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SIMATIC 現場總線計算器

現場設備的直接連接（尤其是在危險區域中）以及通信的信息內容在過程工業中顯得非常重要。PROFIBUS PA 允許數字量數據和電源在采用本安 MBP 傳輸技術（曼徹斯特編碼；總線供電）的一條雙線總線上進行傳輸，它經過定制可滿足這些要求。它最適合于將 Ex 區域 1/21 或 0/20 運行環境中的氣動執行器、電磁閥和傳感器直接集成到過程控制系統中。

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

使用 PROFIsafe 行規的安全通信

通過 PROFIsafe 行規，可將安全通信無縫集成到 PROFIBUS PA 中。無需為安全相關應用單獨配置安全總線。采用 PROFIsafe 行規的 PROFIBUS PA 已集成到過程自動化 Safety Integrated 安全系統當中。西門子公司為過程自動化中的故障安全、容錯應用而提供的綜合系列產品與服務，為用戶提供了極具吸引力而又經濟有效的替代方案，用以隔離安全系統。

冗余架構

您可以根據自動化任務和相關安全要求來分別確定工廠控制器、現場總線和 I/O 級的冗余程度，并將它們與現場儀表相匹配（靈活模塊化冗余，FMR）。有關 PROFIBUS PA 的冗余結構的概覽，請參見“設計”下面的內容。

PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的網絡轉換

最好將 PA Link 用作從 PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的網關。使用 PA Link 時，PROFIBUS DP 上的傳輸速率與從屬 PROFIBUS PA 段無關。PA link 的組態取決于現場總線架構。“PA 路由器”一節中描述的耦合器類型可用于進行組態。在數據量較小（小數量框架）和時間要求較低時，DP/PA 耦合器也可作為一個路由器在獨立模式中運行。

采用 PROFIBUS PA 行規而實現的分布式現場自動化的優點是硬件成本低、組態經濟有效、運行安全性高并可實現順利維護。以下特點讓這些優點更加突出：

• 從傳感器直至控制層實現模塊化和統一性，可實現新的工廠設計
• 通過在危險區域中采用現場總線來實現本質安全應用
• 通過冗余 PROFIBUS PA 架構（帶有耦合器冗余的環型和總線型拓撲），可實現從自動化系統（控制器）直至 PA 現場設備的靈活模塊化冗余 (FMR)
• 可實現安全相關應用和容錯應用，對設備和布線的要求較低
• 通過對現場設備（PROFIBUS PA和 HART 以及 SIMATIC PDM，跨供應商）進行簡單的集中工程組態降低組態成本
• 將雙線電纜用于供電和數據傳輸，安裝簡便
• 通過簡化的環路檢查降低調試成本
• 布線簡單并具有全面的診斷功能，維修成本低

PROFIBUS PA 架構示例

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

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

如果 DP/PA 耦合器作為 PA 路由器獨立運行，則直接在耦合器上進行連接，而不是通過接口模塊來連接。

有關 PROFIBUS PA 設備的限制數量，請參見“技術數據”章節。

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構

在含有單個耦合器的總線架構中，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（對于帶環型或耦合器冗余的混合組態，最多 3 個），最多可運行 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 有源現場分配器集成到總線段中，例如，可使用的有源現場分配器為 AFD4、FD4 RAILMOUNT、AFD4 FM 和 AFD8（防爆危險區 2/22 認證）和 AFDiSD（防爆危險區 1/21 認證）。PA 設備通過防短路分支線路連接至這些現場分配器。

也可以在一個總線網段中運行最多 8 個 AFD 現場分配器、最多 5 個 AFDiSD 現場分配器或最多 5 個 AFDiSD 和 AFD 現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 執行擴展診斷功能。從 DP/PA 耦合器離開的總線末端處的最后一個現場分配器會自動激活其總線端接電阻器。

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

通過將各個設備按組分配給不同的總線網段，可以實現設備級柔性模塊化冗余。

帶冗余耦合器的線型結構

在單個或冗余 PROFIBUS DP 上可作為 PA 路由器運行的 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,可以用于帶有源現場分離器 (AFS) 的線型結構，也可用于環型結構。

對于線型架構，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前的運行。

這些 PA 設備通過 AFD 或 AFDiSD 有源現場分配器集成到總線型結構的總線段中。現場分配器數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 執行擴展現場總線診斷功能）。

帶耦合器和介質冗余的環型結構

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

通過 AFD 或 AFDiSD 有源現場分配器，可將 PA 現場設備集成到環網網段中，現場分配器的數量限制與采用總線型結構時相同（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 執行擴展現場總線診斷功能）。這些現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 設備。

在設備級上，可通過將不同現場分配器上的各個設備進行分組來實現靈活的模塊化冗余。

環型結構的特殊優點：

• 高可用性
• 可對主機系統的智能型 DP/PA 耦合器 FDC 157?0 進行透明冗余管理
• 通過用于在 FDC 157 0 DP/PA 耦合器以及 AFD 和 AFDiSD 有源現場分配器中進行自動總線端接的有源總線端接器，可以：
  • 在發生短路或開路時，對故障子網段進行自動、平穩的隔離
  • 在運行階段改變環網組態和儀表配備，包括添加和減少環網網段
• 以較低的設備和布線成本實現安全相關應用和容錯應用

總線網段和分支線路的電纜長度

PROFIBUS PA 基于電氣傳輸部件。現場設備的數字量數據傳輸和電源供電均采用了雙線屏蔽電纜。

借助線型、樹型和環型拓撲，可組態最長約 1.9 km 的總線網段。若采用 AFD 有源現場分配器，則在計算總線網段的總長度時，還必須考慮用于連接設備的分支總線的長度以及電纜的規格要求。AFDiSD 上的分支線路與總線網段的總長度無關。

對于帶有有源現場分配器的總線段，分支總線可具有以下最大長度：

• 最長 120 m（符合標準 IEC 61158?2 標準）
• 最長 120 m（符合標準 IEC 60079-27 (FISCO) 標準）

如果使用了有源現場分配器 AFD，則必須根據總線網段的分支線路數量，適當減小這些最大值（有關詳細信息，請參見“技術數據”一節）。對于有源現場分配器 AFDiSD 而言，由于集成了中繼器功能，因此無需減小這些值。

SIMATIC 現場總線計算器提供計算和設計現場總線網段方面的幫助：
https://support.industry.siemens.com/cs/ww/en/view/53842953

對于危險區域中的本質安全 PA 設備，建議最好通過有源現場分配器 AFDiSD 集成進總線網段。對于 Ex zone 1/21 中的 PA 設備，也可以通過 PA 路由器上的總線網段連接至 DP/PA 耦合器 Ex[i]。在此類組態中，單個分支線路的最大長度縮短至 30 m，單個總線網段的最大長度縮短至 1 km。

總線網段自動進行端接（在帶有有源現場分配器 AFD/AFDiSD 的體系結構中），或通過 PROFIBUS PA 的無源端接部件（SpliTConnect 端接器）進行端接。