PROFIBUS-PA網(wǎng)絡的組態(tài)

   PROFIBUS-PA概述

  1. PROFIBUS-PA

  PA是Process Automation(過程自動化)的縮寫。PROFIBUS-PA用于PLC與過程自動化的現(xiàn)場傳感器和執(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工業(yè)和過程控制中使用。PROFIBUS-PA功能集成在起動執(zhí)行器、電磁閥和測量變送器等現(xiàn)場設備中。

  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，由于采用IEC 1158-2標準，確保了本質安全和通過屏蔽雙絞線電纜進行數(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的基本功能來傳送測量值和狀態(tài)。并用擴展的PROFIBUS-DP功能來制訂現(xiàn)場設備的參數(shù)和進行設備操作。PROFIBUS-PA規(guī)范保證了不同廠商生產(chǎn)的現(xiàn)場設備的互換性和互操作性，它是PROFIBUS-PA的組成部分。

  PA規(guī)范已對所有通用的測量變送器和其他一些設備類型作了具體規(guī)定，這些設備包括壓力、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設備集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡中。在危險區(qū)域每個DP/PA鏈路可以連接10個現(xiàn)場設備，在非危險區(qū)域每個DP/PA鏈路可以連接30個現(xiàn)場設備。傳輸速率為31.25kbit/s，可以采用總線型或樹形結構。即使在本質安

  全區(qū)增加和去除總線站點，也不會影響到其他站。

  PA 通信包括循環(huán)訪問和非循環(huán)訪問，用PLC循環(huán)訪問輸入/輸出。非循環(huán)訪問的典型例子是用工程工具軟件(例如過程設備管理器PDM)設置設備的運行參數(shù)。

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

  2. PROFIBUS-PA的IEC 1158-2 傳輸

  PROFIBUS-PA采用符合IEC 1158-2標準的傳輸技術，即曼徹斯特碼編碼與總線供電傳輸技術。這種技術確保本質安全，并通過總線直接給現(xiàn)場設備供電，能滿足石油化學工業(yè)的要求。用曼徹斯特編碼傳輸數(shù)據(jù)時，從0(-9mA)到1( 9mA)的上升沿發(fā)送二進制數(shù)“0”(見圖9-1)，從1到0的下降沿發(fā)送二進制數(shù)“1”。每一位的前半位電平對應于傳送的二進制數(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、樹形和星形網(wǎng)絡。

圖9-1 PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸

  總線段的兩端用一個無源的RC總線終端器來終止，在一個PA總線段上最多可以連接32個站，站的總數(shù)最多為126個，最多可以擴展4臺中繼器。最大的總線段長度取決于佛裝置、導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)場設備連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡。DP/PA耦合器可完成下列任務

  1)數(shù)據(jù)從11bit/字符的異步編碼轉換為8 bit/字符的同步編碼，將來自PROFIBUS-DP的報文簡單地轉換為PROFIBUS-PA報文。

  2)將DP網(wǎng)絡的傳輸速率(45.45kbit/s)轉換為固定的31.25kbit/s。

  3)通過傳送數(shù)據(jù)的電纜對現(xiàn)場設備供電。

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

  使用DP/PA耦合器后，DP網(wǎng)絡的通信速率最高為45.45kbit/s。系統(tǒng)規(guī)模較小(最多十幾臺設備)和對通信速率要求不高時，可以使用 DP/PA 耦合器來連接 DP 網(wǎng)絡和PA 現(xiàn)場設備(見圖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設備，需要為PA 設備設置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PA從站DP/PA耦合器有兩種類型(見圖9-2)non-Ex型(非本質安全型)和Ex型(本質安全型)。在網(wǎng)絡中，DP/PA耦合器是“透明”的，它沒有地址，不用對它組態(tài)。

圖 9-2 DP/PA 耦合器

圖 9-3 DP/PA鏈接器

  一個DP/PA耦合器的Non-Ex區(qū)(非本質安全區(qū))最多可連接30個現(xiàn)場設備，Ex區(qū)(本質安全區(qū))最多可連接10個現(xiàn)場設備。DP/PA耦合器在Non-Ex區(qū)的網(wǎng)絡允許最大長度為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)的其他站點地址重疊，因為PA現(xiàn)場設備是被視為“直接”連接在DP總線上的。

  4. DP/PA鏈接器

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

  DP/PA鏈接器是連接PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA的網(wǎng)關。PLC通過DP/PA鏈接器訪問現(xiàn)場設備，就像訪問一個由PA設備作為模塊構成的模塊化設備。

  DP/PA鏈接器是DP網(wǎng)絡上的一個從站，鏈接器和它連接的PA現(xiàn)場設備占用一個DP地址。使用DP/PA鏈接器時，DP網(wǎng)絡的傳輸速率最高可達12Mbit/s。DP/PA鏈接器又是PA網(wǎng)絡中的主站，一個鏈接器可以驅動的 PA 從站的數(shù)目與它的版本有關，訂貨號為 6ES7 157-0AA82-0XA0的IM157最多可連接64個PA從站，比它低檔的IM157為32個。

  PA現(xiàn)場設備獨立于DP網(wǎng)絡單獨編址，其地址稱為PA地址(3～124)，PA主站默認的PA地址為2。只能為每個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，這將導致減少每個DP/PA鏈接器上連接的PA現(xiàn)場設備的個數(shù)。

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

  可以用SFC13或SFC51實現(xiàn)IM157的診斷。DP/PA鏈接器下面的每個PA從站的診斷數(shù)據(jù)可以通過IM157以數(shù)據(jù)記錄的方式檢索出來。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，實現(xiàn)對PROFIBUS-PA的診斷。

  系統(tǒng)規(guī)模較大(例如超過20臺現(xiàn)場設備)和對時間要求較苛刻時，建議采用DP/PA鏈接器加 DP/PA耦合器的方案。Non-Ex 區(qū)(非本質安全區(qū))最多可連接30個現(xiàn)場設備，Ex區(qū)(本質安全區(qū))最多可連接3×10個現(xiàn)場設備。

  用DP/PA耦合器和DP/PA鏈接器組態(tài)PA系統(tǒng)時，應保證它們連接的所有現(xiàn)場設備的功耗不超過允許的值，具體的參數(shù)可以查閱有關的產(chǎn)品用戶手冊。

  隨書光盤中的文件《PROFIBUS-PA應用技術手冊》和《如何配置PA總線儀表方案》給出了不同應用場合下PA網(wǎng)絡的配置方案，包括設備選型和訂貨號。