西门子模拟量输入模块6ES7531-7MH00-0AB0

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  PROFIBUS-PA网络的组态

   PROFIBUS-PA概述

  1. PROFIBUS-PA

  PA是Process Automation(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 Bus Powering，曼彻斯特码编码与总线供电)传输技术，由于采用IEC 1158-2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。即使在本质安

  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文件来描述的，在STEP7的硬件组态工具中安装文件后，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IEC 1158-2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相反。

  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总线段上最多可以连接32个站，站的总数最多为126个，最多可以扩展4台中继器。最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8 bit/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主站系统最多可以连接125个PA从站。

  使用DP/PA耦合器后，DP网络的通信速率最高为45.45kbit/s。系统规模较小(最多十几台设备)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)最多可连接30个现场设备，Ex区(本质安全区)最多可连接10个现场设备。DP/PA耦合器在Non-Ex区的网络允许最大长度为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链接器最多可以连接5个DP/PA耦合器，最多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网络的传输速率最高可达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 6ES7 157-0AA82-0XA0的IM157最多可连接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链接器的最大插槽数目为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SFC 59“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)最多可连接30个现场设备，Ex区(本质安全区)最多可连接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。

通过 PROFINET IO 进行过程通信

SIMATIC S7-1500 通过集成 PROFINET 接口连接到 PROFINET IO 总线系统，可实现具有确定响应时间和高精度设备性能的分布式自动化组态。

从用户的角度来看，PROFINET IO 上的分布式 I/O 处理与集中式 I/O 处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。

可将下列设备作为 IO 控制器进行连接：

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-1200

具有 PROFINET 接口的 ET 200S CPU

ET 200SP CPU

ET 200pro CPU

SIMATIC S7-300（使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

SIMATIC S7-400（使用配备 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

SIMATIC ET 200（通过带 PROFINET 接口的 CPU）

以下可作为智能设备或设备连接：

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-1200（FW 4.0 或更高版本）

具有 PROFINET 接口的 ET 200S CPU

ET 200SP CPU

ET 200pro CPU

ET 200 分布式 I/O 设备

作为直接按键模块运行的人机界面设备

现场设备

通过 PROFIBUS DP 进行过程通信

SIMATIC S7-1500（非 S7-1500R/H）通过通信模块或带集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。通过带 PROFIBUS DP 接口的 CPU 或通信模块，可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。

从用户的角度来看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式 I/O 处理没有区别（相同的组态、编址及编程）。

以下设备可作为主站连接：

SIMATIC S7-1500（非 S7-1500R/H）
（通过带 PROFIBUS DP 接口或 PROFIBUS DP 通信模块的 CPU）

ET 200S CPU（带 PROFIBUS DP 接口或 PROFIBUS DP CP）

ET 200pro CPU（带 PROFIBUS DP 接口）

ET 200SP CPU（带 PROFIBUS DP CM）

SIMATIC S7-300
（通过带 PROFIBUS DP 接口或 PROFIBUS DP CP 的 CPU）

SIMATIC S7-400
（通过带 PROFIBUS DP 接口或 PROFIBUS DP CP 的 CPU）

SIMATIC S5-115U/H、S5-135U 和 S5-155U/H，带 IM 308

SIMATIC 505

以下设备可作为普通从站或智能从站来连接：

分布式 I/O 设备，例如 ET 200

现场设备

SIMATIC S7-200、S7-1200、S7-300

C7-633/P DP，C7-633 DP，C7-634/P DP，C7-634 DP，C7-626 DP

SIMATIC S7-400（仅通过 CP 443-5）

SIMATIC S7-1500（只能通过 CP/CM 1542-5）

ET 200SP CPU（带 PROFIBUS DP CM）

不过，安装有 STEP 7 的编程器/PC 或 SIMATIC HMI 面板仅使用部分通过 PROFIBUS DP 运行的编程设备和 OP 功能。

通过以太网的数据通信

S7-1500 可通过集成 PROFINET 接口或通过通信模块连接到工业以太网总线系统。可连接以下设备：

SIMATIC S7-1200

SIMATIC S7-1500

SIMATIC S7-300

SIMATIC S7-400

SIMATIC S5-115U/H、S5-135U、S5-155U/H

编程器

PC、工业 PC

SIMATIC HMI 操作员控制和监视系统

数控

机械手控制装置

驱动控制装置

其它厂商的设备

支持的协议：

TCP/IP

ISO-on-TCP (RFC1006)

UDP

DHCP

DNS

SNMP

DCP

LLDP

HTTP

HTTPS

MODBUS TCP

OPC UA（非 S7-1500R/H）

工业以太网通信处理器 CP 1543-1 提供了以下附加功能：

1 Gbit 接口

支持 IPv6

安全性：通过硬件识别、IP/MAC 访问列表、防火墙、VPN 隧道进行访问保护

通过 ISO 协议与 S5 系统通信

FTP（客户机/服务器），电子邮件，SNMPv1 / v3