西门子6ES7235-0KD22-0XA8全年质保

rs485接口定义图

1 连接主机端的rs485接口。

----信号定义如下：

----rs485接口 --------信号含义

---- 3 -----------b rxd- 接收数据

---- 4 ------------a rxd+ 接收数据

---- 5------------ y txd+ 发送数据

---- 7------------ z txd- 发送数据

2-连接从机端的rs485接口。

----信号定义如下：

----rs485接口--------- 信号含义

---- 3------------ z txd- 发送数据

---- 4------------ y txd+ 发送数据

---- 5------------ a rxd+ 接收数据

---- 7------------ b rxd- 接收数据

网络通信问题很多用户都碰到过，导致问题的原因很多。近碰到的一个profibus通信的问题，常见却不容易发现。我觉得很有必要给大家讲讲。以后项目中要引以为戒啊！

一个项目进行改造，在profibus网络的后面增加了几个站点，距离也非常近，符合profibus网络长度的限制，同时也符合网络的安装规范，接地也良好，施工完成后，从站出现不定期的掉站情况，故事将带您一起分析故障的原因。

网络比较复杂，划分了好几个网段，根据现场测试简单画出网络拓扑图，如图1所示。

为了便于分析，图1中的网络只是示意图，总共有三个网段，只有一个cpu，从站故障多发生于网段1中cpu右边的22个从站设备中。

由于profibus通信是电压差分信号，故障发生在哪一个网段只是结果并不能判断故障源。先使用amprolyzer （profibus报文测试软件，可以在西门子网站上下载）软件对整个网络进行测试，发现有报文错误。现场调试头疼的就是由多个网段组成的网络，必须单独测量，检查的方法也很简单，就是排除法。首先进行网络分拆，屏蔽网段2，再在cpu上使用终端电阻隔开cpu左边的36个从站，这样可以排除网段间的相互干扰。后发现大量的错误报文还是由cpu右边22个从站设备发出，这样就确定了故障的网段。

首先检查接地，表面看每个站点都接地良好，因为没有考虑到接地电阻，接地线分布等原因，这些问题对于现场临时调试是不可能的事情，所以就算接地良好。

其次查看是否符合profibus安装规范，包括站点间距离、是否有分支等，看了半天也没查出原因，就算是没问题吧，因为查看每一个接头是否虚接同样不现实。都没有问题，现场了解，在cpu右边22个从站设备的网段中进行过改造，添加了新设备，有一个站点添加在原网段，后面又添加了一个中继器用于扩展和隔离，检查了也没有发现问题，那么问题出现在哪里呢？

表面看不出来，只能通过查看一下通信的物理信号，例如是否受到信号干扰以及profibus安装问题等，使用示波器查看的波形图如图2所示，

在波形上可以看到明显的信号反射，通过时间与信号传输速度的关系，计算到反射的位置距离主站大于70米，而70米处正是添加新设备的位置，再去现场重新检查，发现了一个奇怪的安装现象，如图3所示。

现场查看，发现网络后使用中继器与新加站点隔开，由于安装空间问题，还有一个站点在中继器前安装，然后再连接到中继器，连接从站到中继器的电缆与原电缆不匹配，一个新的，一个是旧的，电缆订货号居然不同，难道问题出在这里？使用终端电阻将使用新通信电缆的站点隔离，再看信号波形图，反射信号消失了，问题找到了，使用一段多余的旧线替换新线后，错误报文很少出现。真是没有想到，一小段电缆居然造成整个网络不稳定。

如果通信电缆的特征阻抗不匹配，通信信号就会发生反射，如果通信距离较长，在末端出现反射，对通信造成的危害更大，即使电缆参数相同，但是厂商不同，特征电阻也会有偏差（手册中标有误差范围为正负10%，所以大偏差20%），如果在长距离使用非profibus协会的电缆，通信质量就更难保证，图4的安装不能说错误，但是应注意上述的问题。

如果现场确实有困难，应在两种电缆交汇处使用中继器隔开

在具体确定选用那种产品之前，一般来说，应该弄明如下几方面的情况：

1.规模的大小，即需要运用现场总线构成网络的节点有多少个。

规模的大小对选用那种现场总线有影响，如：can多可接设备110个，而lonworks的节点数可达32000个，profibus的节点也是从几十个到一百多个。

2.环境条件：这包括节点分布的远近，现场的安全防爆要求，电磁环境等。

环境条件的不同，对选用那种现场总线也有影响，首先节点分布的远近决定通信线路的长度，而这方面不同的总线其能力是不一样的，其变化范围为几十米至10公里。现场的安全防爆要求是一项十分重要的指标，根据上面分析除can总线外，其余几种都能满足安全防爆要求，依据目前的发展趋势好选用profibus-pa或ff的h1。现场电磁环境的优劣，决定了选用构成网络的通信介质，如果现场电磁干扰等很严重，好选用光纤作为传输介质。

3.传输信号情况：这包括传输信号是模拟量或数字量，信息量的大小，对实时性的要求等。传输信号情况的不同对现场能力也提出不同的要求，如果是模拟与数字信号共存，可以选用hart;如果传输的信息量特别大，实时性不高，可以考虑选用profibus—fms;如果是信息量大，实时性高，可以考虑选用profibus—fms和profibus—dp构成系统.

4.现场设备情况：这是指对原老设备的技术改造，还是采用符合现场总线要求的新的智能仪表等。这种情况在国内的许多单位都存在，由于原来使用的许多仪表都是ii型或iii型表，且目前使用的效果又比较好，但又希望利用先进的现场总线技术提高生产的综合自动化水平，这样实际上是提出了一个在如果充分利用原来老设备的基础上建立现场总线网络。所幸的是目前市场提供的远程智能i/o能满足这种要求如：国内的北京中机浦发工贸发展有限公司就能生产这种产品，通过这种i/o能将传统仪表的模拟4—20ma或0-5v的信号转换成和现场总线相兼容的通信信号，从而实现与现场总线网络的联接与通信。（http://www.diangon.com版权所有）这种方案对一些财力不是很充足的老企业进行技术改造是一种可取的途径。总之作为用户，总是希望选用性能价格比优的产品，但是由于用户自身的需求千差万别，往往一种现场的产品很难满足各方面的需求，所以在实际选型时，我们可以利用网关技术，将不同的现场总线集成一起，从而满足自己的要求。

另外，如果针对自己的要求，有几种产品都能满足自己的要求，且性能价格比都差不多时，这时考虑的因素应该是服务，如果哪家的产品用户多，服务好(包括安装，培训，维修等)，就应该考虑优先选择该产品。照目前时情况profibus和ff在这方面比较有优势。

profibus-dp 的终端电阻是三个电阻的组合，如图1所示，

在网络空闲时提供一个1.1v电压，uidle =uv r1/ r1+r2+r3 =5*220/390+220+390=1.1 v ，提供较高的干扰抑制能力和确定的状态。

第二个作用用于匹配profibus type a （z=150欧）的特征阻抗，阻止信号反射如图2所示。，即原端阻抗（profibus网络一端终端电阻）与电缆的特征阻抗（150欧）和负载端阻抗（profibus 网络另一端终端电阻）匹配就不会产生信号反射，标准的终端器阻抗不jingque匹配线的特征阻抗,但是已经足够用于避免信号反射。所以即使使用不同批次的 profibus 电缆也不会产生信号反射。

那么为什么会在图3这里产生信号反射呢？可以肯定 profibus 电缆的特征阻抗发生变化了，由于弯曲半径过小，图3中得 profibus 电缆相当于对折，原先电缆的铜芯是圆的，现在可能变成扁平的了，在安装时裁剪多余的电缆就可以避免这样的问题。

一、can总线的概述

can,全称为“controller area network”,即控制器局域网，是国际上应用广泛的之一。初，can被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各控制装置ecu之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入can控制装置。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。一个由can 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的特性所限制。为适应“减少线束的数量”、“通过多个lan,进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的can 通信协议。此后，can 通过iso11898 及iso11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

二、can总线的分层结构

can遵从osi模型，按照osi基准模型，can结构划分为两层：数据链路层和物理层，如下图所示。

1.按照ieee 802.2和802.3 标准，数据链路层又划分为：

1）逻辑链路控制（llc-logic bbbb control）。

2）媒体访问控制（mac-medium access control）。

2.物理层又划分为：

1）物理信令（pls-physical signalling）。

2）物理媒体附属装置（pma-physical medium attachment）。

3）媒体相关接口（mdi-medium dependent interface）。

mac子层运行借助称之为“故障界定实体（fce）”的管理实体进行监控。故障界定是使判别短暂干扰和性故障成为可能的一种自检机制。物理层可借助检测和管理物理媒体故障实体进行监控（例如总线短路或中断，总线故障管理）。llc和mac两个同等的协议实体通过交换帧或协议数据单元（pdu-protocol data unit）和（n）-用户数据组成，为传送一个npdu,（n-1）层实体必须通过（n-1）服务访问点（sap-service access point）[（n-1）-sap].npdu借助于（n-1）层服务数据单元（sdu-service data u nit）[（n-1）-sdu]传至（n-1）层，其服务功能允许npdu的传送。sdu是接口数据，对其识别预先在（n）层实体间进行，亦即，它表示逻辑数据单元由服务进行传送。can协议的数据链层既不提供分配一个sdu至多个pdu,也不提供分配多个sdu至一个pdu的方法，亦即，npdu直接由相应的nsdu和层指定控制信息n-pci构成。

三、can总线的原理介绍

当can总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。当一个站要向其它站发送数据时，该站的cpu将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的can芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时， 转为发送报文状态。can芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。

由于can总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在can总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。

四、can总线的特点

can具有十分优越的特点，使人们乐于选择。这些优越的特点包括：

（1）它是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信。

（2）网络各节点之间的实时性强。can总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。

（3）通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1mb/s.

（4）can总线通信接口中集成了can协议的物理层和数据链路层作用，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等项工作。

（5）can协议的一个大特点是废除了传统的站地址编码，雨代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种数据块编码方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分步式控制中非常重要。

（6）数据段长度多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而倮证了通信的实时性。

（7）can协议采用crc检验并可提供相应的错误处理作用，保证了数据通信的可靠性。can总线所具有的zhuoyue性能、极高的可靠性和独特设计，特别适合工业设各测控单元互连。因此备受工业界的重视，并已公认为有前途的现场总线之一。

五、can与其它通信方案的比较

can总线与其它通信网的不同之处在于：

一是报文传送中不包含目标地址，它是以全网广播为基础。各接收站根据报文中反映数据性质的标识符过滤报文，该收的收下，不该收的丢弃。其好处是可在线上网下网、即插即用和多站接收；

二是特别强化了对数据安全性的关注，满足控制系统及其它较高数据要求的系统需求。

在实践中，有两种重要的总线分配方法：按时间表分配和按需要分配。在种方法中，不管每个节点是否申请总线，都对每个节点按大期间分配。由此，总线可被分配给每个站并且是唯一的站，而不论其是立即进行总线存取或在一特定时间进行总线存取。这将保证在总线存取时有明确的总线分配。在第二种方法中，总线按传送数据的基本要求分配给一个站，总线系统按站希望的传送分配。因此，当多个站同时请求总线存取时，总线将终止所有站的请求，这时将不会有任何一个站获得总线分配。为了分配总线，多于一个总线存取是必要的。

can实现总线分配的方法，可保证当不同的站申请总线存取时，明确地进行总线分配。这种位仲裁的方法可以解决当两个站同时发送数据时产生的碰撞问题。不同于ethernet网络的消息仲裁，can的非破坏性解决总线存取冲突的方法，确保在不传送有用消息时总线不被占用。甚至当总线在重负载情况下，以消息内容为优先的总线存取也被证明是一种有效的系统。虽然总线的传输能力不足，所有未解决的传输请求都按重要性顺序来处理。在csma/cd这样的网络中，如ethernet,系统往往由于过载而崩溃，而这种情况在can中不会发生。

总而言之，现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。