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PROFIBUS-PA网络的组态
PROFIBUS-PA概述
1. PROFIBUS-PA
PA是ProcessAutomation(过程自动化)的缩写。PROFIBUS-PA用于PLC与过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输,特别适合于在需要防爆的化学工业和过程控制中使用。PROFIBUS-PA功能集成在起动执行器、电磁阀和测量变送器等现场设备中。
PROFIBUS-PA基于MBP(Manchester Coding and BusPowering,曼彻斯特码编码与总线供电)传输技术,由于采用IEC1158-2标准,确保了本质安全和通过屏蔽双绞线电缆进行数据传输和供电,适用于防爆区域的传感器和执行器与中央控制系统的通信。
PROFIBUS-PA采用PROFIBUS-DP的基本功能来传送测量值和状态。并用扩展的PROFIBUS-DP功能来制订现场设备的参数和进行设备操作。PROFIBUS-PA规范保证了不同厂商生产的现场设备的互换性和互操作性,它是PROFIBUS-PA的组成部分。
PA规范已对所有通用的测量变送器和其他一些设备类型作了具体规定,这些设备包括压力、液位、温度和流量变送器,数字量输入/输出,模拟量输入/输出,阀门和定位器等。
可以用DP/PA耦合器或DP/PA链接器将PROFIBUS-PA设备集成到PROFIBUS-DP网络中。在危险区域每个DP/PA链路可以连接10个现场设备,在非危险区域每个DP/PA链路可以连接30个现场设备。传输速率为31.25kbit/s,可以采用总线型或树形结构。在本质安
全区增加和去除总线站点,也不会影响到其他站。
PA通信包括循环访问和非循环访问,用PLC循环访问输入/输出。非循环访问的典型例子是用工程工具软件(例如过程设备管理器PDM)设置设备的运行参数。
与PROFIBUS-DP设备一样,PROFIBUS-PA设备也是用制造商的GSD文件来描述的,在STEP7的硬件组态工具中安装GSD文件后,新增的PA设备将在设备目录中出现。
2. PROFIBUS-PA的IEC 1158-2 传输
PROFIBUS-PA采用符合IEC1158-2标准的传输技术,即曼彻斯特码编码与总线供电传输技术。这种技术确保本质安全,并通过总线直接给现场设备供电,能满足石油化学工业的要求。用曼彻斯特编码传输数据时,从0(-9mA)到1(9mA)的上升沿发送二进制数“0”(见图9-1),从1到0的下降沿发送二进制数“1”。每一位的前半位电平对应于传送的二进制数(高电平为1,低电平为0),后半位与前半位的电平
传输速率为31.25 kbit/s。传输媒体为屏蔽或非屏蔽的双绞线,允许使用线性、树形和星形网络。
图9-1 PROFIBUS-PA的数据传输
总线段的两端用一个无源的RC总线终端器来终止,在一个PA总线段上Zui多可以连接32个站,站的总数Zui多为126个,Zui多可以扩展4台中继器。Zui大的总线段长度取决于佛装置、导线类型和所连接的站的电流消耗。
为了增加系统的可靠性,可以用冗余总线段作总线段的备份。DP/PA链接器用于PA总线段与DP总线段的连接(见图1-4和图9-3)。
3. DP/PA耦合器
DP/PA耦合器(Coupler)用于将PA现场设备连接到PROFIBUS-DP网络。DP/PA耦合器可完成下列任务
1)数据从11bit/字符的异步编码转换为8bit/字符的同步编码,将来自PROFIBUS-DP的报文简单地转换为PROFIBUS-PA报文。
2)将DP网络的传输速率(45.45kbit/s)转换为固定的31.25kbit/s。
3)通过传送数据的电缆对现场设备供电。
使用多个DP/PA耦合器,一个DP主站系统Zui多可以连接125个PA从站。
使用DP/PA耦合器后,DP网络的通信速率Zui高为45.45kbit/s。系统规模较小(Zui多十几台设备)和对通信速率要求不高时,可以使用DP/PA 耦合器来连接 DP 网络和PA现场设备(见图9-2)。PA从站被映射为DP从站,就像组态DP从站一样组态PA设备,需要为PA 设备设置DP地址。
PA从站的诊断方法与DP从站相同,例如可以用SFC13或SFC51诊断每个PA从站DP/PA耦合器有两种类型(见图9-2)non-Ex型(非本质安全型)和Ex型(本质安全型)。在网络中,DP/PA耦合器是“透明”的,它没有地址,不用对它组态。
图 9-2 DP/PA 耦合器
图 9-3 DP/PA链接器
一个DP/PA耦合器的Non-Ex区(非本质安全区)Zui多可连接30个现场设备,Ex区(本质安全区)Zui多可连接10个现场设备。DP/PA耦合器在Non-Ex区的网络允许Zui大长度为1.9km,Ex区为1km。
DP/PA耦合器后面的PA从站的总线地址不能与DP主站系统的其他站点地址重叠,因为PA现场设备是被视为“直接”连接在DP总线上的。
4. DP/PA链接器
DP/PA链接器(Link)通过DP/PA耦合器与PA从站交换信息(见图9-3),一个DP/PA链接器Zui多可以连接5个DP/PA耦合器,Zui多64个PA从站。
DP/PA链接器是连接PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA的网关。PLC通过DP/PA链接器访问现场设备,就像访问一个由PA设备作为模块构成的模块化设备。
DP/PA链接器是DP网络上的一个从站,链接器和它连接的PA现场设备占用一个DP地址。使用DP/PA链接器时,DP网络的传输速率Zui高可达12Mbit/s。DP/PA链接器又是PA网络中的主站,一个链接器可以驱动的PA 从站的数目与它的版本有关,订货号为 6ES7157-0AA82-0XA0的IM157Zui多可连接64个PA从站,比它低档的IM157为32个。
PA现场设备独立于DP网络单独编址,其地址称为PA地址(3~124),PA主站默认的PA地址为2。只能为每个DP/PA链接器分配244B的组态数据和参数数据。在某些情况下,这将导致减少每个DP/PA链接器上连接的PA现场设备的个数。
通过GSD文件组态DP/PA链接器时,一个PA从站可能占用多个插槽。一个DP/PA链接器的Zui大插槽数目为236。
可以用SFC13或SFC51实现IM157的诊断。DP/PA链接器下面的每个PA从站的诊断数据可以通过IM157以数据记录的方式检索出来。DPV0主站和DPV1主站可以分别用SFC59“RDREC”和SFB52“RDREC”读取数据记录,实现对PROFIBUS-PA的诊断。
系统规模较大(例如超过20台现场设备)和对时间要求较苛刻时,建议采用DP/PA链接器加 DP/PA耦合器的方案。Non-Ex区(非本质安全区)Zui多可连接30个现场设备,Ex区(本质安全区)Zui多可连接3×10个现场设备。
用DP/PA耦合器和DP/PA链接器组态PA系统时,应保证它们连接的所有现场设备的功耗不超过允许的值,具体的参数可以查阅有关的产品用户手册。
随书光盘中的文件《PROFIBUS-PA应用技术手册》和《如何配置PA总线仪表方案》给出了不同应用场合下PA网络的配置方案,包括设备选型和订货号。
SIEMENS | 接头 | 6GK1901-1BB10-2AA0 |
SIEMENS | 模块 | 6ES7421-1FH00-0AA0 |
SIEMENS | 驱动器 | 6SL3100-1AE31-0AB1 |
SIEMENS | 触摸屏 | 6AV6648-0CC11-3AX0 |
SIEMENS | 模块 | 6ES7142-3BH00-0XA0 |
SIEMENS | 模块 | 6ES7288-2DT16-0AA0 |
SIEMENS | 模块 | 6ES7288-3AR04-0AA0 |
SIEMENS | 模块 | 6ES7288-5AQ01-0AA0 |
SIEMENS | 模块 | 6ES7288-5CM01-0AA0 |
SIEMENS | 触摸屏 | 6AV2123-2MB03-0AX0 |
SIEMENS | 网线 | 6XV1840-2AH10 |
SIEMENS | 底座 | 6ES7193-6BP00-0BA0 |
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