西门子PLC模块6ES7318-3EL01-0AB0

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4RS-485网络

S7-200系统支持的PPI、MPI和PROFIBUS-DP协议通常以RS-485电气网络为硬件基础。
RS-485串行通信标准采用平衡信号传输方式，或者称为差动模式。平衡传输方式可以有效地抑制传输过程中干扰。
平衡方式采用一对导线，利用两根导线间的电压差传输传输信号。这两根导线被命名为A（TxD/RxD-）和B（TxD/RxD+）。当B的电压比A高时，认为传输的是逻辑"高"电平；当B的电压比A低时，认为传输的是逻辑"低"电平信号。能够有效工作的差动电压范围十分宽广，可以从零点几伏到接近十伏。
RS-485通信端口可以做到很高的通信速率，较长的通信距离，以及并联连接多个端口。

平衡通信方式能否有效工作受到共模电压差的影响。RS-485接口的两根导线相对于通信对象信号地的电压差就是共模电压。非电气隔离的RS-485接口能在一定的范围内抵抗共模电压对通信的干扰。


S7-200 CPU通信口的共模抑制电压是12V。所以对于这类非隔离型的RS-485端口，保证通信口之间的信号地等电位非常重要，好将它们连接在一起（并不是说一定要接地）。


S7-200系统中的RS-485端口是半双工的，不能同时发送和接收信号。
在S7-200系统中，选择合适的通信设备，可以做到波特率从1200到12M，单段距离1000m，单段站点32个的通信网络。通过中继器，RS-485电气网络还可以扩展通信距离，增加通信站点。详情请参考《S7-200系统手册》关于通信的专门一章。
虽然常见的RS-485通信器件在电气性能上基本一致，但物理接口却五花八门，没有统一的规定。

西门子系统中的 D-Sub 9 针型 RS-485 端口，引脚定义是基本一致的。

4.1 S7-200系统中的RS-485通信
在S7-200系统中，CPU上的通信口（编程口），以及EM277模块上的通信端口都是符合RS-485电气标准的。但它们也有所不同：

S7-200 CPU上的通信口是非隔离型的，高通信速率187.5K波特
EM277上的通信口是隔离的，高通信速率12M，并且速率自适应

以下三种协议，都可以在RS-485的硬件基础上实现通信：

PPI（包括编程通信、S7-200 CPU之间、S7-200 CPU与HMI之间的通信等）
MPI（S7-200 CPU与S CPU、S7-200 CPU与HMI之间、EM277与HMI之间的通信等）
PROFIBUS-DP（EM277与其他PROFIBUS-DP主站之间的通信）

实际上，如果各通信站点的地址不同，通信波特率相同，上述三个协议可以在一个RS-485网络上同时实现各自的通信。当然，一个站点支持什么协议受到自身条件所限。


因此考察上述电气网络的通信时，我们应注意到它们都受RS-485网络电气基础的制约。上述网络所用的网络硬件基本一样。

5RS-485网络的硬件组成



在S7-200系统中，无论是组成PPI、MPI还是RPOFIBUS-DP网络，或是Modbus RTU网络，用到的主要部件都是一样的：

PROFIBUS电缆：电缆型号有多种，其中基本的是PROFIBUS FC（Fast Connect快速连接）Standard电缆（订货号6XV1 830-0EH10）
PROFIBUS网络连接器：网络连接器也有多种形式，如出线角度不同等等
5.1 连接网络连接器
A. 电缆和剥线器。使用FC技术不用剥出裸露的铜线。


图1. 剥好一端的PROFIBUS电缆与快速剥线器（FCS，订货号6GK1905-6AA00）。


B. 打开PROFIBUS网络连接器。首先打开电缆张力释放压块，然后掀开芯线锁。


图2. 打开的PROFIBUS连接器


C. 去除PROFIBUS电缆芯线外的保护层，将芯线按照相应的颜色标记插入芯线锁，再把锁块用力压下，使内部导体接触。应注意使电缆剥出的屏蔽层与屏蔽连接压片接触。


图3. 插入电缆


由于通信频率比较高，因此通信电缆采用双端接地。电缆两头都要连接屏蔽层。


D. 复位电缆压块，拧紧螺丝，消除外部拉力对内部连接的影响。

5.2 网络连接器
网络连接器主要分为两种类型：带和不带编程口的。不带编程口的插头用于一般联网，带编程口的插头可以在联网的同时仍然提供一个编程连接端口，用于编程或者连接HMI等。


图4. 左侧为不带编程口的网络连接器（订货号：6ES7 972-0BA52-0XA0）
右侧的是带编程口的网络连接器（订货号：6ES7 972-0BB52-0XA0）

5.3 线型网络结构
通过PROFIBUS电缆连接网络插头，构成总线型网络结构。


图5. 总线型网络连接


在上图中，网络连接器A、B、C分别插到三个通信站点的通信口上；电缆a把插头A和B连接起来，电缆b连接插头B和C。线型结构可以照此扩展。


注意圆圈内的"终端电阻"开关设置。网络终端的插头，其终端电阻开关必须放在"ON"的位置；中间站点的插头其终端电阻开关应放在"OFF"位置。

5.4 终端电阻和偏置电阻
一个正规的RS-485网络使用终端电阻和偏置电阻。在网络连接线非常短、临时或实验室测试时也可以不使用终端和偏置电阻。

终端电阻：在线型网络两端（相距远的两个通信端口上），并联在一对通信线上的电阻。根据传输线理论，终端电阻可以吸收网络上的反射波，有效地增强信号强度。两个终端电阻并联后的值应当基本等于传输线在通信频率上的特性阻抗 偏置电阻：偏置电阻用于在电气情况复杂时确保A、B信号的相对关系，保证"0"、"1"信号的可靠性


西门子的PROFIBUS网络连接器已经内置了终端和偏置电阻，通过一个开关方便地接通或断开。终端和偏置电阻的值完全符合西门子通信端口和PROFIBUS电缆的要求。


合上网络中网络插头的终端电阻开关，可以非常方便地切断插头后面的部分网络的信号传输。


与其他设备通信时（采用PROFIBUS电缆），对方的通信端口可能不是D-SUB9针型的，或者引脚定义完全不同。如西门子的MM4x0变频器，RS-485通信口采用端子接线形式，这种情况下需要另外连接终端电阻，西门子可以提供一个比较规整的外接电阻。对于其他设备，可以参照《S7-200系统手册》上的技术数据制作。


西门子网络插头中的终端电阻、偏置电阻的大小与西门子PROFIBUS电缆的特性阻抗相匹配，强烈建议用户配套使用西门子的PROFIBUS电缆和网络插头。可以避免许多麻烦。