西門子 6GK1160-4AA01 通訊網(wǎng)卡

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線大多使用RS485進(jìn)行串口的通訊，但有些情況下，也可以將電纜轉(zhuǎn)化為光纖進(jìn)行通訊，OLM就是這樣一款設(shè)備。

圖1 OLM

OLM使用起來非常方便，不需要進(jìn)行更多的設(shè)置，如果沒有特殊的情況，幾乎不需要設(shè)置什么，默認(rèn)狀態(tài)可以直接使用。但用戶往往對(duì)OLM上的撥碼設(shè)置開關(guān)感到很迷惑，不知怎樣設(shè)置，這里簡(jiǎn)單做個(gè)介紹。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考相關(guān)手冊(cè)，這里只把手冊(cè)中的關(guān)鍵部分做一解釋。

1 功能介紹
OLM的功能設(shè)定都通過模板上的撥碼開關(guān)進(jìn)行，OLM側(cè)面有一些說明幫助用戶進(jìn)行設(shè)定。

1．1 RS 485 網(wǎng)段監(jiān)視 （Segment monitoring at the RS 485 port）
該功能用于每個(gè)接收設(shè)備對(duì)于所連接到的RS485網(wǎng)段中的故障幀或者網(wǎng)絡(luò)堵塞情況的監(jiān)測(cè)。當(dāng)接收設(shè)備接收到故障幀或者網(wǎng)絡(luò)堵塞時(shí)間長(zhǎng)于*大的幀發(fā)送時(shí)間時(shí)，或者當(dāng)一秒鐘以上沒有接收到信號(hào)時(shí)，接收到的信號(hào)將被“Block”而不再被轉(zhuǎn)發(fā)到其它端口，直到網(wǎng)絡(luò)中能夠重新接收到新的報(bào)文。
如果該RS485網(wǎng)段沒有激活該功能，則來自電氣網(wǎng)段的干擾將影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

以下的功能僅限于光纖。

1．2 光路監(jiān)視 （Line monitoring with echoes）
模板對(duì)于光路的監(jiān)測(cè)，分別有”Send echo“, ”Monitor echo“ 和 ”Suppress echo“ 等三個(gè)功能。

•  Send echo
  通過任意端口接收到的報(bào)文都被轉(zhuǎn)發(fā)到所有其它端口。如果接收端口是一個(gè)光纖接口，接收端口將向相應(yīng)的發(fā)送端口發(fā)回報(bào)文。
•  Monitor echo
  當(dāng)一個(gè)模板發(fā)送一個(gè)報(bào)文（不是“echo”報(bào)文）到一個(gè)光纖口，則該光纖口將期望能夠得到一個(gè)回應(yīng)（“echo”）。如果在一段時(shí)間內(nèi)（時(shí)間周期是預(yù)置的）沒有收到回應(yīng)報(bào)文，則會(huì)產(chǎn)生“echo”監(jiān)測(cè)的故障，紅色故障燈將點(diǎn)亮。
•  Suppress echo
  當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文被發(fā)出時(shí)，接收設(shè)備會(huì)被與其它的端口隔離開，直到響應(yīng)報(bào)文（“echo”）被正確的接收。
•  Segmentation
  如果光纖接口上出現(xiàn)一個(gè)“echo”監(jiān)測(cè)故障或者檢測(cè)到一個(gè)有問題的報(bào)文，模板將假定該線路出現(xiàn)問題，并且將凍結(jié)這個(gè)端口不再接/發(fā)用戶數(shù)據(jù)。所連接的總線部分將做被分割出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，該分割也將引起所連接的光纖的另外一端也被分割。

所有的連接到該被分割出來的網(wǎng)段的模板都將發(fā)送測(cè)試報(bào)文到這些被隔離出來的端口。這些測(cè)試報(bào)文可以用來測(cè)試這些總線段的狀態(tài)。

如果所有的模板通過測(cè)試報(bào)文都可以確認(rèn)該網(wǎng)段不再有問題，則該網(wǎng)段的分割狀態(tài)將自動(dòng)取消。

如果所有的部件都被“凍結(jié)”，則模板的分割狀態(tài)將自動(dòng)輪換，用以測(cè)試其連接到相鄰模板的光路的狀態(tài)。如果沒有報(bào)文堵塞，而網(wǎng)絡(luò)連接又是正常的，則相應(yīng)端口的黃燈將周期閃爍。

2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

OLM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般有以下幾種：

•  點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接
•  線性拓?fù)?/li>
•  星形拓?fù)?/li>
•  冗余光纖環(huán)網(wǎng)

在各拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的連接中需要遵守的原則請(qǐng)參考手冊(cè)。比如，使用光纖連接時(shí)，相應(yīng)光纖端口的設(shè)置須相同，不同型號(hào)的OLM不能用光纖進(jìn)行連接等等。

2．1 線性拓?fù)?/span>

圖2 線性拓?fù)?/p>

線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的監(jiān)視功能包括：

•  Send echo: yes
•  Monitor echo: yes
•  Suppress echo: yes
•  Monitor: yes
•  Segmentation: yes

當(dāng)選擇了監(jiān)視模式時(shí)，連接在該光纖兩端的模板將同時(shí)對(duì)該連接進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一旦監(jiān)測(cè)到故障，則連接中斷，同時(shí)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)被分割成兩個(gè)網(wǎng)段，故障指示燈亮，直到通過測(cè)試報(bào)文監(jiān)測(cè)到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常。

請(qǐng)注意：如果網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)活動(dòng)的站點(diǎn)（主站），則有網(wǎng)絡(luò)中可能形成兩個(gè)邏輯令牌環(huán)，每次當(dāng)兩個(gè)網(wǎng)段合成一個(gè)網(wǎng)段時(shí)，有可能產(chǎn)生雙令牌或者報(bào)文沖突。
另外，當(dāng)一個(gè)雙口的OLM模板被用在線型網(wǎng)絡(luò)的終端時(shí)，沒有連接網(wǎng)段的那個(gè)光纖端口一定不要設(shè)置“監(jiān)視”功能，而且*好不要將保護(hù)部件取下以保證端口不要被灰塵覆蓋。

2．2 星形拓?fù)?/span>

6GK1160-4AA01
圖3 星形拓?fù)?/p>

在星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，不同型號(hào)的OLM都可以混用。

請(qǐng)注意:

•  在星形網(wǎng)絡(luò)中，所有模板的CH1的必須設(shè)置為“Monitor off”（S0=1），這樣RS485端口不會(huì)被網(wǎng)絡(luò)所分割，以保證星形網(wǎng)絡(luò)的*大程度的可用性。沒有使用的光纖端口也不要設(shè)置監(jiān)視功能。
•  網(wǎng)線的連接應(yīng)該非常牢固，以防止某一部分的干擾進(jìn)入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
•  在星形網(wǎng)絡(luò)中的所有電氣網(wǎng)絡(luò)終端注意設(shè)置終端電阻。
•  做為星形主干網(wǎng)部分的電氣網(wǎng)段（Electrical star segment）不要連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

2．3 冗余環(huán)網(wǎng)

圖4 光纖冗余環(huán)網(wǎng)

這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)際上是線性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊环N特殊形式。“閉合”的光纜保證了網(wǎng)絡(luò)的高度安全性。冗余的光纖環(huán)網(wǎng)必須使用雙光纖端口并且是相同型號(hào)的OLM。

冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的監(jiān)視功能包括：

•  Send echo: yes
•  Monitor echo: yes
•  Suppress echo: yes
•  Segmentation: yes

環(huán)網(wǎng)光纖的中斷將導(dǎo)致環(huán)網(wǎng)轉(zhuǎn)化為線性網(wǎng)絡(luò)。如果是OLM模板故障，則連接在該模板上的設(shè)備將從網(wǎng)絡(luò)中被分割，其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備變成線性連接。同時(shí)紅色故障指示燈亮。
當(dāng)故障消失后，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)恢復(fù)為環(huán)形冗余結(jié)構(gòu)。

請(qǐng)注意：

使用冗余環(huán)網(wǎng)應(yīng)該具備以下條件：

•  必須保證所有的OLM型號(hào)一致。
•  所有的OLM上均須設(shè)置“Redundant optical ring”。
•  所有的OLM必須通過光纖端口進(jìn)行連接，不能有RS485端口。
•  Profibus網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)MIN TSDR必須。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)過程中，站地址的設(shè)置盡量低，盡量減少故障狀態(tài)導(dǎo)致主站Timeout”的次數(shù)。
•  當(dāng)冗余網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障（例如斷線），將有一個(gè)切換時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)可能無法正常的傳輸。為此，建議將主站報(bào)文的重復(fù)次數(shù)的設(shè)定（Retry）至少設(shè)為3次。同時(shí)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)環(huán)網(wǎng)時(shí)，也將沒有額外的報(bào)文表示網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)恢復(fù)正常。即便當(dāng)主站訪問到一個(gè)設(shè)備地址但該設(shè)備并不存在時(shí)，主站將會(huì)周期性的試圖尋址該設(shè)備，并等待該設(shè)備的響應(yīng)，直到所設(shè)定的“slot time”超時(shí)（“GAP request”），OLM接受這種狀態(tài)，并將線形網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)成冗余環(huán)網(wǎng)。

組態(tài)上也需要注意：
－ *高站地址（HSA）是一個(gè)地址范圍，站地址的分配應(yīng)該在0到HAS之間，并且不要將0和HSA分配給某個(gè)具體的站，而且要保證“gap”的地址間隔；否則當(dāng)故障消失后，網(wǎng)絡(luò)不能自動(dòng)閉合，并且故障指示燈和故障信號(hào)接觸線圈（圖5）也不會(huì)復(fù)位。

圖5 故障線圈

該線圈的使用方法請(qǐng)參考手冊(cè)，這里不再詳細(xì)介紹。

－ “slot time”設(shè)定應(yīng)接近非冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兩倍，具體見下面的計(jì)算公式。

其中：
“Slot time” 表示監(jiān)控的“位”時(shí)間；
“Length OF”所有光纖的(被分割網(wǎng)段)總長(zhǎng)，單位是km；
“Number OLM”網(wǎng)絡(luò)中所有OLM的個(gè)數(shù)。

a, b 和 c按照表中的波特率來選擇：

表1a 冗余環(huán)網(wǎng)中 DP standard 協(xié)議計(jì)算Slot time參數(shù)

表1b 冗余環(huán)網(wǎng)中 DP/FMS (universal) 協(xié)議計(jì)算Slot time參數(shù)

1) 使用OLM/G11-1300 和 OLM/G12-1300 當(dāng)波特率為12 MBit/s, 6 MBit/s, 3 MBit/s 和 1.5 MBit/s 時(shí)，*小的“slot time”應(yīng)當(dāng)按照下表設(shè)定。

表2 *小的slot time設(shè)定

這個(gè)計(jì)算公式中，所有的參數(shù)都是針對(duì)光纖的網(wǎng)絡(luò)的，該公式中，默認(rèn)通過OLM上的RS485的總線段的長(zhǎng)度*長(zhǎng)為20m，如果超過這個(gè)距離，要把超出的部分加到光纖的長(zhǎng)度參數(shù)（Length OF）中進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)然，RS485的網(wǎng)段可以超過20m，只是超出部分需要參與計(jì)算。
如果slot time 的時(shí)間過小，OLM的系統(tǒng)指示燈將報(bào)警：紅色/綠色交替閃爍。

3 光纖接收端口信號(hào)的檢測(cè)

圖6 光纖端口電壓檢測(cè)插孔

兩個(gè)光纖通道CH2/CH3的信號(hào)強(qiáng)度能夠通過電壓表來測(cè)量，其信號(hào)強(qiáng)度符合下面的圖示。

圖7 光纖端口的信號(hào)強(qiáng)度與檢測(cè)電壓的關(guān)系

Integration

CP 1604 作為 PROFINET IO-Controller 和 PROFINET IO-Device

CP 1604，配有附件

CP 1604 Microbox Package