第3章    西门子现场总线系统的接地

1.1   现场总线的介绍

        现场总线是指安装在现场设备与控制室内的控制设备之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。

        现场总线的出现使自动化控制系统步入了信息化、网络化的时代，为自动化应用开拓了更为广阔的领域：一对双绞线上可挂接多个控制设备， 不仅节省了安装费用、节省维护开销，同时还提高了系统的可靠性。但同时网络通信中数据包的传输延迟、通信系统的瞬时错误和数据包丢失、发送与到达次序的不一致等故障则会破坏传统控制系统原本具有的确定性，使得控制系统的分析与综合变得更复杂，从而影响到控制系统的性能。因此，现场总线应用的基础是通讯稳定。

1.1.1      现场总线的概念

1.    PROFIBUS现场总线的介绍

        PROFIBUS是符合德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准。分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS（现已经不再应用）、PROFIBUS-PA三种行规。其中DP为分布式外设间高速数据传输，主要应用于制造业自动化领域；PA应用于过程自动化行业，符合IEC1158-2标准。

        PROFIBUS本质为RS485通信，支持多个设备间的数据交换，例如典型的主-从系统以及多主多从混合系统等数据交换。PROFIBUS总线的传输速率为9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大传输距离在9.6Kbit/s下为1200m，在1.5Mbit/s为200m，12Mbit/s时为100m，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站点。

2.    PROFINET现场总线的介绍

        PROFINET是由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出的新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，覆盖了实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等自动化领域的新兴领域。并且，作为开放的标准，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，即利用了现有的以太网最新的IT技术，又最大限度的兼容了现有的系统和设备。

1.1.2      现场总线的接地规范

1.    接地和等势连接

        有效的接地和等势连接对于提高PROFIBUS/PROFINET网络的抗干扰性是非常重要的。接地及等势连接是PROFIBUS/PROFINET正确完成功能的基础。通讯电缆的屏蔽层的正确接地将有效的降低静电的干扰。等势连接则保证了整个网络都处在一个“地”电位上，从而防止整个网络中的地电流流过PROFIBUS电缆的屏蔽层。

2.    保护地

        保护地是保护人员不受电击伤害的基础。同时，也保护了设备或机器不受漏电的损害。

保护接地为故障电流提供了一个回路，将故障电流导向大地，并引起熔断器熔断或断路器跳闸，从而实现设备断电。保护接地的图标为：

图3-1 保护地

3.    功能地

        功能地为设备的屏蔽层提供了一个稳定的零电势参考点。设备的外壳以及外部的屏蔽应该被连接到功能地，从而将屏蔽层上的干扰信号导入地，避免了干扰进入设备。

（1）    有些PROFIBUS / PROFINET设备专门有一个功能地的端子，须将该端子连接到系统的地。该端子标识为：

图3-2 功能地

       注意，保护地的端子与该功能地的端子是相互独立的。保护地须连接至系统的保护地。

（2） 有些设备的接地是通过DIN- 导轨实现的，此时应将DIN- 导轨接地。

（3）  应使用具有横截面积（> 2.5  mm2）的铜线将PROFIBUS / PROFINET站点接地。zuihao采用带有黄绿标识的接地电缆。

4.    等势连接

等势连接系统用于将工厂中不同地点的不同的地电势进行等势处理，从而避免由于地电势的不同产生的电流通过PROFIBUS / PROFINET的屏蔽层。

 可使用铜线或镀锌的接地条做等势体。

等势连接应保证与接地端子大面积的接触。

图3-3 屏蔽层的连接方式

将所有的PROFIBUS / PROFINET设备的屏蔽层以及地（如果可能的话）都连接到该等势系统上。

图3-4 系统的等电位连接

 将设备安装的表面（例如柜内的安装面板或者安装导轨）与等电位连接系统相连接。

 将PROFIBUS / PROFINET的等势连接于工厂建筑的等势连接系统尽量多的进行连接。

图3-5 系统与建筑的等电位连接

如果遇到喷漆的地方，须去除漆面再进行导体的连接。

对于连接点以及等电位系统，应进行防腐处理：例如镀锌或涂漆。

使用安全螺钉或端子对接地和等电位系统进行连接。使用可锁定的垫圈，避免由于移动或振动导致的连接松动。

等势线的终端应用套管或线耳进行连接，不得锡焊。

尽可能的将等势线与PROFIBUS / PROFINET电缆靠近。

将电缆槽进行连接，并将电缆槽与等电位系统尽可能多的进行连接。

图3-6 电缆槽连接至等电位系统

 如果两个厂房之间或距离较远的地点之间连接的PROFIBUS / PROFINET电缆，须同PROFIBUS / PROFINET电缆一起放置一根等势线。等势线的最小截面积须符合IEC60364-5-54标准：

o   铜 (Copper)为6 mm2 ；

o   铝 (Aluminum)为16 mm2 ；

o   钢 (Steel)为50 mm2。

图3-7 等势线与网线同时放置