Profibus 物理層の基礎を理解する

Profibus(プロセスフィールドバス)は、産業オートメーション、製造、およびプロセス制御のための最も信頼できるフィールドバス技術の1つです。そのRS-485ベースの物理層は、の終了と]]の注意を払って、長距離と電気的に過酷な環境で信号の完全性を維持するためにシールド]。適切な実装がなければ、適切に構成されたネットワークの経験ビットエラー、パケットの損失、および断続的には、診断されない。

Profibus 規格 (IEC 61158) は、RS-485 タイプ A ケーブルに 150 Ωの特有インピーダンスを持つねじれ止め銅ケーブルを指定します。多くのインストールでは 120-Ω ケーブルを使用します。終端抵抗値はケーブルとrsquo に一致しなければなりません。誤ったバスの端に信号反射を防ぐ特性インピーダンス。このマッチは、反射が異なる電圧レベルを歪める、ビットの受信機の解釈につながる、立っている波を引き起こすので、重要です。

終端とシールドのやりとりがいかに重要であるかを理解する。 適切に調整されたバスは反射を最小限に抑えます。適切なシールドは、ねじれのペアにカップリングから外部の電磁妨害(EMI)を防ぐことができます。 一緒に、彼らは1.5 Mbpsで最大1200メートルの範囲でできる信頼性の高い通信チャネルを作成します(リピーターは10 kmまで)。

予防接種:理論と実践

終了抵抗器は、Profibus セグメントの 2 つの物理的端に配置されます。各抵抗ネットワークは、A と B 線(データ + およびデータ −) を渡る単一抵抗器 (120 オーム) で構成されています。アクティブ終了設計では、バイアス電圧は、バスがアイドル状態を確かめるシリーズ抵抗器を介しても適用されます。

なぜミズマッチド終了は失敗の原因

信号がケーブルの終端に達した場合、破産インピーダンスの変更は、信号エネルギーの一部がソースに向かって反映する原因となります。この反射波は、元の信号から、オーバーシュート、アンダーシュート、リングを作成する、または引き算に追加します。RS-485のようなバランスの取れたシステムでは、差動受信機は、追加の移行として、これらのアーティファクトを、潜在的に引き起こします。

  • 偽の開始ビット(フレーム全体を破損)
  • 再送信をトリガーするCRCエラー
  • 安全クリティカルループにおける検出されていないデータ破損
  • ノードをスレーブして、送信ウィンドウを欠落させます

長いスタブライン(制限された低下)を備えたネットワークは、特に脆弱です。 適切なエンド抵抗器でも、2&ndashよりも長いスタブ。 3メートルは、伝送ライン自体として機能し、遅延と反射を導入することができます。 Profibusのガイドラインは、1.5Mbpsで6.6メートル未満のスタブの長さを制限し、12Mbpsで30センチメートル未満。

正しい終了抵抗器配置

メインバスケーブルの2つののみ]の物理終了のみが終了する必要があります。 エンドのデバイスがビルトイン終了スイッチが含まれている場合は、有効になっていることを確認してください。 複数のデバイスが同じバスの終了を共有している場合は、1つの終了ネットワークのみをインストールします。 一般的な間違いは次のとおりです。

  • 間違った端で終端を終端に終止符(例えば、中間ノード)
  • 複数の終了(容量性ローディングを使用)
  • エンドにないデバイスで終了が有効

セグメントは200メートル以上、高騒音環境では、インピーダンスマッチングと偏見の両方を提供するアクティブ終了モジュールを使用します。 パッシブ120〜ω抵抗器は、短時間で、静かな走行に十分です。

Profibusケーブルのための技術の保護

Profibus Type Aケーブルには、ねじれのペアをカバーする編組またはホイルシールドが含まれています。シールドは2つの目的を果たします。外部放射干渉を促進し、適切に接地すると、データラインに数回ではなく、排出する電流の低インピーダンスパスを提供します。

単点対多点接地

産業保護の永遠の議論は、一端または両端に接地するかどうかです。 答えは、環境と地上の潜在的な違いの存在に依存します。

[単点接地](保護地球(PE)に接続されたシールドは、通常、マスター/コントローラ側)は、地面のループを回避します。シールドが異なる可能性がある2つのポイントで地面に接続されると、信号ペアにノイズを侵入する循環電流を引き起こします。 インストールが建物、大きな金属構造、または大型機器との間で間隔を合わせるときに、これは推奨される方法です。

[マルチポイント接地](両端にPEに接続され、おそらくルートに沿ってキャビネットで)は、干渉波長にシールドのスタブの長さを短くするので、より優れた高周波EMI保護を提供します。 Profibusは1.5〜12Mbpsで動作するため、高周波干渉(VFD、電源の切り替え、溶接装置)は、ほぼ同じ点で保護された点で、VFDを効果的に減少させる(VFD)は、ほぼ同じ点で提供されている)。

実際には、多くの産業インスタレーションは、導体の大きさと接続品質を接地するために注意を払って、マルチポイントの接地を使用します。 ]シールドボンディングコネクタを使用して、ケーブルの周りに360度をラップし、低インダクタンスを維持します。 葉状から地面まで長いワイヤーが接続しないでください。 これにより、より高頻度でシールド効果を低下させるパラシティックインダクタンスが作成されます。

ケーブルルーティングと分離

完璧な接地でも、ケーブルが脆弱にルーティングされています。 Profibus ガイドライン (EN 50170/IEC 61158) からこれらの分離規則に従ってください。

  • 110 V AC電源ケーブルから20cm以上分
  • 230/400 V AC 電源ケーブルから少なくとも 50 センチメートルの分離
  • 90°の十字の送電線;誘導のカップリングを最小にする角度
  • 電源および信号のための別のケーブルの皿かダクトを使用して下さい
  • 可変周波数ドライブ(VFD)出力ケーブルへの平行にルーティングを避けて下さい

極端なケースでは、二重シールドケーブルを使用して、またはノイズソースの近くにフェライトコアを追加します。

長期信頼性のためのインストールベストプラクティス

適切に終了し、保護されたProfibusネットワークは、インストール品質と同じくらい良いです。 コネクタトルクやケーブル曲げ半径などの小さな詳細でも、性能を時間をかけて劣化させることができます。

コネクターの完全性

統合終了抵抗器(最後にあれば)で[のみを使用してください。 推奨トルク、通常0.4–0.5 Nm。 緩いコネクタは、断続的な接触抵抗を紹介します。 IP67環境では、ベイネットロックでM12コネクタを使用します。

曲げ半径と緊張の軽減

ケーブル曲げ半径を少なくとも10回に最小化します。鋭い曲げはねじれたペアの内部幾何学を歪め、特徴的なインピーダンスをシフトできます。ケーブルとの安全なケーブルは30センチメートルごとに接続しますが、andmdashを監督しません。圧縮は断熱物を粉砕し、ケーブル&rsquoを変更することができます。電気的特性。

チェックリストのテストとコミッション

Profibus セグメントを生産にする前に、バスアナライザまたはオシロスコープでこれらのパラメータを確認します。

  • DC抵抗:]] 端間のA-to-Bライン抵抗はおよそ60オーム(平行の2 120オーム抵抗器)であるべきです。
  • 信号レベル:]]のアイドルバス電圧は200 mVの差動(フェイルセーフバイアス)を超えるべきである。
  • [] ジッタリング:[]] 目の図解析で、開証拠金とギャップを確認します。 ビット期間の40%。
  • 接地連続:[]] シールド対PE抵抗は1オーム未満でなければなりません。

断続的なエラーが発生する既存のネットワークでは、タイムドメインの反射計(TDR)を使用して、悪いコネクタ、水侵入、またはケーブルを破棄したインピーダンスの中止を特定します。

一般的な落札とトラブルシューティング

慎重なデザインでも、Profibusの問題が上昇します。頻繁な犯人とその症状は次のとおりです。

SymptomLikely CauseSolution
Intermittent loss of communication with one slaveStub too long, bad connector, or missing shield ground at that nodeShorten stub, replace connector, ensure shield bond
All nodes go offline simultaneouslyMissing termination at one end, or master’s termination not enabledCheck both ends, measure DC resistance
High CRC error rateEMI from VFD or power supply, loose shield connectionImprove shield grounding, increase separation
Bus hangs after adding new deviceNew device has termination enabled accidentallyDisable termination at non-end nodes

さまざまな点でAとB線の抵抗を計測することで、常にトラブルシューティングを開始します。30オーム付近の値は3つの終了(誤り)を示します。120オーム付近の値は1つの終了のみを示しています。無限に近い値が終了を示すことはありません。

外部リソース

より深い理解のために、これらの信頼できる参照に相談して下さい:

コンテンツ

適切な [ の Profibus の終了 および [] のシールド技術 はオプションではありません。それらは、産業オートメーションにおける決定的、エラーのない通信を達成するために基本的です。 信号の反射と EMI のカップリングの背後にある物理を理解し、インストールのベストプラクティスを厳格に適用することにより、エンジニアは、デセンドのために確実に実行するネットワークを構築することができます。 正確な終了時に、コストダウンの決定、コストダウン、およびコストダウンの低減。