关于西门子200的MODBUS的通讯距离

前言     

MODBUS通讯以其优越的经济性广泛应用于各种自动化通讯场合，常应用于仪表、变频器以及PLC之间通讯较为常见。在错综复杂的应用场合，通讯距离问题是比较突出的问题，先来聊聊这个通讯距离问题。

大家都可以从官方的通讯长度数据中查阅到，西门子200 PLC在MODBUS通讯中最远通讯距离为50米（参见200系统手册P221页）。西门子200 PLC集成的基于RS485通讯口，采用正、负两根双绞屏蔽电缆作为通讯传输的媒介，其通讯电平要求，高电平为+2 ~ +6V，低电平为-2 ~ -6V之间。那么，这样的电平范围也可以理解为大约4V左右的电压降是不会对通讯数据的传输构成数据判断错误的。

下面以1平方的铜双绞屏蔽电缆计算每米的内阻：

常用铜材料电阻率（20℃）时0.0172μΩ·m

电阻率计算公式：

ρ= R * S / L

其中：

ρ：电阻率Ω·m

R：电阻Ω  1000000μΩ= 1Ω

S：导线截面MM2

L：导线长度 M

根据上述公式可以得到1平方铜线，长度50米双绞线（100米）时的电阻值：

R =ρ* L / S = 0.0172 * 100 / 1.0  = 1.72 / 1.0  ≈ 1.72 Ω

这个是50米双绞线1平方双绞屏蔽电缆的内阻1.72Ω，通讯距离每增加1米，则内阻增加0.0344Ω。

影响通讯距离的2个因素是：隔离与频率，相对频率越高通讯距离就越短，没有隔离与有隔离的通讯距离是不同的，有隔离时通讯距离可到1000米。

频率越高，通讯信号电流呈集肤效应越明显，相当于回路的内阻越大，通讯距离越短。西门子200 PLC的通讯电路，图示：

从电路的信号端口3#、8#看，信号的输入、输出为无隔离电路，通过10Ω电阻器及输入电平整型、信号过载保护电路组成，输入、输出到信号放大器SN75176电路的6#、7#管脚，电路结构为差分输入，其中，信号电路供电端口电源为5V。那么，如果有PLC发送信号给从站，3#端口相对应于8#端口的信号电平最高为5V（上述推断还不考虑端口间的接触电阻）。

信号放大器最大工作电流：

5V / 10Ω = 0.5A

以最小电平工作允许的内阻计算干线电阻：

5-2（V）/0.5 A = 6Ω

由干线允许的最大电阻计算干线极限总长度：

6Ω/0.0172 ≈ 348.8 M

通讯干线的实际允许最大长度348.8/2 ≈ 174.4 M（双绞通讯线）

上述计算仅仅是一个相对理论化的一个数据，在实际应用中，由于考虑到实际施工过程中所使用的导线材质、截面的差异；连接过程端子间的接触电阻等影响因数，官方实际给出的通讯距离50米是确保通讯质量为前提，是比较稳妥又折中的一个数据值。而官方给出的带隔离器时通讯距离为1000米的原因，是因为隔离器带有信号放大、接续作用，不在此讨论范畴。