07.05 S7-200系統中的RS-485通信

RS-485網絡

S7-200系統支持的PPI、MPI和PROFIBUS-DP協議通常以RS-485電氣網絡為硬件基礎。RS-485串行通信標準採用平衡信號傳輸方式，或者稱為差動模式。平衡傳輸方式可以有效地抑制傳輸過程中干擾。平衡方式採用一對導線，利用兩根導線間的電壓差傳輸傳輸信號。這兩根導線被命名為A（TxD/RxD-）和B（TxD/RxD+）。當B的電壓比A高時，認為傳輸的是邏輯"高"電平；當B的電壓比A低時，認為傳輸的是邏輯"低"電平信號。能夠有效工作的差動電壓範圍十分寬廣，可以從零點幾伏到接近十伏。

RS-485通信端口可以做到很高的通信速率，較長的通信距離，以及並聯連接多個端口。

• 平衡通信方式能否有效工作受到共模電壓差的影響。RS-485接口的兩根導線相對於通信對象信號地的電壓差就是共模電壓。非電氣隔離的RS-485接口能在一定的範圍內抵抗共模電壓對通信的干擾。
• S7-200 CPU通信口的共模抑制電壓是12V。所以對於這類非隔離型的RS-485端口，保證通信口之間的信號地等電位非常重要，最好將它們連接在一起（並不是說一定要接地）。

S7-200系統中的RS-485端口是半雙工的，不能同時發送和接收信號。

• 在S7-200系統中，選擇合適的通信設備，可以做到波特率從1200到12M，單段距離1000m，單段站點32個的通信網絡。通過中繼器，RS-485電氣網絡還可以擴展通信距離，增加通信站點。雖然常見的RS-485通信器件在電氣性能上基本一致，但物理接口卻五花八門，沒有統一的規定。西門子系統中的 D-Sub 9 針型 RS-485 端口，引腳定義是基本一致的。

S7-200系統中的RS-485通信

在S7-200系統中，CPU上的通信口（編程口），以及EM277模塊上的通信端口都是符合RS-485電氣標準的。但它們也有所不同：

• S7-200 CPU上的通信口是非隔離型的，最高通信速率187.5K波特
• EM277上的通信口是隔離的，最高通信速率12M，並且速率自適應

以下三種協議，都可以在RS-485的硬件基礎上實現通信：

• PPI（包括編程通信、S7-200 CPU之間、S7-200 CPU與HMI之間的通信等）
• MPI（S7-200 CPU與S7-300/400 CPU、S7-200 CPU與HMI之間、EM277與HMI之間的通信等）
• PROFIBUS-DP（EM277與其他PROFIBUS-DP主站之間的通信）
• 實際上，如果各通信站點的地址不同，通信波特率相同，上述三個協議可以在一個RS-485網絡上同時實現各自的通信。當然，一個站點支持什麼協議受到自身條件所限。
• 因此考察上述電氣網絡的通信時，我們應注意到它們都受RS-485網絡電氣基礎的制約。上述網絡所用的網絡硬件基本一樣。

RS-485網絡的硬件組成

在S7-200系統中，無論是組成PPI、MPI還是RPOFIBUS-DP網絡，或是Modbus RTU網絡，用到的主要部件都是一樣的：

• PROFIBUS電纜：電纜型號有多種，其中最基本的是PROFIBUS FC（Fast Connect快速連接）Standard電纜。
• PROFIBUS網絡連接器：網絡連接器也有多種形式，如出線角度不同等等。

1 、連接網絡連接器

A. 電纜和剝線器。使用FC技術不用剝出裸露的銅線。

剝好一端的PROFIBUS電纜與快速剝線器

B. 打開PROFIBUS網絡連接器。首先打開電纜張力釋放壓塊，然後掀開芯線鎖。

打開的PROFIBUS連接器

C. 去除PROFIBUS電纜芯線外的保護層，將芯線按照相應的顏色標記插入芯線鎖，再把鎖塊用力壓下，使內部導體接觸。應注意使電纜剝出的屏蔽層與屏蔽連接壓片接觸。由於通信頻率比較高，因此通信電纜採用雙端接地，電纜兩頭都要連接屏蔽層。

插入電纜

D. 復位電纜壓塊，擰緊螺絲，消除外部拉力對內部連接的影響。

2 、網絡連接器

網絡連接器主要分為兩種類型：帶和不帶編程口的。不帶編程口的插頭用於一般聯網，帶編程口的插頭可以在聯網的同時仍然提供一個編程連接端口，用於編程或者連接HMI等。

左側為不帶編程口的網絡連接器/右側的是帶編程口的網絡連接器

3 、線型網絡結構

通過PROFIBUS電纜連接網絡插頭，構成總線型網絡結構。

總線型網絡連接

在上圖中，網絡連接器A、B、C分別插到三個通信站點的通信口上；電纜a把插頭A和B連接起來，電纜b連接插頭B和C。線型結構可以照此擴展。注意圓圈內的"終端電阻"開關設置。網絡終端的插頭，其終端電阻開關必須放在"ON"的位置；中間站點的插頭其終端電阻開關應放在"OFF"位置。

4、 終端電阻和偏置電阻

一個正規的RS-485網絡使用終端電阻和偏置電阻。在網絡連接線非常短、臨時或實驗室測試時也可以不使用終端和偏置電阻。

終端電阻：在線型網絡兩端（相距最遠的兩個通信端口上），並聯在一對通信線上的電阻。根據傳輸線理論，終端電阻可以吸收網絡上的反射波，有效地增強信號強度。兩個終端電阻並聯後的值應當基本等於傳輸線在通信頻率上的特性阻抗。

偏置電阻：偏置電阻用於在電氣情況複雜時確保A、B信號的相對關係，保證"0"、"1"信號的可靠性西門子的PROFIBUS網絡連接器已經內置了終端和偏置電阻，通過一個開關方便地接通或斷開。終端和偏置電阻的值完全符合西門子通信端口和PROFIBUS電纜的要求。

合上網絡中網絡插頭的終端電阻開關，可以非常方便地切斷插頭後面的部分網絡的信號傳輸。與其他設備通信時（採用PROFIBUS電纜），對方的通信端口可能不是D-SUB9針型的，或者引腳定義完全不同。如西門子的MM4x0變頻器，RS-485通信口採用端子接線形式，這種情況下需要另外連接終端電阻，可以購買西門子的外接電阻。西門子網絡插頭中的終端電阻、偏置電阻的大小與西門子PROFIBUS電纜的特性阻抗相匹配。