的了解，這里將重點(diǎn)介紹如何在現(xiàn)場(chǎng)正確的安裝和使用相關(guān)PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)元件和設(shè)備，幫助用戶在使用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的過(guò)程中從硬件安裝的角度盡量減少問(wèn)題的發(fā)生，從而盡量減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用中出現(xiàn)故障的概率。
PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)通訊的本質(zhì)是RS485串口通訊，按照不同的行業(yè)應(yīng)用，主要有三種通訊行規(guī)：DP（Decentralized Peripherals），F(xiàn)MS（Field Message Specification）和PA（Process Automation）行規(guī)。
其中DP通訊的方式在OSI參考模型中主要使用第1、2、7層，因此PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)的通訊速度較快，且報(bào)文簡(jiǎn)單（表1）。
第7層 （應(yīng)用層） | DP設(shè)備行規(guī) | FMS設(shè)備行規(guī) | PA設(shè)備行規(guī) |
基本功能 擴(kuò)展功能 | 基本功能 擴(kuò)展功能 | ||
DP用戶接口 直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序(DDLM) | 應(yīng)用層接口 （ALI) | DP用戶接口 直接數(shù)據(jù)鏈路映象程序(DDLM) | |
第3～6層 |
| （并沒有省略） |
|
第2層（數(shù)據(jù)鏈路層） | 數(shù)據(jù)鏈路層 現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL) | 數(shù)據(jù)鏈路層 現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路（FDL) | IEC接口 |
第1層 （物理層） | 物理層 （RS485/光纖) | 物理層 （RS485/光纖） | IEC61158-2 |
表1 三種PROFIBUS的通訊行規(guī)的OSI模型
隨著現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，PROFIBUS技術(shù)也在不斷的發(fā)生著變化，例如FMS行規(guī)目前已經(jīng)不再使用，而DP和PA的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，另外類似Motion Control with PROFIBUS 和PROFIsafe 等新的行規(guī)也都會(huì)隨著應(yīng)用而逐漸普及。
但無(wú)論那種行規(guī)，涉及到的硬件和網(wǎng)絡(luò)形式基本都是*的（PA除外）。因此這里我們從zui基本的網(wǎng)絡(luò)硬件著手，介紹PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)連接方式。
PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)主要涉及到的硬件包括：PROFIBUS接口，通訊介質(zhì)，PROFIBUS插頭，中繼器，診斷中繼器，OLM以及有源終端電阻等。
PROFIBUS接口是RS485串口，一般采用SUB-D female的接口，其管腳定義為：
一般CPU或者CP板卡都采用該接口。該接口外部的金屬部分一般連接到CPU或者CP的內(nèi)部的“PE”。而當(dāng)CPU安裝在底板上時(shí)，其“PE”與底板是連通的，此時(shí)如果將安裝底板在電氣柜內(nèi)做接地處理，則該SUB-D接口的外部金屬部分也是接地的。
關(guān)于通訊介質(zhì)，在表1的OSI模型中已經(jīng)規(guī)定：PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質(zhì)。當(dāng)然，現(xiàn)在也有支持無(wú)線通訊的設(shè)備，但我們目前面對(duì)的主要還是有線介質(zhì)的用戶。
PROFIBUS（類型1）介質(zhì)是一根屏蔽雙絞電纜，屏蔽可以提高電磁兼容（EMC）能力。
類型1：NRZ位編碼與EIA RS-485信號(hào)結(jié)合，目的是降低總線耦合器成本，耦合器可以使站與總線之間電氣隔離或非電氣隔離；需要總線終端器，特別在較高數(shù)據(jù)傳輸速率（達(dá)到1500 k bits/s）時(shí)更需要。類型1規(guī)范描述平衡的總線傳輸，符合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-485(EIA: 電氣工業(yè)協(xié)會(huì)；RS-485: 平衡的數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)中使用的收/發(fā)器的電特性標(biāo)準(zhǔn))。在雙絞線兩端的終端器使得類型1的物理層支持高速數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速率≤93.75 kbits/s時(shí)，zui大電纜長(zhǎng)度為1.2km 。對(duì)1500 kbits/s的速度，zui大長(zhǎng)度減到70/200m(對(duì)B/A型電纜)。
PROFIBUS電纜的特性阻抗應(yīng)在100Ω到220Ω之間，電纜電容（導(dǎo)體間）應(yīng)該＜60pF/m，導(dǎo)線截面積應(yīng)≥0.22mm2(24 AWG)。電纜選擇標(biāo)準(zhǔn)參見美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)EIA RS-485的附錄。
兩類電纜的特性：
電纜參數(shù) | A型 | B型 |
阻抗 |
135Ω-165Ω
(f=3到20MHz) |
100Ω-130Ω
(f>100kHz) |
電容 | <30pF/m | <60pF/m |
電阻 | ≤110Ω/Km | - |
導(dǎo)線截面積 | ≥0.34mm2 (22AWG) | ≥0.22mm2(24AWG) |
表2 電纜規(guī)格
下面的表指出兩類電纜（A和B）對(duì)不同傳輸速度時(shí)的zui大長(zhǎng)度
波特率 [kbit/s] | 9.6~93.75 | 187.5 | 500 | 1500 | 3000~12000 |
A型電纜 長(zhǎng)度（m） | 1200 | 1000 | 400 | 200 | 100 |
B型電纜 長(zhǎng)度（m） | 1200 | 600 | 200 | 70 |
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表3 不同傳輸速度時(shí)的電纜長(zhǎng)度
標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS電纜為屏蔽雙絞電纜，其中數(shù)據(jù)線有兩根：A-綠色和B-紅色，分別連接DP接口的管腳3（B）和8（A），電纜的外部包裹著編織網(wǎng)和鋁箔兩層屏蔽，zui外面是紫色的外皮（圖1）。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS電纜
標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS電纜一般都是A類電纜。
除了標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS電纜，還有許多其它特殊類型的電纜可以用于特定的環(huán)境：
圖2 各種類型的PROFIBUS電纜
為了方便將PROFIBUS的外皮以及屏蔽層按照固定的長(zhǎng)度進(jìn)行切除，減少剝線的時(shí)間和剝線過(guò)程中將電纜破壞或者造成短路的可能，西門子還提供了PROFIBUS快速剝線工具（訂貨號(hào)：6GK1 905-6AA00）（見圖3）。
圖3 PROFIBUS快速剝線工具
光纖通訊具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如傳輸距離遠(yuǎn)，抗電磁干擾性好，且光纖尺寸小，重量輕，耐腐蝕性好，便于敷設(shè)等。當(dāng)然也有缺點(diǎn)：光纖彎曲半徑不能過(guò)小，光纖連接處及終端不容易處理等等。
按光在光纖中的傳輸模式不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖（圖4）。
圖4 光纖的分類
多模光纖：中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。
單模光纖：中心玻璃芯教細(xì)(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊。
在現(xiàn)場(chǎng)總線的規(guī)范中，定義了光纖可以做為現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊介質(zhì)。西門子可以使用光纖的PROFIBUS設(shè)備有：帶光纖接口的CP板卡及模板（如CP5613 A2 FO， CP3425-FO等）， OLM和OBT。
光纖主要涉及到選型的問(wèn)題，因?yàn)橥ㄓ嵕嚯x與光纖的類型有很大關(guān)系，而且并非所有的設(shè)備都能支持多種類型的光纖。因此需要注意設(shè)備與光纖以及接頭的選型。這可以通過(guò)OLM的選型來(lái)了解。
OLM接口及匹配光纖看如下表格：
OLM/ P11 P12 G11 G12 G11-1300 G12-1300 |
接口 --電氣 1 1 1 1 1 1 --光纖（BFOC） 1 2 1 2 1 2 |
可連光纖 --塑料 (如：6XV1 821-0AT10) 980/100um 80m 80m -- -- -- -- --PCF (如：6XV1 861-2A) 200/230um 400m 400m -- -- -- -- --石英玻璃 (如：6XV1 820-5BT30) 單模 (10/125um) -- -- -- -- 15km 15km 多模 (50/125um) -- -- 3km 3km 10km 10km 多模 (62.5/125um) -- -- 3km 3km 10km 10km |
表4 OLM的接口及其光纖選型
表中列出了塑料光纖、PCF光纖和玻璃光纖主要的應(yīng)用場(chǎng)合，與OLM相關(guān)的設(shè)備基本上都是BFOC接頭類型。
光纖可以選擇預(yù)裝了接頭的（如購(gòu)買時(shí)已經(jīng)安裝了BFOC接頭），但如果事先不知道距離，也可以選擇單獨(dú)購(gòu)買光纖和接頭。但一般玻璃光纖的BFOC接頭都需要專業(yè)人士來(lái)安裝。
除了OLM，其它的帶有光纖接口的設(shè)備包括：OBT / CP342-5 FO / IM467 FO / CP5613 FO / IM153-2 FO，這些設(shè)備使用的光纖一般使用的是簡(jiǎn)單接頭（Simplex plug），且有兩種光纖可以選擇：
A．塑料光纖 980/100um 50m (如：6XV1 821-0AT10)
B．PCF光纖200/230um 300m (如：6XV1 861-2A)
C．接頭 Simplex plug : 6GK1 900-0KB00-0AC0
這里再總結(jié)一下兩種接頭的訂貨號(hào)：
玻璃光纖的BFOC connector ： 6GK1 901-0DA20-0AA0
塑料光纖的PCF Simplex plug ： 6GK1 900-0KB00-0AC0
BFOC plug ： 6GK1 900-0HB00-0AA0
圖5 Simplex plug 圖6 BFOC接頭
如果希望自己完成接頭的焊接工作，可以訂工具箱（圖7）：
工具箱 PCF Simplex plugs： 6GK1 900-0KL00-0AA0
BOC plugs： 6GK1 900-0HL00-0AA0
圖7 熔接工具箱
但如果是玻璃光纖還是建議找專業(yè)的人員和設(shè)備來(lái)熔接。
PROFIBUS插頭用于連接PROFIBUS電纜和PROFIBUS的站點(diǎn)（圖8）。
圖8 PROFIBUS插頭的使用
在PROFIBUS插頭上，有一個(gè)進(jìn)線孔（In）和一個(gè)出線孔（Out），分別連接至前一個(gè)站和后一個(gè)站。
當(dāng)各站點(diǎn)通過(guò)插頭連接以及網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，根據(jù)RS485串口通訊的規(guī)范，每個(gè)物理網(wǎng)段支持32個(gè)物理設(shè)備，且在物理網(wǎng)段終端的站點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置終端電阻防止浪涌保證通訊質(zhì)量。而每個(gè)PROFIBUS插頭上，都內(nèi)置了終端電阻，需要是可以接入（On）和切除（Off）。當(dāng)終端電阻設(shè)置為“On”時(shí)，表示一個(gè)物理網(wǎng)段的終結(jié)，因此連接在出線端口“Out”后面的網(wǎng)段的信號(hào)也將被中斷。因此，在每個(gè)物理網(wǎng)段兩個(gè)終端站點(diǎn)上的插頭，需要將網(wǎng)線連接在進(jìn)線口“In”，同時(shí)將終端電阻設(shè)置為“On”，而位于網(wǎng)段中間的站點(diǎn)，需要依次將網(wǎng)線連接在進(jìn)線口“In”和出線口“Out”，同時(shí)將終端電阻設(shè)置為“Off”。（圖9）
圖9 PROFIBUS插頭的連接和設(shè)置
需要注意的是，PROFIBUS插頭有一種帶編程口（PG口）的，建議至少每個(gè)網(wǎng)段的兩個(gè)終端站點(diǎn)處的插頭盡量使用帶編程口的（見圖8，左側(cè)的插頭），便于系統(tǒng)的診斷和維護(hù)。
PROFIBUS電纜的兩端應(yīng)該連接終端電阻。終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射在通信過(guò)程中，有兩種原因?qū)е滦盘?hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。
阻抗不連續(xù)：信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有（例如：短路）或者阻抗很大（例如：斷線），信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。由于信號(hào)在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個(gè)同樣大小的終端電阻（圖10）。
圖10 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備連接和終端電阻
引起信號(hào)反射的另一個(gè)原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現(xiàn)在通訊線路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂。
在EIA RS-485中規(guī)定的端接電阻Rt是以下拉電阻Rd（與數(shù)據(jù)地DGND連接）和上拉電阻Ru（與正電壓VP連接）做補(bǔ)充。當(dāng)沒有站進(jìn)行傳輸（即空閑時(shí)間）時(shí)，這個(gè)補(bǔ)充迫使不同的狀態(tài)電壓（即導(dǎo)體間的電壓）趨于一個(gè)確定值（圖11）。
圖11 終端電阻的組成
在一個(gè)物理網(wǎng)段中，但是如果終端和總線電纜阻抗不匹配，則zui大通訊距離會(huì)減少一半。
因而，在一個(gè)物理網(wǎng)段中，應(yīng)該保證在網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)終端各有一個(gè)終端電阻，不能增加也不能減少，否則我們的總線上的網(wǎng)線與終端電阻將會(huì)出現(xiàn)不匹配的問(wèn)題。這就意味著，如果終端站點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，則有可能會(huì)影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊質(zhì)量，因而除了使用PROFIBUS connector上自帶的終端電阻，西門子還提供了有源的終端電阻設(shè)備（圖12）。
圖12 有源終端電阻
有源終端電阻可以單獨(dú)供電，安裝在網(wǎng)段的兩端，保證網(wǎng)段內(nèi)任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的電阻匹配的問(wèn)題。
按照RS485串口通訊的規(guī)范，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備超過(guò)32個(gè)，或者波特率對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通訊距離已經(jīng)超出規(guī)定范圍時(shí)，就應(yīng)該使用RS485中繼器來(lái)拓展網(wǎng)絡(luò)連接。
PROFIBUS通訊屬于RS485通訊的一種，因而也遵循這樣的原則，及如果網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際連接的硬件超過(guò)32個(gè)時(shí)，或者所對(duì)應(yīng)的波特率超過(guò)一定的距離時(shí)（表3），則需要增加相應(yīng)的RS485中繼器來(lái)進(jìn)行物理網(wǎng)段的擴(kuò)展。
由于RS485中繼器本身將造成數(shù)據(jù)的延時(shí)，因而一般情況下，網(wǎng)絡(luò)中的中繼設(shè)備都不能超過(guò)3個(gè)，但西門子的PROFIBUS RS485中繼器采用了特殊的技術(shù)，因而可以將中繼器的個(gè)數(shù)增加到9個(gè)，即在一條物理網(wǎng)線上，zui多可以串聯(lián)9個(gè)西門子的RS485中繼器（圖10）。這樣，網(wǎng)段的擴(kuò)展距離將大大增加。
圖13 RS485中繼器
使用RS485中繼器時(shí)，需要注意幾個(gè)問(wèn)題：
1） 安裝問(wèn)題
l RS485中繼器上下分為兩個(gè)網(wǎng)段，其中A1/B1 和 A1’ / B1 ‘ 接口是網(wǎng)段1的一個(gè)PROFIBUS接口，A2/B2 和 A2’ / B2 ‘ 接口是網(wǎng)段2的一個(gè)PROFIBUS接口，PG/OP 接口屬于網(wǎng)段1；
l 信號(hào)放大是在網(wǎng)段1和網(wǎng)段2之間實(shí)現(xiàn)的，同一網(wǎng)段內(nèi)信號(hào)不能放大；因而需要進(jìn)行距離擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)必須是接在網(wǎng)段2上；
l 兩個(gè)網(wǎng)段之間是物理隔離的，因而RS485中繼器除了擴(kuò)展網(wǎng)段外，還有一個(gè)作用就是可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離。
l 這兩個(gè)網(wǎng)段是都是指物理網(wǎng)段，與STEP7硬件組態(tài)中所組態(tài)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)沒有關(guān)系，不同的物理網(wǎng)段仍然可以屬于同一個(gè)PROFIBUS邏輯網(wǎng)絡(luò)。
l 在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校琑S485中繼器也是一個(gè)信號(hào)收發(fā)設(shè)備，占一個(gè)物理設(shè)備的位置，但不需要分配站號(hào)，因而注意在物理連接站點(diǎn)時(shí)，每個(gè)網(wǎng)段所連接的從站數(shù)是小于32的。擴(kuò)展的距離則對(duì)應(yīng)于每個(gè)波特率的傳輸距離（表3）。
2 ）終端電阻的設(shè)置問(wèn)題
由于兩個(gè)接口分別屬于不同的物理網(wǎng)段，因此中繼器上終端電阻的設(shè)置往往比較容易混淆。
① 中繼器做為終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓展
圖14 中繼器做為網(wǎng)絡(luò)終端站點(diǎn)
在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校欣^器連接了網(wǎng)段1和網(wǎng)段2，由于中繼器內(nèi)部是隔離的，因而做為網(wǎng)段1來(lái)講，中繼器就是該網(wǎng)段的一個(gè)終端設(shè)備，因而在網(wǎng)段1中，應(yīng)該將PROFIBUS網(wǎng)線接在A1/B1上，同時(shí)網(wǎng)段1的終端電阻設(shè)置為“On”；而網(wǎng)段2與網(wǎng)段1類似，也需要將電纜連接在A2/B2上，同時(shí)終端電阻設(shè)置為“On”。
在這種網(wǎng)絡(luò)中，上下兩個(gè)網(wǎng)段中，zui多都還可以連接31個(gè)從站設(shè)備。
②中繼器在的兩個(gè)網(wǎng)段內(nèi)都做為中間設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓展
圖15 中繼器在的兩個(gè)網(wǎng)段內(nèi)都做為中間設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓展
此時(shí)，中繼器的網(wǎng)段1和網(wǎng)段2都是網(wǎng)絡(luò)中間的一個(gè)站點(diǎn)，即終端電阻為“Off”，網(wǎng)段1的總長(zhǎng)度為200米（1.5M bps），網(wǎng)段2的總長(zhǎng)度也為200米（1.5M bps）。兩個(gè)網(wǎng)段之間是電氣隔離的。
3 ）隔離網(wǎng)段
中繼器除了具有信號(hào)放大、擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的作用，還可以將不同的兩個(gè)物理網(wǎng)段進(jìn)行電氣隔離，從而避免兩個(gè)網(wǎng)段之間的EMC干擾。
圖16 隔離2個(gè)網(wǎng)段
由于網(wǎng)段之間是隔離的，因而如果 斷開PE端時(shí)，可以將兩個(gè)網(wǎng)段分別按照接地和不接地的兩個(gè)網(wǎng)段進(jìn)行連接操作。
除了電纜，PROFIBUS通訊還支持光纖做為傳輸介質(zhì)，通過(guò)光纖連接的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，且光纖本身不受電、磁的影響，比較適合長(zhǎng)距離、戶外鋪設(shè)和抗電磁兼容的環(huán)境。
支持PROFIBUS光纖通訊的設(shè)備有OLM和OBT。其中OLM是做為主干網(wǎng)設(shè)備使用的，針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌枰M(jìn)行一定的撥碼參數(shù)的設(shè)置；而OBT只是做為網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的轉(zhuǎn)換。
1) OLM (Optical Link Module)
OLM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般有以下幾種：
l 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接
l 線性拓?fù)?/p>
l 星形拓?fù)?/p>
l 冗余光纖環(huán)網(wǎng)
圖 17 OLM V4
① 線性拓?fù)?/p>
圖18 OLM的線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
②星形拓?fù)?/p>
圖19 OLM的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
③OLM的冗余環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖20 冗余環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
在冗余環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有的OLM必須型號(hào)相同，且DIP開關(guān)的設(shè)置也相同。
連接OLM的光纖即可以采用單模玻璃光纖，也可以選擇多模塑料光纖，具體請(qǐng)參考光纖部分的介紹（表4）。
2) OBT(Optical Bus Terminal)
圖21 OBT
OBT僅僅做為介質(zhì)轉(zhuǎn)換的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中使用，不具有OLM的組網(wǎng)能力，一般只能使用塑料光纖（50米）和PCF光纖（300米）。
圖22 OBT在網(wǎng)絡(luò)中的使用
了解了PROFIBUS的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)器件，這里就PROFIBUS安裝的注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹，同時(shí)會(huì)結(jié)合一些現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)例加以說(shuō)明。
設(shè)計(jì)一條PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，首先需要了解PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湟?guī)則：
① PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是RS485串口通訊，半雙工，支持光纖通訊；
② 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)理論上zui多可連接127個(gè)物理站點(diǎn)，其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備；
③ 網(wǎng)絡(luò)的通訊波特率9.6kbps~12Mbps，通訊波特率與通訊的距離具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系（見表3）；
④ 每個(gè)物理網(wǎng)段zui多32個(gè)物理站點(diǎn)設(shè)備，物理網(wǎng)段兩終端都需要設(shè)置終端電阻或使用有源終端電阻；
⑤ 每個(gè)網(wǎng)段的通訊距離或者設(shè)備數(shù)如果超限，需要增加RS485中繼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓展，中繼器zui多可串聯(lián)9個(gè)；
⑥ 每個(gè)中繼設(shè)備（RS485中繼器、OLM）也做為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)物理站點(diǎn)，但沒有站號(hào)；
⑦ 網(wǎng)絡(luò)支持多主站，但在同一網(wǎng)絡(luò)中，不建議多于3個(gè)主站；
⑧ 在Step7軟件中進(jìn)行PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照從小到大的順序設(shè)置從站站號(hào)，且應(yīng)該連續(xù)；
⑨ 一般0是PG的地址，1～2為主站地址，126為某些從站默認(rèn)的地址，127是廣播地址，因而這些地址一般不再分配給從站，故DP從站zui多可連接124個(gè)，站號(hào)設(shè)置一般為 3~125。
⑩ 如果網(wǎng)絡(luò)中涉及到分支電纜，則應(yīng)注意分支電纜的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守PROFIBUS的協(xié)議規(guī)定，比如：波特率1.5Mbps時(shí)，網(wǎng)段中分支電纜總長(zhǎng)度6.6米（表5）。
波特率 [kbit/s] | 9.6 | 97.75 | 187.5 | 500 | 1500 |
分支電纜 長(zhǎng)度（m） | 500 | 100 | 33 | 20 | 6.6 |
? 表5 波特率與分支電纜的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)表
? 用戶如果使用了西門子的SIMOCODE 3UF7等產(chǎn)品時(shí)，就會(huì)涉及到網(wǎng)絡(luò)中存在分支電纜的問(wèn)題。為了保證每個(gè)網(wǎng)段的分支電纜不超過(guò)規(guī)定長(zhǎng)度，一般可以在每個(gè)抽屜柜內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)中繼器，進(jìn)行物理網(wǎng)段的分割，同時(shí)還可以起到隔離干擾的作用。
在進(jìn)行PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接之前，首先應(yīng)當(dāng)考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否有問(wèn)題。如果拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有問(wèn)題，將來(lái)網(wǎng)絡(luò)通訊很可能出現(xiàn)問(wèn)題。
另外，從波特率與距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系中可以看到，波特率越高，則對(duì)應(yīng)的通訊距離越近，因而如果現(xiàn)場(chǎng)遇到PROFIBUS的通訊有通訊不上或者通訊不穩(wěn)定的情況，也可以考慮先將波特率降低，再進(jìn)行觀察處理。
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歐姆，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。
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，該金屬部分與當(dāng)Sub-D插頭外部的金屬部分相連，當(dāng)將插頭插在CPU或者ET200M等設(shè)備的DP口上時(shí)，則通過(guò)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23 PROFIBUS 插頭內(nèi)部接線即屏蔽層的處理
由于接地有利于保護(hù)PLC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”。
③布線規(guī)則
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(wú)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（圖24）。
圖24 電纜槽架以及電纜在線槽內(nèi)的處理
圖25 現(xiàn)場(chǎng)布線
電纜槽架之間也的連接應(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。
圖26 電纜橋架之間的連接以及接地處理
圖27 現(xiàn)場(chǎng)的通訊電纜
圖26中的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。
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（圖27）。
圖28 通訊電纜在線槽內(nèi)與動(dòng)力電纜平行走線
在圖27中，通訊電纜不僅沒有滿足a. 或 b. 兩條原則，反而與比較大的動(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。
可以交叉布線：
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29 通訊電纜貼近金屬板
通訊電纜應(yīng)與大面積的金屬板或“地平面”貼近。
圖30 通訊電纜形成環(huán)
此時(shí)如果有磁力線從環(huán)中間穿過(guò)時(shí)，根據(jù)“右手定律”，容易產(chǎn)生干擾信號(hào)。
在圖30中，盡管背板是比較大的金屬板，但由于項(xiàng)目已經(jīng)完成，因而不存在電纜長(zhǎng)度變化的可能，因此還是建議用戶將過(guò)長(zhǎng)的電纜剪短，放入柜內(nèi)的電纜槽內(nèi)。
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（圖31）。
圖31 通訊站點(diǎn)之間應(yīng)做“等電勢(shì)”處理
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(guò)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。
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)。
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（圖32）。
圖32 系統(tǒng)進(jìn)行良好的接地設(shè)計(jì)和實(shí)施
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（圖33），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
圖 33 通訊電纜與動(dòng)力電纜在電柜內(nèi)的受干擾情況
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_的太長(zhǎng)，否則會(huì)暴露在空間，成為容易受干擾的“天線”（圖34）。
圖34 屏蔽層暴露在空間容易接收干擾
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（圖35）。
圖35 屏蔽層的接地
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（圖36）。
圖36 屏蔽層在柜內(nèi)進(jìn)行接地處理
如果通訊電纜在柜內(nèi)需要經(jīng)過(guò)端子進(jìn)行連接，則屏蔽層在端子排的兩側(cè)分別進(jìn)行連接（圖37）。
圖37 通訊電纜通過(guò)端子連接時(shí)的屏蔽層處理
而此時(shí)應(yīng)當(dāng)避免的做法是將屏蔽層剝開，擰成一根連接到端子（圖38），這種方式在EMC領(lǐng)域有個(gè)名稱叫做“豬尾巴”。
圖38 屏蔽電纜接頭處的“豬尾巴效應(yīng)”
在現(xiàn)場(chǎng)的連接中，如果將屏蔽層剝開過(guò)長(zhǎng)，則通訊電纜將有很長(zhǎng)一段沒有被屏蔽層“保護(hù)”，而屏蔽層擰成一根后將形成天線，更容易將干擾引入系統(tǒng)（圖39）。
圖39 屏蔽電纜的“豬尾巴”連接
如果使用場(chǎng)合存在過(guò)壓的危險(xiǎn)，請(qǐng)?jiān)诠裢獠捎弥甭耠娎|，同時(shí)在柜內(nèi)、柜外的電纜上采用過(guò)壓保護(hù)裝置（圖40）。
如果存在雷擊，請(qǐng)參照防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防雷的設(shè)計(jì)。
圖40 過(guò)壓保護(hù)裝置
變頻器等比較大功率的設(shè)備除了通過(guò)干擾電源、通過(guò)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的處理。
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（圖41），以改善EMC特性。
圖41 使用鍍鋅安裝底板代替噴漆底板
變頻器的出線，都應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的EMC處理，比如采用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（圖42）。
圖42 對(duì)變頻器的電纜進(jìn)行規(guī)范的EMC處理
PROFIBUS是一種抗干擾性比較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，但不時(shí)還會(huì)發(fā)生一些故障。在處理故障的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，造成PROFIBUS通訊出現(xiàn)故障的原因，80％都是zui簡(jiǎn)單的原因，比如：現(xiàn)場(chǎng)沒有接地處理、布線時(shí)與動(dòng)力電纜沒有分開等等；因此為了避免PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)后期運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障，首先應(yīng)該注意按照PROFIBUS的規(guī)范進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，同時(shí)嚴(yán)格遵守安裝規(guī)范的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。
除此之外，現(xiàn)場(chǎng)診斷一般會(huì)使用到BT200和示波器等設(shè)備。BT200是西門子的提供的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)診斷設(shè)備，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)距離檢測(cè)，網(wǎng)絡(luò)連接的質(zhì)量的檢查（比如斷線、短路等等），常用于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工布線階段；
圖43 BT200
而示波器常常用于檢測(cè)PROFIBUS通訊的波形，一般用于項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)質(zhì)量的檢測(cè)。
圖43 示波器顯示PROFIBUS信號(hào)受到干擾時(shí)的波形
另外，STEP7等編程工具也可以做為網(wǎng)絡(luò)診斷的一種工具。在STEP7軟件中，提供了“在線診斷”的功能，可以實(shí)時(shí)的對(duì)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行zui直接的診斷。比如：哪些從站出現(xiàn)故障，可在STEP7的診斷緩沖區(qū)中直接得到故障信息，因此一般用于項(xiàng)目調(diào)試過(guò)程中以及項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)診斷。
圖44 Step7在線診斷功能
另外STEP7還提供了一些PROFIBUS的診斷功能塊，比如FB125/FC125等，方便用戶通過(guò)編程的方式在程序運(yùn)行中診斷PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的故障，同時(shí)可將故障信息直接顯示在上位機(jī)畫面上。
軟件的診斷方式都支持到通道級(jí)的診斷。
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