SIMATIC 現(xiàn)場(chǎng)總線計(jì)算器

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的直接連接（尤其是在危險(xiǎn)區(qū)域中）以及通信的信息內(nèi)容在過(guò)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(guò)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(dòng)執(zhí)行器、電磁閥和傳感器直接集成到過(guò)程控制系統(tǒng)中。

變送器的典型響應(yīng)時(shí)間大約為 10 ms ，這說(shuō)明甚至在一個(gè)帶有最多 31 個(gè)設(shè)備的網(wǎng)段配置下，也可通過(guò) PROFIBUS PA 取得很短的循環(huán)時(shí)間。過(guò)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(shí)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(cè)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(chǎng)設(shè)備之間的互操作性和替換性，并且可在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)置參數(shù)。

使用 PROFIsafe 行規(guī)的安全通信

通過(guò) PROFIsafe 行規(guī)，可將安全通信無(wú)縫集成到 PROFIBUS PA 中。無(wú)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(guò)程自動(dòng)化 Safety Integrated 安全系統(tǒng)當(dāng)中。西門(mén)子公司為過(guò)程自動(dòng)化中的故障安全、容錯(cuò)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(dòng)化任務(wù)和相關(guān)安全要求來(lái)分別確定工廠控制器、現(xiàn)場(chǎng)總線和 I/O 級(jí)的冗余程度，并將它們與現(xiàn)場(chǎng)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(qǐng)參見(jiàn)“設(shè)計(jì)”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(shí)，PROFIBUS DP 上的傳輸速率與從屬 PROFIBUS PA 段無(wú)關(guān)。PA link 的組態(tài)取決于現(xiàn)場(chǎng)總線架構(gòu)。“PA 路由器”一節(jié)中描述的耦合器類(lèi)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(shí)間要求較低時(shí)，DP/PA 耦合器也可作為一個(gè)路由器在獨(dú)立模式中運(yùn)行。

采用 PROFIBUS PA 行規(guī)而實(shí)現(xiàn)的分布式現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)模塊化和統(tǒng)一性，可實(shí)現(xiàn)新的工廠設(shè)計(jì)
• 通過(guò)在危險(xiǎn)區(qū)域中采用現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全應(yīng)用
• 通過(guò)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�?shí)現(xiàn)從自動(dòng)化系統(tǒng)（控制器）直至 PA 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的靈活模塊化冗余 (FMR)
• 可實(shí)現(xiàn)安全相關(guān)應(yīng)用和容錯(cuò)應(yīng)用，對(duì)設(shè)備和布線的要求較低
• 通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（PROFIBUS PA和 HART 以及 SIMATIC PDM，跨供應(yīng)商）進(jìn)行簡(jiǎn)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(jiǎn)便
• 通過(guò)簡(jiǎn)化的環(huán)路檢查降低調(diào)試成本
• 布線簡(jiǎn)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(shuō)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(jiǎn)單設(shè)計(jì)（AS 單站）
• PROFIBUS DP 主站，冗余設(shè)計(jì)（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(guò)接口模塊來(lái)連接。

有關(guān) PROFIBUS PA 設(shè)備的限制數(shù)量，請(qǐng)參見(jiàn)“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(gè)耦合器的線型結(jié)構(gòu)

在含有單個(gè)耦合器的總線架構(gòu)中，每個(gè)總線段都各與一個(gè) 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(gè)最多帶有 5 個(gè) DP/PA 耦合器且用作 PA 路由器的 PA Link 上，通過(guò)單個(gè)耦合器（對(duì)于帶環(huán)型或耦合器冗余的混合組態(tài)，最多 3 個(gè)），最多可運(yùn)行 5 個(gè)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(hào)（見(jiàn)圖）。

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

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

危險(xiǎn)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(guò)有源現(xiàn)場(chǎng)分配器 AFDiSD 集成到總線網(wǎng)段。對(duì)于防爆危險(xiǎn)區(qū) 1/21 中的 PA 設(shè)備，可通過(guò) 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(guò) SplitConnect 分接頭（通過(guò)分支線路或直接通過(guò) 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(guò)將各個(gè)設(shè)備按組分配給不同的總線網(wǎng)段，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)柔性模塊化冗余。

帶冗余耦合器的線型結(jié)構(gòu)

在單個(gè)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(gè)冗余 DP/PA 耦合器對(duì)（也可以配置最多 3 個(gè)單個(gè)耦合器）。冗余的 DP / PA 耦合器對(duì),可以用于帶有源現(xiàn)場(chǎng)分離器 (AFS) 的線型結(jié)構(gòu)，也可用于環(huán)型結(jié)構(gòu)。

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

這些 PA 設(shè)備通過(guò) AFD 或 AFDiSD 有源現(xiàn)場(chǎng)分配器集成到總線型結(jié)構(gòu)的總線段中。現(xiàn)場(chǎng)分配器數(shù)量方面的限制也相同（最多 8 個(gè) AFD、最多 5 個(gè) AFDiSD 或最多 5 個(gè) AFDiSD 和 AFD 組合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 時(shí)，無(wú)法針對(duì) AFDiSD 執(zhí)行擴(kuò)展現(xiàn)場(chǎng)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(guò) PA 路由器的冗余 DP/PA 耦合器對(duì) (2 X FDC 157-0)，也可以構(gòu)建帶有自動(dòng)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(guò) AFD 或 AFDiSD 有源現(xiàn)場(chǎng)分配器，可將 PA 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成到環(huán)網(wǎng)網(wǎng)段中，現(xiàn)場(chǎng)分配器的數(shù)量限制與采用總線型結(jié)構(gòu)時(shí)相同（最多 8 個(gè) AFD、最多 5 個(gè) AFDiSD 或最多 5 個(gè) AFDiSD 和 AFD 組合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 時(shí)，無(wú)法針對(duì) AFDiSD 執(zhí)行擴(kuò)展現(xiàn)場(chǎng)總線診斷功能）。這些現(xiàn)場(chǎng)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(jí)上，可通過(guò)將不同現(xiàn)場(chǎng)分配器上的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行分組來(lái)實(shí)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(duì)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(guò)用于在 FDC 157 0 DP/PA 耦合器以及 AFD 和 AFDiSD 有源現(xiàn)場(chǎng)分配器中進(jìn)行自動(dòng)總線端接的有源總線端接器，可以：
  • 在發(fā)生短路或開(kāi)路時(shí)，對(duì)故障子網(wǎng)段進(jìn)行自動(dòng)、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(shí)現(xiàn)安全相關(guān)應(yīng)用和容錯(cuò)應(yīng)用

總線網(wǎng)段和分支線路的電纜長(zhǎng)度

PROFIBUS PA 基于電氣傳輸部件。現(xiàn)場(chǎng)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(shù)型和環(huán)型拓?fù)洌�可組態(tài)最長(zhǎng)約 1.9 km 的總線網(wǎng)段。若采用 AFD 有源現(xiàn)場(chǎng)分配器，則在計(jì)算總線網(wǎng)段的總長(zhǎng)度時(shí)，還必須考慮用于連接設(shè)備的分支總線的長(zhǎng)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(zhǎng)度無(wú)關(guān)。

對(duì)于帶有有源現(xiàn)場(chǎng)分配器的總線段，分支總線可具有以下最大長(zhǎng)度：

• 最長(zhǎng) 120 m（符合標(biāo)準(zhǔn) IEC 61158?2 標(biāo)準(zhǔn)）
• 最長(zhǎng) 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(chǎng)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(qǐng)參見(jiàn)“技術(shù)數(shù)據(jù)”一節(jié)）。對(duì)于有源現(xiàn)場(chǎng)分配器 AFDiSD 而言，由于集成了中繼器功能，因此無(wú)需減小這些值。

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

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

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