کابل پروفی باس، کانکتور و نکات مهم

Profibus یا Process Field Bus یک استاندارد در ارتباطات میدانی در صنعت اتوماسیون است. شبکه ای برای کامپیوترهای صنعتی که برای مقاومت در برابر نویز زیاد ساخته شده است. کابل پروفیباس دو سیمه، توپولوژی های مختلف شبکه مانند ستاره، درخت و خط یا ترکیبی را ممکن می سازد.

Profibus در چهار نوع عرضه می شود که هر کدام هدف متفاوتی دارند:

• PROFIBUS DP (دستگاه‌های جانبی غیرمتمرکز) برای هدایت سنسورها و محرک‌ها از طریق یک کنترل‌کننده مرکزی استفاده می‌شود. سرعت داده تا 12 مگابیت بر ثانیه با کابل های جفت تابیده و کابل های فیبر نوری یک گزینه است.
• PROFIBUS PA (اتوماسیون فرآیند) برای نظارت بر تجهیزات اندازه گیری از طریق یک سیستم کنترل فرآیند استفاده می شود. این نوع Profibus برای استفاده در مناطق انفجاری (Ex-zone 0 و 1) ایده آل است. در کابل ها جریان ضعیفی از طریق خطوط اتوبوس در یک مدار ذاتی ایمن جریان می یابد به طوری که جرقه ای حتی به دلیل خطا رخ نمی دهد. باطل در مورد این نوع، سرعت پایین داده در 31.25 کیلوبیت بر ثانیه است.
• PROFIsafe برای کاربردهای ایمنی، معمولاً با PLC های ایمنی یا رله های ایمنی استفاده می شود.
• PROFIdrive در کنترل حرکت استفاده می شود.

استانداردهای این شبکه Profibus IEC 61158 (Field Busses) و IEC 61784-1 و -2 (قبلاً EN 50170) است.

در ادامه مقالات آموزش برنامه نویسی پی ال سی، این مقاله روی شبکه Profibus DP تمرکز خواهیم کرد که پر استفاده ترین شبکه باس است. در واقع، Profibus DP یکی از سریع ترین و گسترده ترین شبکه های صنعتی است.

استفاده از یک شبکه محبوب مانند Profibus DP یک گزینه عالی برای شبکه ها است. شما شبکه ای خواهید داشت که برای بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده می شود. شما همچنین افراد زیادی با تجربه Profibus و منابع زیادی خواهید داشت. این شبکه بسیار گسترده است و در اکثر مؤسسات آموزشی تدریس می شود. یکی دیگر از مزایای شبکه های Profibus سازماندهی Profibus و استانداردهای قاطعانه در مورد شبکه ها است. این بدان معنی است که اسناد Profibus به راحتی پیدا می شود.یک جستجوی سریع در اینترنت برای اکثر مسائل Profibus، مطالب بسیار خوبی را در اختیار شما قرار می دهد. استانداردسازی همچنین مجموعه بزرگی از قطعات را به ما می دهد که فقط قطعات را ارزان تر می کند.

چگونه خودتان کابل Profibus بسازید

ساخت کابل های پروفیباس با تلاش بسیار کمی انجام می شود. اتصالات نسبتاً ساده هستند زیرا کابل فقط دو سیم و یک محافظ دارد. اما شما باید مراقب باشید. اگرچه ممکن است ساده به نظر برسد، اتصال صحیح سیم ها نه تنها مهم است. اینجا هیچ اشتباهی نمی توان کرد. اتصال اشتباه هیچ یک از اجزا را خراب نمی کند، اما اگر سیم ها اشتباه وصل شوند، شبکه کار نخواهد کرد.

کابل 

برای شبکه های Profibus از کابل جفت پیچ خورده AWG 22 یا 0.34 میلی متر مربعی استفاده می شود. رنگ جداسازی استاندارد کابل Profibus DP بنفش است و دو سیم در جفت پیچ خورده معمولاً سبز و قرمز هستند. اما رنگ کابل مهم نیست. حداقل به اندازه مشخصات کابل Profibus مهم نیست. استفاده از کابل های مناسب هنگام نصب شبکه Profibus ضروری است و برای کمک به شما در این زمینه، سازمان رسمی Profibus مجموعه ای از مشخصات کابل Profibus را منتشر کرده است:

• جفت پیچ خورده با قیطان محافظ
• گیج سیم: 0.34 میلی متر مربع یا AWG 22
• مقاومت در حداکثر 110 Ω/کیلومتر
• ظرفیت حداقل 30 pF در هر متر
• امپدانس از 35 تا 165 Ω در فرکانس های 3 تا 20 مگاهرتز

مشخصات کامل را می توانید در وب سایت Profibus مطالعه کنید. مشخصات بیشتر کابل Profibus در IEC 61784 (قبلاً EN 50170 فصل 8-2) آمده است.

اتصال دهنده ها

معمولاً برای اتصال به دستگاه ها از کانکتورهای 9 پین D-sub در انتهای کابل ها استفاده می شود (توصیه شده در EN 50170). کانکتورهای 9 پین D-sub کانکتورهای پیش فرض Profibus در اکثر اجزا هستند. و شخصاً هیچ کانکتور دیگری غیر از 9 پین D-sub و در موارد نادر کانکتور Profibus M12 ندیده ام. در اینجا یک نمای کلی از 9 پین در یک کانکتور 9 پین D-sub آورده شده است:

ساختن کابل های Profibus به طرز شگفت آوری آسان است. فقط با چند ابزار می توانید قیمت کابل های Profibus خود را با مبلغ قابل توجهی کاهش دهید، زیرا کابل های از پیش ساخته شده Profibus بسیار گران هستند. شما می توانید کابل Profibus خود را در طول دقیق مورد نیاز خود بسازید. اما زمانی که کابل های خود را می سازید، باید از برخی موارد مهم آگاه باشید.

1. Isolation را با ابزار Profibus Stripping Tool حذف کنید

اولین کاری که باید انجام دهید این است که جداسازی کابل Profibus خود را بردارید. شما می توانید از ابزار مخصوص جداسازی پروفیباس استفاده کنید یا اگر عادت به کار با کابل دارید، می توانید از چاقو یا سیم برش استفاده کنید. ابزار جداسازی Profibus ارزش پول دادن را دارد، زیرا به شما امکان جداسازی دقیق و کامل کابل Profibus مورد نیاز برای کانکتورها را می دهد. جدا کردن صحیح کابل ها با چاقو ممکن است دشوار باشد، به طوری که هم محافظ و هم دو سیم داخل آن قابل مشاهده باشند.

2. اتصال کابل و کانکتورهای Profibus

کار بعدی این است که کابل Profibus را در کانکتور Profibus قرار دهید تا شیلد و سیم ها به درستی وصل شوند. در این مرحله باید بدانیم از چه پین هایی باید استفاده کنیم. همانطور که قبلا توضیح داده شد کانکتورها دارای 9 پین هستند، اما ما فقط از برخی از آنها استفاده خواهیم کرد. به هر حال، می‌توانیم با نگاهی به نحوه استفاده Profibus از پین‌های مختلف در کانکتور 9 پین D-sub شروع کنیم:

در ابتدا، این ممکن است کمی گیج کننده به نظر برسد. به نظر می رسد که Profibus از 7 پین از 9 پایه در کانکتورهای D-sub استفاده می کند. اما وقتی کابل Profibus فقط دو سیم و یک محافظ دارد، چگونه ممکن است؟

پاسخ این است که ما همیشه از همه پین ها استفاده نمی کنیم. نه همه 7 پین. برای بیشتر اهداف ما فقط از پین 3، 5، 6 و 8 استفاده خواهیم کرد. بنابراین این چهار پایه هستند که با آنها شروع می کنیم.

2 پین برای انتقال داده

پایه 3 و پایه 8 برای انتقال داده استفاده می شود. اینجاست که سیم سبز و قرمز را به هم وصل خواهید کرد. سیم سبز معمولاً مثبت یا کانال A است. بنابراین، هنگامی که کابل Profibus را وصل می کنید باید سیم سبز را به پایه 3 وصل کنید. سیم قرمز به عنوان منفی یا کانال B در نظر گرفته می شود. پایه 8 برای سیم سبز است.

می توانید دو سیم را برعکس به هم وصل کنید یا از رنگ های سیم خود استفاده کنید. به شرطی که در هر انتهای کابل ها از رنگ های یکسانی استفاده کنید و ثابت باشند. اکثر کانکتورهای Profibus دارای یک نشانگر سبز برای جایی که کانال A می رود و یک نشانگر قرمز برای جایی که کانال B می رود دارند. استفاده از رنگ های مختلف یا تغییر رنگ سبز و قرمز می تواند باعث سردرگمی زیادی شود.

2 پین برای پایان فعال

سپس پایه 5 و پایه 6 داریم. آنها برای پایان استفاده می شوند. بیشتر در مورد خاتمه کابل ها بعدا.

اکنون، بیایید نگاهی به کانکتورهای استاندارد Profibus بیندازیم. آنهایی که مخصوص پروفیباس ساخته شده اند. آنها معمولاً به این شکل هستند:

داخل و خارج از اتصال دهنده های Profibus

همانطور که می بینید نه تنها مشخص است که کانال A و B باید کجا وصل شوند. اکثر آنها دو اتصال برای IN و دو اتصال برای OUT دارند.

OUT جایی است که شبکه شما شروع می شود. هنگامی که در حال ساخت توپولوژی شبکه خود هستید، همیشه باید شبکه را از خروجی یا خروجی اولین کانکتور شروع کنید. OUT همچنین جایی است که شبکه ادامه می یابد. اگر ایستگاهی دارید که به Master در یک شبکه متصل است و می‌خواهید شبکه به یک Slave جدید متصل شود، باید از OUT استفاده کنید.

ورودی یا ورودی کانکتور جایی است که “خط شبکه” به پایان می رسد. بنابراین به غیر از Master، همه کابل ها باید به IN وصل شوند. هنگام گسترش “خط شبکه” باید از OUT استفاده کنید. در اینجا چگونه باید به نظر برسد:

اتصال کابل Profibus به کانکتور باید با احتیاط بیشتری انجام شود. به یاد داشته باشید که نه تنها اتصال صحیح سیم ها، بلکه اتصال صحیح شیلد و حتی صاف کردن سیم نیز بسیار مهم است.

نکته بعدی که باید در نظر بگیرید، پایان دادن به کابل ها است.

خاتمه کابل های Profibus

برای به حداقل رساندن بازتاب سیگنال، کابل Profibus باید در انتها قطع شود. انعکاس سیگنال زمانی اتفاق می‌افتد که در سیگنالی که توسط یک رسانه انتقال، مانند کابل مسی یا فیبر نوری ارسال می‌شود، مقداری از انرژی سیگنال ممکن است به جای اینکه در طول کابل به انتهای دوم منتقل شود، به عقب منعکس شود. درست مانند اتصال به زمین، این مسئله به حدی است که قطع نادرست کابل های Profibus مانع از کارکرد اتوبوس می شود.

خاتمه Profibus با قرار دادن یک مقاومت 220 Ω در هر انتهای خط Profibus انجام می شود. بنابراین، یک مقاومت 220 Ω را در ایستگاه اول و یکی را در آخرین ایستگاه وارد می کنید. دلیل استفاده از مقاومت 220 Ω این است که دو مقاومت 220 Ω به موازات یکدیگر متصل شده اند. اتصال موازی دو مقاومت مقاومت کلی 110 Ω را ایجاد می کند. مقاومت حلقه کابل استاندارد DP Profibus 110 Ω/km است. توجه داشته باشید که یک کابل استاندارد PA Profibus دارای مقاومت حلقه 44 Ω بر کیلومتر است.

اکثر کانکتورهای Profibus دارای گزینه پایان هستند. این بدان معنی است که شما مجبور نیستید مقاومت خود را به صورت دستی وصل کنید. می‌توانید با چرخاندن سوئیچ که معمولاً در بالای کانکتور قرار می‌گیرد، پایان در کانکتور را فعال یا غیرفعال کنید. این از دو جهت مفید است. اول از همه، خاتمه را بسیار آسان می کند، زیرا می توانید تمام اتصالات خود را انجام دهید و سپس سوئیچ ها را در جایی که باید کابل Profibus را قطع کنید، بچرخانید. دلیل دوم هوشمندانه بودن این است که عیب یابی آسان تر می شود. بدون قطع اتصال، می توانید بررسی کنید که آیا خاتمه به درستی انجام شده است یا خیر.

رایج ترین خطاها هنگام نصب شبکه باس مانند Profibus خاتمه است.

پایان فعال در شبکه های باس

Profibus از یک راه توسعه یافته برای پایان دادن به نام پایان فعال استفاده می کند. این مورد زمانی لازم است که کابل های ارتباطی بسیار طولانی دارید. پایان فعال می تواند برای افزایش ولتاژ خط اتوبوس استفاده شود.

تنها تفاوت بین پایان عادی و پایان فعال این است که علاوه بر مقاومت 220 Ω، باید 5 ولت را نیز به پایانه متصل کنید (بین VP(6) و DGND(5)). هنگامی که هیچ یک از ایستگاه ها فعال نباشند، این یک سیگنال زمینی تعریف شده ایجاد می کند. شما می توانید فسخ فعال را به سه روش انجام دهید:

• در کانکتور
• در ایستگاه
• با ترمیناتور مجزا

دلیل اینکه ما به آن ترمینال فعال می گوییم این است که از +5 ولت در ترمینال استفاده می کنیم. معمولاً خاتمه فعال زمانی اتفاق می‌افتد که سوئیچ پایانه روی کانکتور چرخانده شود. برای روشن تر شدن این موضوع، اجازه دهید به طرحی برای اتصال دهنده Profibus نگاهی بیندازیم:

هنگامی که میکروسوئیچ برای خاتمه روشن شود، اتصال به پایه 5 و 6 برقرار می شود. اکنون یک فسخ فعال دارید. اگر می خواهید در مورد پایان فعال یا پایان دادن به برق بیشتر بخوانید، باید مقاله تنظیم ولتاژ در ویکی پدیا را بخوانید. زیرا پایان فعال یک تنظیم کننده ولتاژ است که اطمینان حاصل می کند که ما یک ولتاژ ثابت روی مقاومت پایانه داریم.

پروفیباس و Grounding

اتصال سپر برای جلوگیری از سر و صدا بسیار مهم است. در واقع پروفیباس شما حتی اگر سپرها را اشتباه وصل کنید کار نخواهد کرد. علاوه بر سپر، اتصال تمام ایستگاه ها به زمین نیز مهم است. در ماشین آلات فروخته شده در اتحادیه اروپا، سیم اتصال به زمین باید حداقل 16 میلی متر مربع باشد. دلیل ساده اتصال به زمین این است که مطمئن شوید همه ایستگاه‌های نصب‌شده در خارج کار می‌کنند (IEC 60204-1). دلیل دیگر این است که از تفاوت های احتمالی بین ایستگاه ها در نصب خود جلوگیری کنیم. به طور معمول ما در هر ایستگاه از منابع تغذیه متفاوتی استفاده می کنیم و این به تنهایی می تواند تفاوت پتانسیل ایجاد کند. اگر سپر به دو ایستگاه با اختلاف پتانسیل وصل شود، جریانی در سپر جریان می‌یابد و صدا ایجاد می‌کند. هیچ جریانی نباید در سپر ما جاری شود و به همین دلیل است که ما کاملاً مطمئن هستیم که اتصالات زمین ما کافی است.

 آدرس دهی پروفیباس

قبل از روشن کردن شبکه Profibus باید یک آدرس به هر یک از ایستگاه ها اختصاص دهید. آدرس‌ها از 0 تا 125 می‌شوند. بسته به مشخصات ایستگاه می‌توانید آدرس یک ایستگاه را به روش‌های مختلفی تنظیم کنید:

1. از طریق یک سوئیچ DIP یا چرخ رقمی
2. از طريق. نمایشگر
3. در نرم افزار با استفاده از مستر کلاس 2
4. 1 یا 3 (میکرو سوئیچ)
5. 1 یا 2 (میکروسوئیچ)

ساختار آدرس های Profibus (قوانین نانوشته آدرس دهی)

1. آدرس‌های پایین برای Master Class 1 و 2 (ادرس‌ها: 0،1،2) اغلب آدرس‌های پیش‌فرض رزرو شده‌اند.
2. از آدرس های 124 و 125 استفاده نکنید، زیرا برخی از Slave از این آدرس ها به عنوان آدرس های پیش فرض استفاده می کنند.
3. آدرس 126 برای خدمات رزرو شده است.
4. آدرس‌های جدید فقط پس از راه‌اندازی مجدد سیستم (OFF/ON) استفاده می‌شوند. این برای آدرس دهی از طریق اعمال نمی شود. مستر کلاس 2)!

سرعت انتقال یا بادرات در پروفیباس چیست؟

1. سوئیچ DIP روی ایستگاه
2. در یک نمایشگر
3. انتخاب خودکار

سرعت انتقال سریعتر همچنین طول کابل ها یا بخش های شما را کوتاه می کند. یک قطعه به عنوان ایستگاه ها یا دستگاه های بین دو تکرار کننده Profibus تعریف می شود. تکرار کننده های Profibus با تقویت سیگنال کار می کنند، بنابراین می توانید شبکه را گسترش دهید. حداکثر 32 (31 و یک تکرار کننده) ایستگاه می تواند در یک بخش باشد. بعد از 32 ایستگاه برای ادامه خط اتوبوس به تکرار کننده دیگری نیاز خواهید داشت. یک شبکه Profibus می تواند حداکثر 126 ایستگاه داشته باشد.

هنگام استفاده از تکرار کننده باید دو بار خاتمه دهید. شما باید کابل Profibus را که به ریپیتر (IN) می رود خاتمه دهید. اما شما همچنین باید در ابتدای خروج کابل Profibus ادامه دار از تکرار کننده (OUT) خاتمه دهید.