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中国古代易经之精华四柱八字之研究和实践

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PROFIBUS-DP总线插头中终端电阻利弊:有效防反射但增加了干扰波的吸收  

2014-11-02 15:56:50|  分类: 易经企业实战录 |  标签: |举报 |字号 订阅

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PROFIBUS-DP总线插头中终端电阻作用

PROFIBUS-DP总线插头中终端电阻作用 - 正本清源 开拓创新 - 中国古代易经之精华四柱八字之研究和实践

 
 

从图中可见,当开关拨至“ON”时,A1和B1两端和终端电阻相连,所以在DP网络的终端只能接A1和B1,否则不能连接终端电阻。当开关拨至“OFF”时,终端电阻和数据线断开,A1和A2,B1和B2相连,串起网络上的设备。
平时使用只用到了DB9(针)插头的3和8两个引脚,判断DP网络硬件连接是否正常首先要保证数据线连接牢固,而检测的最好方法就是测量3,8引脚之间的电阻。如果接线牢固,那么当开关拨至“ON”时3,8之间的电阻为220欧姆,当开关拨至“OFF”时电阻为无穷大。
我们可以在一个DB9(孔)接头的3,8引脚焊接两根电线,电线的另一端各焊接一个可以插入万用表的表笔头。使用时将两个表笔头插入万用表,使用欧姆档,将制作的DB9(孔)插头插到DP网络的一个终端接头上,所有电阻开关均拨至“OFF”,然后从这个终端开始,依次将开关拨至“ON”,观察万用表读数,如果为220欧姆,则该节点正常,然后将开关拨至“OFF”,测量下一节点。如果那个节点电阻不正常则该节点接线有误。
很多时候DP网络不通都是接线造成的,做好DP电缆后使用以上的方法测试一遍再连接DP设备可以保证硬件连接正确,提高调试效率。


 

在通讯中,增加终端电阻的作用是什么?

  (1)一般说法:终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。在通信过程中,有两种原因因导致信号反射:阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗不连续,信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有,信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理,与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法,就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻,使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的,因此,在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种原因引起的反射,主要表现在通讯线路处在空闲方式时,整个网络数据混乱。要减弱反射信号对通讯线路的影响,通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。在实际应用中,对于比较小的反射信号,为简单方便,经常采用加偏置电阻的方法。

 

  终端电阻和偏置电阻

  一个正规的RS-485网络(比如MPI,DP)应使用终端电阻和偏置电阻。在网络连接线非常短、临时或实验室测试时也可以不使用终端和偏置电阻。

  终端电阻:在线型网络两端(相距最远的两个通信端口上),并联在一对通信线上的电阻。根据传输线理论,终端电阻可以吸收网络上的反射波,有效地增强信号强度。两个终端电阻并联后的值应当基本等于传输线在通信频率上的特性阻抗。

  偏置电阻:偏置电阻用于在电气情况复杂时确保A、B信号的相对关系,保证“0”、“1”信号的可靠性。

  西门子的PROFIBUS网络连接器已经内置了终端和偏置电阻,通过一个开关方便地接通或断开。网络终端的插头,其终端电阻开关必须放在“ON”的位置;中间站点的插头其终端电阻开关应放在“OFF”位置。

  终端和偏置电阻的值完全符合西门子通信端口和PROFIBUS电缆的要求。

  合上网络中网络插头的终端电阻开关,可以非常方便地切断插头后面的部分网络的信号传输。

  与其他设备通信时(采用PROFIBUS电缆),对方的通信端口可能不是D-SUB9针型的,或者引脚定义完全不同。如西门子的MM4x0变频器,RS-485通信口采用端子接线形式,这种情况下需要另外连接终端电阻,西门子可以提供一个比较规整的外接电阻。对于其他设备,可以参照《S7-200系统手册》上的技术数据制作。

  西门子网络插头中的终端电阻、偏置电阻的大小与西门子PROFIBUS电缆的特性阻抗相匹配,强烈建议用户配套使用西门子的PROFIBUS电缆和网络插头。可以避免许多麻烦。


可见终端电阻有助于提高反射波的吸收,从而减小了总线的信号耗损,但是如果总线接在一个对外干扰电磁波较大的变频器上,当这个干扰波的频率与总线的吸收波频率相近时,变频器产生的干扰就会直接进入总线引起总线干扰,导致数据在干扰瞬间错误或混乱,同样,当变频器控制的电机产生恒定的震动时,就会通过电缆回馈至变频器同样产生电磁波干扰总线,此时总线反射波吸收电阻反而有害,应引起高度重视。这时可以改变总线两个终端的反射电阻大小以减少电机振动引起的外围干扰和来自变频器内部的谐波干扰。如总线一端处OFF,则相当于终端电阻增加了一倍,也就改变了吸收的频率。
例如:在正常情况下彩电开关电源的工作频率为40KHZ以上,但是当某些元件出现故障时这个频率就会降低,当降至38KHZ时就会严重干扰彩电遥控器。

同理,

当电机为双极电机,当载波频率在5KHZ以上时,变频器在25HZ以下,由0HZ起动后,电机抖动不能正常转动起来,当载波频率在2.5~4KHZ时,变频器在12HZ以下,由0HZ起动后,电机抖动不能正常运行。当载波频率低于2KHZ时,变频器在3HZ以上,由0HZ起动,即可正常运行,这是因为载波频率越高,载波频率越高,输入正弦波越理想,波型越完美,效率越高,电机的振动越小,运行噪音越小,电机发热也越少。但载波频率越高,谐波电流的频率也越高,电机定子的集肤效应也越严重,电机损耗越大,要求触发IGBT的脉冲频率也越高,输出功率则越小。在低速时就不易带动负载反导致运行不稳或发生抖动。载波频率对电机和变频器及其它设备的干扰表现为以下几方面:

1、载波频率对变频器输出电流的影响
    (1)运行频率越高,则电压波的占空比越大,电流高次谐波成份越小,即载波频率越高,电流波形的平滑性越好;

    (2)载波频率越高,变频器允许输出的电流越小;

    (3)载波频率越高,布线电容的容抗越小(因为Xc=1/2πfC),由高频脉冲引起的漏电流越大。

    2、载波频率对电机的影响

    载波频率越高,电机的振动越小,运行噪音越小,电机发热也越少。但载波频率越高,谐波电流的频率也越高,电机定子的集肤效应也越严重,电机损耗越大,输出功率越小。

    3、载波频率对其它设备的影响

    载波频率越高,高频电压通过静电感应,电磁感应,电磁辐射等对电子设备的干扰也越严重。

    4、载波频率对变频器自身的影响

    载波频率越大,变频器的损耗越大,输出功率越小。如果环境温度高,逆变桥上下两个两个逆变管在交替导通过程中的死区将变小,严重时可导致桥臂短路而损坏变频器。

变频器干扰改进措施

0,整改线路;
1、电机接地直接连接至变频器。
2、强弱电尽量分开。或在现有线槽内加隔离板,牢固焊接在线槽内。
3、DDC和变频器的接地独立。
4、降低载波频率。默认为4.5KHZ,参考参数408。如改为3KHZ,可减少干扰,也不至于电机温升过高。
5、AHF用于减少主电源谐波,而现在的问题可能是电磁辐射和电路耦合造成的干扰,可能会于事无补。
6、选用变频器。

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