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SIMATIC 現(xiàn)場總線計算器

現(xiàn)場設(shè)備的直接連接（尤其是在危險區(qū)域中）以及通信的信息內(nèi)容在過程工業(yè)中顯得非常重要。PROFIBUS PA 允許數(shù)字量數(shù)據(jù)和電源在采用本安 MBP 傳輸技術(shù)（曼徹斯特編碼；總線供電）的一條雙線總線上進(jìn)行傳輸，它經(jīng)過定制可滿足這些要求。它最適合于將 Ex 區(qū)域 1/21 或 0/20 運(yùn)行環(huán)境中的氣動執(zhí)行器、電磁閥和傳感器直接集成到過程控制系統(tǒng)中。

變送器的典型響應(yīng)時間大約為 10 ms ，這說明甚至在一個帶有最多 31 個設(shè)備的網(wǎng)段配置下，也可通過 PROFIBUS PA 取得很短的循環(huán)時間。過程工業(yè)中的幾乎所有典型應(yīng)用都可在小型和大型工廠中實現(xiàn)。雙向通信和豐富的信息內(nèi)容提高了診斷能力，可快速、準(zhǔn)確地檢測和消除故障。標(biāo)準(zhǔn)化的通信服務(wù)保證了多供應(yīng)商的現(xiàn)場設(shè)備之間的互操作性和替換性，并且可在運(yùn)行過程中對現(xiàn)場設(shè)備設(shè)置參數(shù)。

使用 PROFIsafe 行規(guī)的安全通信

通過 PROFIsafe 行規(guī)，可將安全通信無縫集成到 PROFIBUS PA 中。無需為安全相關(guān)應(yīng)用單獨(dú)配置安全總線。采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS PA 已集成到過程自動化 Safety Integrated 安全系統(tǒng)當(dāng)中。西門子公司為過程自動化中的故障安全、容錯應(yīng)用而提供的綜合系列產(chǎn)品與服務(wù)，為用戶提供了極具吸引力而又經(jīng)濟(jì)有效的替代方案，用以隔離安全系統(tǒng)。

冗余架構(gòu)

您可以根據(jù)自動化任務(wù)和相關(guān)安全要求來分別確定工廠控制器、現(xiàn)場總線和 I/O 級的冗余程度，并將它們與現(xiàn)場儀表相匹配（靈活模塊化冗余，F(xiàn)MR）。有關(guān) PROFIBUS PA 的冗余結(jié)構(gòu)的概覽，請參見“設(shè)計”下面的內(nèi)容。

PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換

最好將 PA Link 用作從 PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的網(wǎng)關(guān)。使用 PA Link 時，PROFIBUS DP 上的傳輸速率與從屬 PROFIBUS PA 段無關(guān)。PA link 的組態(tài)取決于現(xiàn)場總線架構(gòu)。“PA 路由器”一節(jié)中描述的耦合器類型可用于進(jìn)行組態(tài)。在數(shù)據(jù)量較小（小數(shù)量框架）和時間要求較低時，DP/PA 耦合器也可作為一個路由器在獨(dú)立模式中運(yùn)行。

采用 PROFIBUS PA 行規(guī)而實現(xiàn)的分布式現(xiàn)場自動化的優(yōu)點(diǎn)是硬件成本低、組態(tài)經(jīng)濟(jì)有效、運(yùn)行安全性高并可實現(xiàn)順利維護(hù)。以下特點(diǎn)讓這些優(yōu)點(diǎn)更加突出：

• 從傳感器直至控制層實現(xiàn)模塊化和統(tǒng)一性，可實現(xiàn)新的工廠設(shè)計
• 通過在危險區(qū)域中采用現(xiàn)場總線來實現(xiàn)本質(zhì)安全應(yīng)用
• 通過冗余 PROFIBUS PA 架構(gòu)（帶有耦合器冗余的環(huán)型和總線型拓?fù)洌�，可實現(xiàn)從自動化系統(tǒng)（控制器）直至 PA 現(xiàn)場設(shè)備的靈活模塊化冗余 (FMR)
• 可實現(xiàn)安全相關(guān)應(yīng)用和容錯應(yīng)用，對設(shè)備和布線的要求較低
• 通過對現(xiàn)場設(shè)備（PROFIBUS PA和 HART 以及 SIMATIC PDM，跨供應(yīng)商）進(jìn)行簡單的集中工程組態(tài)降低組態(tài)成本
• 將雙線電纜用于供電和數(shù)據(jù)傳輸，安裝簡便
• 通過簡化的環(huán)路檢查降低調(diào)試成本
• 布線簡單并具有全面的診斷功能，維修成本低

PROFIBUS PA 架構(gòu)示例

下面的圖說明了以下設(shè)備上含有 DP/PA 耦合器和 PA Link 路由器的 PROFIBUS PA 配置形式：

• PROFIBUS DP 主站，簡單設(shè)計（AS 單站）
• PROFIBUS DP 主站，冗余設(shè)計（AS 冗余站）

如果 DP/PA 耦合器作為 PA 路由器獨(dú)立運(yùn)行，則直接在耦合器上進(jìn)行連接，而不是通過接口模塊來連接。

有關(guān) PROFIBUS PA 設(shè)備的限制數(shù)量，請參見“技術(shù)數(shù)據(jù)”章節(jié)。

作為 PROFIBUS DP 主站的 AS 單站上的 PROFIBUS PA

作為 PROFIBUS DP 主站的 AS 冗余站上的 PROFIBUS PA

帶單個耦合器的線型結(jié)構(gòu)

在含有單個耦合器的總線架構(gòu)中，每個總線段都各與一個 DP/PA 耦合器相連。

如果 PA 路由器是獨(dú)立 DP/PA 耦合器，則可以連接 PROFIBUS PA 總線（總線段）。在一個最多帶有 5 個 DP/PA 耦合器且用作 PA 路由器的 PA Link 上，通過單個耦合器（對于帶環(huán)型或耦合器冗余的混合組態(tài)，最多 3 個），最多可運(yùn)行 5 個總線段。

PA 路由器可與單一或冗余 PROFIBUS DP 相連，具體取決于型號（見圖）。

FDC 157-0 是 DP/PA 耦合器的首要選擇。在使用此耦合器時，PA 可借助于 AFD 有源現(xiàn)場分配器集成到總線段中，例如，可使用的有源現(xiàn)場分配器為 AFD4、FD4 RAILMOUNT、AFD4 FM 和 AFD8（防爆危險區(qū) 2/22 認(rèn)證）和 AFDiSD（防爆危險區(qū) 1/21 認(rèn)證）。PA 設(shè)備通過防短路分支線路連接至這些現(xiàn)場分配器。

也可以在一個總線網(wǎng)段中運(yùn)行最多 8 個 AFD 現(xiàn)場分配器、最多 5 個 AFDiSD 現(xiàn)場分配器或最多 5 個 AFDiSD 和 AFD 現(xiàn)場分配器的任意組合。不過，在混合使用 AFDiSD/AFD 時，無法在 PROFIBUS PA 中對 AFDiSD 執(zhí)行擴(kuò)展診斷功能。從 DP/PA 耦合器離開的總線末端處的最后一個現(xiàn)場分配器會自動激活其總線端接電阻器。

危險區(qū)域中符合 Ex Zone 1/21 或 0/20 要求的本質(zhì)安全 PA 設(shè)備主要通過有源現(xiàn)場分配器 AFDiSD 集成到總線網(wǎng)段。對于防爆危險區(qū) 1/21 中的 PA 設(shè)備，可通過 DP/PA 耦合器 Ex [i] 上的總線段進(jìn)行連接（在 PA Link 中或獨(dú)立）。這些設(shè)備通過 SplitConnect 分接頭（通過分支線路或直接通過 SplitConnect M12 出口）單獨(dú)集成到總線網(wǎng)段。總線網(wǎng)段的端接需要使用 SplitConnect 端接器。

通過將各個設(shè)備按組分配給不同的總線網(wǎng)段，可以實現(xiàn)設(shè)備級柔性模塊化冗余。

帶冗余耦合器的線型結(jié)構(gòu)

在單個或冗余 PROFIBUS DP 上可作為 PA 路由器運(yùn)行的 PA 鏈接器只能配有一個冗余 DP/PA 耦合器對（也可以配置最多 3 個單個耦合器）。冗余的 DP / PA 耦合器對,可以用于帶有源現(xiàn)場分離器 (AFS) 的線型結(jié)構(gòu)，也可用于環(huán)型結(jié)構(gòu)。

對于線型架構(gòu)，AFS 連接至 PA 路由器中的冗余 DP/PA 耦合器對 (2 X FDC 157-0)。它將所連接的總線網(wǎng)段連接至兩個冗余 DP/PA 耦合器中正在工作的那個。DP/PA 耦合器的更換無需中斷當(dāng)前的運(yùn)行。

這些 PA 設(shè)備通過 AFD 或 AFDiSD 有源現(xiàn)場分配器集成到總線型結(jié)構(gòu)的總線段中。現(xiàn)場分配器數(shù)量方面的限制也相同（最多 8 個 AFD、最多 5 個 AFDiSD 或最多 5 個 AFDiSD 和 AFD 組合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 時，無法針對 AFDiSD 執(zhí)行擴(kuò)展現(xiàn)場總線診斷功能）。

帶耦合器和介質(zhì)冗余的環(huán)型結(jié)構(gòu)

通過 PA 路由器的冗余 DP/PA 耦合器對 (2 X FDC 157-0)，也可以構(gòu)建帶有自動總線端接功能的環(huán)網(wǎng)網(wǎng)段，用以取代帶 AFS 的總線網(wǎng)段。除了環(huán)網(wǎng)網(wǎng)段之外，在該 PA 路由器上只能組態(tài)帶有獨(dú)立耦合器的總線網(wǎng)段。PA 路由器可以連接到單一或冗余 PROFIBUS DP。

通過 AFD 或 AFDiSD 有源現(xiàn)場分配器，可將 PA 現(xiàn)場設(shè)備集成到環(huán)網(wǎng)網(wǎng)段中，現(xiàn)場分配器的數(shù)量限制與采用總線型結(jié)構(gòu)時相同（最多 8 個 AFD、最多 5 個 AFDiSD 或最多 5 個 AFDiSD 和 AFD 組合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 時，無法針對 AFDiSD 執(zhí)行擴(kuò)展現(xiàn)場總線診斷功能）。這些現(xiàn)場分配器具有電氣去耦的防短路分支線路連接器，用于連接 PA 設(shè)備。

在設(shè)備級上，可通過將不同現(xiàn)場分配器上的各個設(shè)備進(jìn)行分組來實現(xiàn)靈活的模塊化冗余。

環(huán)型結(jié)構(gòu)的特殊優(yōu)點(diǎn)：

• 高可用性
• 可對主機(jī)系統(tǒng)的智能型 DP/PA 耦合器 FDC 157?0 進(jìn)行透明冗余管理
• 通過用于在 FDC 157 0 DP/PA 耦合器以及 AFD 和 AFDiSD 有源現(xiàn)場分配器中進(jìn)行自動總線端接的有源總線端接器，可以：
  • 在發(fā)生短路或開路時，對故障子網(wǎng)段進(jìn)行自動、平穩(wěn)的隔離
  • 在運(yùn)行階段改變環(huán)網(wǎng)組態(tài)和儀表配備，包括添加和減少環(huán)網(wǎng)網(wǎng)段
• 以較低的設(shè)備和布線成本實現(xiàn)安全相關(guān)應(yīng)用和容錯應(yīng)用

總線網(wǎng)段和分支線路的電纜長度

PROFIBUS PA 基于電氣傳輸部件。現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字量數(shù)據(jù)傳輸和電源供電均采用了雙線屏蔽電纜。

借助線型、樹型和環(huán)型拓?fù)洌�可組態(tài)最長約 1.9 km 的總線網(wǎng)段。若采用 AFD 有源現(xiàn)場分配器，則在計算總線網(wǎng)段的總長度時，還必須考慮用于連接設(shè)備的分支總線的長度以及電纜的規(guī)格要求。AFDiSD 上的分支線路與總線網(wǎng)段的總長度無關(guān)。

對于帶有有源現(xiàn)場分配器的總線段，分支總線可具有以下最大長度：

• 最長 120 m（符合標(biāo)準(zhǔn) IEC 61158?2 標(biāo)準(zhǔn)）
• 最長 120 m（符合標(biāo)準(zhǔn) IEC 60079-27 (FISCO) 標(biāo)準(zhǔn)）

如果使用了有源現(xiàn)場分配器 AFD，則必須根據(jù)總線網(wǎng)段的分支線路數(shù)量，適當(dāng)減小這些最大值（有關(guān)詳細(xì)信息，請參見“技術(shù)數(shù)據(jù)”一節(jié)）。對于有源現(xiàn)場分配器 AFDiSD 而言，由于集成了中繼器功能，因此無需減小這些值。

SIMATIC 現(xiàn)場總線計算器提供計算和設(shè)計現(xiàn)場總線網(wǎng)段方面的幫助：
https://support.industry.siemens.com/cs/ww/en/view/53842953

對于危險區(qū)域中的本質(zhì)安全 PA 設(shè)備，建議最好通過有源現(xiàn)場分配器 AFDiSD 集成進(jìn)總線網(wǎng)段。對于 Ex zone 1/21 中的 PA 設(shè)備，也可以通過 PA 路由器上的總線網(wǎng)段連接至 DP/PA 耦合器 Ex[i]。在此類組態(tài)中，單個分支線路的最大長度縮短至 30 m，單個總線網(wǎng)段的最大長度縮短至 1 km。

總線網(wǎng)段自動進(jìn)行端接（在帶有有源現(xiàn)場分配器 AFD/AFDiSD 的體系結(jié)構(gòu)中），或通過 PROFIBUS PA 的無源端接部件（SpliTConnect 端接器）進(jìn)行端接。