まず結論
まず実際の課題を確認：遠隔機器にDP通信を届ける
制御盤内のマスタ局は、遠隔のドライブや分散I/Oと通信する必要があります。長い銅線ケーブルは、モータの近くや異なる建物間を通ります。このような場合、Profibus-DP光ファイバリピータを検討できます。近端でDP電気信号を受信し、光ファイバで遠端まで伝送してから、機器が受信できる線路信号に復元します。変わるのは伝送媒体であり、制御コマンドの意味ではありません。
これは家庭用ブロードバンドの光モデムでも、一般的なEthernetスイッチでもありません。DP機器、一般的なRS485計器、PROFINETネットワークでは、通信条件が異なります。コネクタや名称が似ているというだけで混用することはできません。使用前に、接続対象の通信が、対応するPROFIBUS-DPのバージョン、目標通信速度、機器の役割に合致することを確認し、そのうえでコンバータの資料を確認してください。
DPネットワークでは、プロトコルと電気信号の役割は別
PROFIBUS-DPはフィールドバス通信方式です。一般的な銅線セグメントではRS485差動伝送を使用します。差動とは、受信器が主に一対の線間の電圧差を比較することです。アドレス、診断情報、プロセスデータは、バスプロトコルによって構成されます。RS485の電気的条件が似ていても、どのシリアル光モデムでもDPに必要な通信速度とタイミングを満たすわけではありません。
一般的なシングルマスタ構成では、マスタが通信スケジュールに従ってスレーブのデータを交換します。複数のマスタが存在する場合、送信権も対応するバスの仕組みに従う必要があります。光リピータはネットワークに接続しただけで新たなマスタになるわけではなく、誤った機器パラメータ、重複アドレス、互換性のない通信を正しく変換する役割もありません。本記事の図では、シングルマスタの通信を簡略化した例として使用しています。
電気が光になり、遠端で再び電気になる仕組み
近端の差動受信回路が銅線からの入力を認識します。内部の方向判定回路と信号整形回路が機器の設計に従って処理し、光送信器を駆動します。光は適切なガラスファイバのコア内を進みます。遠端の検出器が、到達した光の変化を電気信号に変換します。その後、復元処理とRS485ドライバによって、DP銅線セグメントへの出力が生成されます。ガラスの中を電流が流れるのではなく、対応する情報が伝送されます。
機器によって、符号化、方向認識、転送処理の方式は異なる場合があります。透過伝送と呼ばれているからといって、内部処理がないとは限りません。拡大図は一般的な物理過程を説明するものであり、Feichangの実機を分解した図ではありません。応答にも対応する逆方向の経路が必要です。2芯方式では通常、送信側を対向側の受信側に接続します。1芯双方向方式では、対応する光仕様に従って組み合わせます。
光ファイバは中間区間を改善するが、DP通信速度を自動的に上げるものではない
ガラスファイバのコアは、導電経路に依存せずにデータを伝送します。中間区間での電磁結合や、区域間の導電経路の低減に適しています。ただし、両端の短い銅線ケーブル、電源、筐体、光ケーブルの金属部材は現場に残るため、それぞれ別途対処する必要があります。媒体の特性を、装置全体の完全な雷保護、あらゆる環境でのデータ損失ゼロ、または全ポートの絶縁済みという表現に置き換えてはいけません。
DP通信は引き続き設定された速度で動作します。線路が長くなると伝搬時間がかかります。リピータにも処理時間があります。端末の応答とネットワークのスケジューリングもサイクル時間を占めます。光ファイバの帯域幅が広くても、マスタの更新が必ず速くなるとは限りません。タイミングパラメータは、制御システムと製品の要件に照らして確認してください。待ち時間の条件を無視して、距離のキロメートル数だけを増やすことはできません。
両端の各電気セグメントにはそれぞれ境界があり、終端は個別に確認する
光ファイバは銅線セグメントを接続しますが、各セグメントの配線要件をなくすものではありません。そのセグメントの物理的な両端、ノード、分岐を特定したうえで、終端と電源を確認してください。PROFIBUS-DPの終端には通常、バイアスとインピーダンス整合のための抵抗回路網が含まれます。一般的なRS485の単一抵抗値をそのまま流用するのは適切ではなく、すべてのノードで終端を有効にしてはいけません。
コネクタによっては、終端を有効にすると出力側の線路も切り離されます。ケーブルの接続口を間違えると、機器がネットワークから切り離される場合があります。端点の機器を保守する際は、機器の電源が切れたときに終端への給電も停止するか確認してください。内蔵終端、外付け終端、コネクタのスイッチを取扱説明書に従って一つずつ確認し、終端の重複や欠落を防いでください。
ポイントツーポイント、チェーン、スター、リングは個別に選定する
ポイントツーポイントは、2つのセグメント間の延長に適しています。複数ノードのチェーンには、対応する上流側と下流側の光ポートが必要です。スターには、アクティブな光分配装置、または互換性のある多方向対応機器が必要です。複数の光ファイバを接合するだけで通信を集約することはできません。実際のポート数と転送の仕組みによってトポロジーが決まります。筐体に光ポートがあるからといって、あらゆる構成を自由に接続できるわけではありません。
リングを閉じる場合も、明確に対応が示された冗長化モードと互換性のある機器が必要です。物理的なリングだけで自動的に耐障害性が得られるわけではなく、EthernetのSTPや他社の光モジュール設定をそのまま適用することはできません。デュアルバス、2つの電気ポート、2つの光ポートの違いは、本シリーズの別記事で説明しています。ポート数を制御システム全体の冗長性と取り違えないでください。
Feichangのシングルチャネル版とリング版：詳細は個別に確認
Feichangの788シングルチャネル製品資料には、1系統のDP通信、光仕様の選択肢、対応する通信速度適応に関する注意事項が記載されています。1171 FC2P-P1Gには、2系統の光経路、チェーン、冗長リングのトポロジーが記載されています。どちらも対応するDP通信の光延長に使用しますが、光1系統と光2系統の用途、発注構成、互換性のある組み合わせを混同してはいけません。
公式サイトには、9.6 kbit/sから12 Mbit/sまでの適応に関する注意事項が掲載されています。具体的な機能は納入モデルで確認してください。ウェブページ内では、電源と温度に関する記述が箇所によって完全には一致していません。見積もりを依頼する際は、今回の注文に対応する明確な銘板情報、仕様書、配線資料を入手してください。自己判断で最大範囲を採用したり、過去の記事に記載された固定の復旧ミリ秒値を無条件の保証と見なしたりしないでください。
光仕様は、コネクタが挿さるかどうかだけでなく、組み合わせと光パワーで決まる
シングルモード、マルチモード、プラスチック光ファイバには、それぞれ異なる光部品が必要です。コネクタの形状が同じというだけで相互に置き換えることはできません。1芯か2芯か、波長、端面、送信および受信の範囲をすべて適合させる必要があります。一般的なEthernet光ポートとDP専用伝送ポートも、モジュールの外観が似ているというだけで直接接続することはできません。
線路には損失があります。コネクタ、接続部、曲げ、汚れはすべてマージンに影響します。対応する送受信仕様と線路損失に基づいて光パワーバジェットを評価し、その後、本設の光経路を測定してください。受光が強すぎても範囲を超える場合があります。長距離仕様を短い光ファイバで試験する際も、まず受光過負荷を確認してください。端面の検査には適切な電子機器を使用してください。光ポートを直接のぞき込まないでください。
まず卓上で短いリンクを試し、その後で現場の本設光ケーブルを接続する
まず、基準となる既存の銅線接続で通信できることを確認してください。マスタ設定、スレーブパラメータ、正常と確認されたデータを保存します。本設時に使用するものと同じ一対のDP光機器と、適切な短い光ファイバを追加します。マスタと終端の設定は維持してください。双方向のデータと診断情報を検証します。合格後に本設光ケーブルを接続してください。光経路の状態、エラー、サイクルを記録します。各段階では、一度に1つの条件だけを変更してください。
短い光ファイバでも通信できない場合は、まずモデルと通信速度モード、銅線ポート、電源、光接続の組み合わせを確認してください。一方向が正常な場合は、応答と逆方向の経路を確認してください。長い光ケーブルが断線していると即断しないでください。ランプの点灯で確認できるのは一部の状態だけです。サイクリック通信、実際の入出力、診断データは、それぞれ個別に確認する必要があります。
受入確認では、継続的な通信と異常後の復旧を見る
実際の運用を代表する機器数と負荷で、通信サイクル、再試行、診断情報を観察してください。負荷のない短い線路で試験するだけでは不十分です。許可された保守時間内に、切断、端点の再起動、復旧を検証してください。光経路の再接続、DPデータ交換の再開、アプリケーション表示の更新という3つの段階を区別します。制御動作にも独立したフィードバックが必要です。通信の復旧から動作の実行完了を推定することはできません。
引き渡し時には、発注したバージョン、DP設定、銅線セグメントの終端表、光経路番号、電源の設置内容、基準状態の記録、異常時の対処方法を残してください。明確な製品資料の裏付けがない最大カスケード接続数、復旧時間、互換ブランドは、要検証と記載してください。後の利用者が正常なデータ交換を再現でき、セグメントごとに故障箇所を特定できて初めて、この実際の課題に光延長が適していると確認できます。
資料に関する注記：図は一般的な仕組みを示すものであり、技術的な確認を行っています。型式を明記したモデルの外観は、公式サイトの写真を参考にしています。その他の断面図や構成要素は、Feichang実製品の内部回路を表すものではありません。実測波形や実際のプロジェクト現場を示すものでもありません。配線と電源については、納入時の取扱説明書に従ってください。
確認資料：Feichang シングルチャネルProfibus-DP光モデム 788
Feichang FC2P-P1G リング型DP光モデム 1171
PI PROFIBUS設計ガイド
PI PROFIBUSの終端と接続に関する注意事項
PI PROFIBUSの光ファイバの種類とインターフェース
FOA 光リンクの損失バジェット
中国語の技術記事から翻訳。原文の初回公開日：2021-04-13。原文の最終改訂日時：2026-10-13T10:45:04+08:00。 中国語の原文を読む
