Profinet cabling线缆技术参考

我们通过上面几期对Profinet的介绍和了解后，都是为了更好的实践！这期我们重点和大家分享Profinet物理介质的选择技术参考标准。

基于Ethernet

Profinet是基于Ethernet以太网的通信技术，这里和EtherCAT类似，都归属于工业以太网的阵营。

关于Profinet和Ethernet两者的之间的关联，我们已经用了两期来说明，详情请点击：

Profinet是不是Ethernet？

Profinet和Ethernet两者对比

通信物理介质

PROFINET基于标准的以太网IEEE 802.3物理层，使用支持802.3的组件。

PROFINET可以在以下几种物理介质上工作：

• 铜制以太网电缆（copper Ethernet cable）
• 光纤（FO）电缆（Fiber Optical (FO) cable）
• 以太网供电（PoE）电缆（Power Over Ethernet (PoE) cable ）
• 无线网络（Wireless）

如何选择PROFINET基础设施的组件（如电缆）取决于环境的恶劣程度以及您是否使用PROFINET IRT。

基本要素

PROFINET必须在几种截然不同的环境中工作，从前台办公室到控制室，再到工厂车间。

办公室环境对于电子通信来说并不十分苛刻；标准的以太网组件在这里通常可以正常工作。

控制室和工厂车间环境对通信的要求则严格得多。实施Profinet，需要注意以下基本的要素：

• 电磁兼容性（EMC）
• 串扰
• 机械应力
• 振动等

以上因素都可能给PROFINET网络的稳定性带来各自的问题。

以太网电缆

以太网电缆相当通用。大多数以太网安装通常设计用于简单的办公环境。

工厂车间是PROFINET最常用的环境，这是一个环境条件具有挑战性的艰苦环境。在这种环境中，像你在办公室或家里找到的标准以太网电缆可能很容易断裂或损坏。因此，工业以太网电缆是常见的选择。

在导线上，工业以太网只是以太网。然而，工业以太网的特点是坚固的硬件，其布线受到屏蔽和护套的保护。

许多供应商提供工业以太网解决方案，一些供应商生产专门用于PROFINET的电缆，我们称之为PROFINET电缆。它们通常带有绿色护套，并符合由PROFIBUS和PROFINET国际（PI）标准化的坚固规格。

最常见的PROFINET铜制电缆是一种4线屏蔽的绿色电缆，它支持在100米的距离内进行100 Mbps的快速以太网传输。可以实现全双工传输：这意味着数据可以通过一根电缆同时双向传输。此外，也有可用于1 Gbps传输速率的8芯铜制电缆。

为了超过100米的极限距离，必须每100米安装一个节点，比如一个交换机。这类似于在传统现场总线中电缆段作为限制因素。例如，在PROFIBUS网络中，也会在段之间实施PROFIBUS中继器以实现更远距离。

4线电缆可以作为两对双绞线或一个星型四线实现。一方面，双绞线可以帮助减少线之间的串扰，但另一方面，星型四线电缆安装更容易，因此更为常见。

铜制电缆中电线的结构可以不同。它们可以有实心芯或绞合芯，以及护套材料和结构的变化。例如，绞合芯电缆更灵活。它们适用于可能发生扭曲和弯曲的室内应用。不同的护套材料可以提供对火焰、化学物质或极端温度的抵抗力，或者在特定应用中，有不同的颜色。

PROFINET铜制电缆有四种类型：A型、B型、R型和C型。

• A型电缆适用于固定安装。它们在调试后不应经历运动。
• B型电缆适用于可能存在弯曲的安装。这些电缆能够承受偶尔的运动或振动。
• R型电缆适用于机器人应用，并针对该特定用途量身定制。
• C型电缆适用于其他特殊应用。它们能够承受运动和动态环境，例如，旋转机械。

还有针对特定应用的其他电缆类别，例如用于地下通信的埋地电缆，用于防火的阻燃无腐蚀电缆，用于移动部件的拖链电缆等。

对于安装距离和通信速率及线缆之间的关系可参考下图：

光纤电缆

除了铜制电缆外，PROFINET也可以使用光纤电缆。PROFINET光纤电缆的结构由两根平行的线组成。这些线已准备好直接装配连接器。打印的指向箭头有助于促进线的传输和接收连接的分配。PROFINET光纤电缆的速度高达100 Mbit/s，并且通过两根线进行全双工通信。

在非常特定的情况下，光纤电缆提供了好处。它们可以覆盖公里级的距离，并且它们在工厂区域之间提供完全的电气隔离。此外，光纤电缆对电磁干扰免疫。

有两种PROFINET光纤电缆类型：B型和C型。

• B型电缆适用于固定或灵活使用。
• C型电缆专为特殊应用设计，例如，永久性运动、振动或扭转。

使用PROFINET的光纤时，可以采用四种不同的光纤类别。这四个类别是POF（塑料光纤）、多模玻璃光纤、单模玻璃光纤，以及带有塑料外套的HCF（硬质涂层光纤）或PCF（光子晶体光纤）。

重要的布线考虑因素有以下几个方面：

• 距离： 单独的铜制段限制在100米内，信号必须刷新，例如使用交换机。光纤电缆默认覆盖更长的距离；有些可以运行超过100公里。
• 成本： 成本是构建网络时的一个关键因素。由于电缆成本根据一般类型和功能而变化，您必须根据每个单独的项目制定预算。此外，记得考虑每米电缆成本之外的额外费用。在安装过程中，每个电缆都需要测试设备、连接器和适配器。另外，不同的电缆可能需要安装培训。
• 环境： 铜和光纤都有适用于不同条件的多种电缆类型。根据环境选择适当的类型：固定、灵活或动态安装。
• 电磁干扰： 由于铜制电缆通过电信号工作，它们可能容易受到电磁干扰的影响。这就是为什么在靠近电源电缆和数据线时必须小心。此外，变频器和其他工业设备可能是EMI（电磁干扰）的重要来源。光纤电缆由于对EMI免疫，因此不会受到外部磁场的影响。
• 可用性： 工业网络中的大多数设备都有内置的连接，支持铜介质。您可以使用媒体转换器进行过渡到光纤，但这是一个需要记住的额外步骤。

最后选择要具体看项目的要求，当然，这里的安装距离、速率及线缆类别的关系可参考下表所示：

参考链接：

1. https://us.profinet.com/profinet-cables-requirements-specifications-and-types/
2. https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:578a7851-ae36-4d74-969f-ca77dbfdf8cc/Profinet-slides-EN.pdf