PROFIBUS-PA網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)

   PROFIBUS-PA概述

  1. PROFIBUS-PA

  PA是Process Automation(過(guò)程自動(dòng)化)的縮寫(xiě)。PROFIBUS-PA用于PLC與過(guò)程自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器的低速數(shù)據(jù)傳輸，特別適合于在需要防爆的化學(xué)工業(yè)和過(guò)程控制中使用。PROFIBUS-PA功能集成在起動(dòng)執(zhí)行器、電磁閥和測(cè)量變送器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。

  PROFIBUS-PA基于MBP(Manchester Coding and Bus Powering，曼徹斯特碼編碼與總線供電)傳輸技術(shù)，由于采用IEC 1158-2標(biāo)準(zhǔn)，確保了本質(zhì)安全和通過(guò)屏蔽雙絞線電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和供電，適用于防爆區(qū)域的傳感器和執(zhí)行器與中央控制系統(tǒng)的通信。

  PROFIBUS-PA 采用PROFIBUS-DP的基本功能來(lái)傳送測(cè)量值和狀態(tài)。并用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP功能來(lái)制訂現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)和進(jìn)行設(shè)備操作。PROFIBUS-PA規(guī)范保證了不同廠商生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互換性和互操作性，它是PROFIBUS-PA的組成部分。

  PA規(guī)范已對(duì)所有通用的測(cè)量變送器和其他一些設(shè)備類型作了具體規(guī)定，這些設(shè)備包括壓力、液位、溫度和流量變送器，數(shù)字量輸入/輸出，模擬量輸入/輸出，閥門和定位器等。

  可以用DP/PA耦合器或DP/PA鏈接器將PROFIBUS-PA設(shè)備集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中。在危險(xiǎn)區(qū)域每個(gè)DP/PA鏈路可以連接10個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，在非危險(xiǎn)區(qū)域每個(gè)DP/PA鏈路可以連接30個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。傳輸速率為31.25kbit/s，可以采用總線型或樹(shù)形結(jié)構(gòu)。即使在本質(zhì)安

  全區(qū)增加和去除總線站點(diǎn)，也不會(huì)影響到其他站。

  PA 通信包括循環(huán)訪問(wèn)和非循環(huán)訪問(wèn)，用PLC循環(huán)訪問(wèn)輸入/輸出。非循環(huán)訪問(wèn)的典型例子是用工程工具軟件(例如過(guò)程設(shè)備管理器PDM)設(shè)置設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。

  與PROFIBUS-DP設(shè)備一樣，PROFIBUS-PA設(shè)備也是用制造商的GSD文件來(lái)描述的，在STEP7的硬件組態(tài)工具中安裝GSD文件后，新增的PA設(shè)備將在設(shè)備目錄中出現(xiàn)。

  2. PROFIBUS-PA的IEC 1158-2 傳輸

  PROFIBUS-PA采用符合IEC 1158-2標(biāo)準(zhǔn)的傳輸技術(shù)，即曼徹斯特碼編碼與總線供電傳輸技術(shù)。這種技術(shù)確保本質(zhì)安全，并通過(guò)總線直接給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電，能滿足石油化學(xué)工業(yè)的要求。用曼徹斯特編碼傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，從0(-9mA)到1( 9mA)的上升沿發(fā)送二進(jìn)制數(shù)“0”(見(jiàn)圖9-1)，從1到0的下降沿發(fā)送二進(jìn)制數(shù)“1”。每一位的前半位電平對(duì)應(yīng)于傳送的二進(jìn)制數(shù)(高電平為1，低電平為0)，后半位與前半位的電平相反。

  傳輸速率為31.25 kbit/s。傳輸媒體為屏蔽或非屏蔽的雙絞線，允許使用線性、樹(shù)形和星形網(wǎng)絡(luò)。

圖9-1 PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸

  總線段的兩端用一個(gè)無(wú)源的RC總線終端器來(lái)終止，在一個(gè)PA總線段上最多可以連接32個(gè)站，站的總數(shù)最多為126個(gè)，最多可以擴(kuò)展4臺(tái)中繼器。最大的總線段長(zhǎng)度取決于佛裝置、導(dǎo)線類型和所連接的站的電流消耗。

  為了增加系統(tǒng)的可靠性，可以用冗余總線段作總線段的備份。DP/PA鏈接器用于PA總線段與DP總線段的連接(見(jiàn)圖1-4和圖9-3)。

  3. DP/PA耦合器

  DP/PA耦合器(Coupler)用于將PA現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。DP/PA耦合器可完成下列任務(wù)

  1)數(shù)據(jù)從11bit/字符的異步編碼轉(zhuǎn)換為8 bit/字符的同步編碼，將來(lái)自PROFIBUS-DP的報(bào)文簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換為PROFIBUS-PA報(bào)文。

  2)將DP網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率(45.45kbit/s)轉(zhuǎn)換為固定的31.25kbit/s。

  3)通過(guò)傳送數(shù)據(jù)的電纜對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。

  使用多個(gè)DP/PA耦合器，一個(gè)DP主站系統(tǒng)最多可以連接125個(gè)PA從站。

  使用DP/PA耦合器后，DP網(wǎng)絡(luò)的通信速率最高為45.45kbit/s。系統(tǒng)規(guī)模較小(最多十幾臺(tái)設(shè)備)和對(duì)通信速率要求不高時(shí)，可以使用 DP/PA 耦合器來(lái)連接 DP 網(wǎng)絡(luò)和PA 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(見(jiàn)圖9-2)。PA從站被映射為DP從站，就像組態(tài)DP從站一樣組態(tài)PA設(shè)備，需要為PA 設(shè)備設(shè)置DP地址。

  PA從站的診斷方法與DP從站相同，例如可以用SFC13或SFC51診斷每個(gè)PA從站DP/PA耦合器有兩種類型(見(jiàn)圖9-2)non-Ex型(非本質(zhì)安全型)和Ex型(本質(zhì)安全型)。在網(wǎng)絡(luò)中，DP/PA耦合器是“透明”的，它沒(méi)有地址，不用對(duì)它組態(tài)。

圖 9-2 DP/PA 耦合器

圖 9-3 DP/PA鏈接器

  一個(gè)DP/PA耦合器的Non-Ex區(qū)(非本質(zhì)安全區(qū))最多可連接30個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，Ex區(qū)(本質(zhì)安全區(qū))最多可連接10個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。DP/PA耦合器在Non-Ex區(qū)的網(wǎng)絡(luò)允許最大長(zhǎng)度為1.9km，Ex區(qū)為1km。

  DP/PA耦合器后面的PA從站的總線地址不能與DP主站系統(tǒng)的其他站點(diǎn)地址重疊，因?yàn)镻A現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是被視為“直接”連接在DP總線上的。

  4. DP/PA鏈接器

  DP/PA鏈接器(Link)通過(guò)DP/PA耦合器與PA從站交換信息(見(jiàn)圖9-3)，一個(gè)DP/PA鏈接器最多可以連接5個(gè)DP/PA耦合器，最多64個(gè)PA從站。

  DP/PA鏈接器是連接PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA的網(wǎng)關(guān)。PLC通過(guò)DP/PA鏈接器訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，就像訪問(wèn)一個(gè)由PA設(shè)備作為模塊構(gòu)成的模塊化設(shè)備。

  DP/PA鏈接器是DP網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)從站，鏈接器和它連接的PA現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備占用一個(gè)DP地址。使用DP/PA鏈接器時(shí)，DP網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率最高可達(dá)12Mbit/s。DP/PA鏈接器又是PA網(wǎng)絡(luò)中的主站，一個(gè)鏈接器可以驅(qū)動(dòng)的 PA 從站的數(shù)目與它的版本有關(guān)，訂貨號(hào)為 6ES7 157-0AA82-0XA0的IM157最多可連接64個(gè)PA從站，比它低檔的IM157為32個(gè)。

  PA現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獨(dú)立于DP網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)編址，其地址稱為PA地址(3～124)，PA主站默認(rèn)的PA地址為2。只能為每個(gè)DP/PA鏈接器分配244B的組態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù)。在某些情況下，這將導(dǎo)致減少每個(gè)DP/PA鏈接器上連接的PA現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的個(gè)數(shù)。

  通過(guò)GSD文件組態(tài)DP/PA鏈接器時(shí)，一個(gè)PA從站可能占用多個(gè)插槽。一個(gè)DP/PA鏈接器的最大插槽數(shù)目為236。

  可以用SFC13或SFC51實(shí)現(xiàn)IM157的診斷。DP/PA鏈接器下面的每個(gè)PA從站的診斷數(shù)據(jù)可以通過(guò)IM157以數(shù)據(jù)記錄的方式檢索出來(lái)。DPV0主站和DPV1主站可以分別用SFC 59“RDREC”和SFB52“RDREC”讀取數(shù)據(jù)記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)PROFIBUS-PA的診斷。

  系統(tǒng)規(guī)模較大(例如超過(guò)20臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備)和對(duì)時(shí)間要求較苛刻時(shí)，建議采用DP/PA鏈接器加 DP/PA耦合器的方案。Non-Ex 區(qū)(非本質(zhì)安全區(qū))最多可連接30個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，Ex區(qū)(本質(zhì)安全區(qū))最多可連接3×10個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

  用DP/PA耦合器和DP/PA鏈接器組態(tài)PA系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)保證它們連接的所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功耗不超過(guò)允許的值，具體的參數(shù)可以查閱有關(guān)的產(chǎn)品用戶手冊(cè)。

  隨書(shū)光盤中的文件《PROFIBUS-PA應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)》和《如何配置PA總線儀表方案》給出了不同應(yīng)用場(chǎng)合下PA網(wǎng)絡(luò)的配置方案，包括設(shè)備選型和訂貨號(hào)。