Соединение по PROFIBUS-PA Siemens

Обзор

Прямые коммуникации устройств полевого уровня, особенно в зонах повышенной опасности, наряду с передачей информационного контента, являются важной составляющей сетевых коммуникаций. PROFIBUS-PA - это сеть отвечающая таким требованиям и  ориентированная на передачу данных и обеспечения питания по двухпроводной линиии с использованием технологии Манчестерского кодирования (Manchester Coded; Bus Powered).  Оптимально подходит для интеграции таких устройств как пневматических регуляторов, электромагнитных клапанов и датчиков, располагаемых в зонах Ex zone 1 или 0 систем оперативного управления.

Типовое время ответа в пределах 10 мс означает, что короткое время цикла может быть достигнуто даже в сетях PROFIBUS-PA сегментной конфигурации с числом устойств до 31.  Таким образом могут быть реализованы практически все типовые приложения в области автоматизации промышленных процессов на большие и малые расстояния. Двусторонние коммуникации и обширный контент обеспечивают расширенную диагностику и быстрое обнаружение и исключение ошибок. Нормированные коммуникационные службы гарантируют организацию надежного обмена данными между системами автоматизации и интеллектуальными приборами полевого уровня различных производителей.

Профиль PROFIsafe обеспечивает безопасные коммуникации в сетях PROFIBUS PA. Отпадает необходимость в конфигурировании отдельной шины для систем автоматики безопасности. PROFIBUS PA с профилем PROFIsafe встроена в системы "Safety Integrated for Process Automation". Siemens предлагает большой спектр устройств и приложений для интегрированных систем как привлекательную стоимостную альтернативу отдельностоящим системам автоматики безопасности.

Есть возможность раздельно определять степень резервируемости для контроллеров, шин и периферии Вашей системы в зависимости от поставленных задач и уровня требуемой безопасности (Flexible Modular Redundancy, FMR). Обзор резервированных архитектур представлен в разделе "Дизайн".

PROFIBUS PA базируется на электрических каналах связи, выполненные экранированными витыми парами, используемых для подачи питания и передачи данных. Допускается применение магистральных, древовидных и звездообразных топологий протяженностью до 1.9 км для использования в зонах до Ex zone 2. Сегменты располагаемые в зонах 1 ограничены 30 м на отдельное ответвление и до 1 км на сегмент. На практике длина линий зависит от количества подключаемых устройств и их общего потребления тока. На концах каждого сегмента PROFIBUS PA устанавливаются пассивные терминальные элементы (SplitConnect Terminator) или, в случаях кольцевой топологии,  используются устройства AFD (active field distributors) .

DP/PA Link используется в качестве шлюза PROFIBUS PA к  PROFIBUS DP. При использовании DP/PA Link, скорость передачи на PROFIBUS DP не зависит от скорости подключенных PROFIBUS PA сегментов. Конфигурация DP/PA Link зависит от типа подключаемой зоны (Ex zone) или резервированной архитектуры. Типы соединителей, используемых для построения конфигураций, описаны в секциях "Шлюзы‑ DP/PA link и DP/PA соединители". С небольшими требованиями к времени передачи и количеству передаваемых данных DP/PA соединитель может использоваться в качестве шлюза на нерезервированных сетях.

Дизайн

Пример конфигурации на PROFIBUS PA с использованием DP/PA link в качестве маршрутизатора

Типовая версия конфигурации PROFIBUS PA представлена на рисунке. В этом примере DP/PA links используются в каждом случае в качестве DP/PA маршрутизаторов. До 5 DP/PA соединителей могут управляться DP/PA link. Смешанные конфигурации (напр. магистраль и кольцо на один  link) также допускаются. DP/PA маршрутизатор может быть реализован и с помощью DP/PA соединителя. В этом случае PROFIBUS DP подсоединяется напрямую без дополнительного интерфейсного модуля.

Линейная архитектура с нерезервированным соединителем

Каждая линия PROFIBUS PA подключается к блоку DP/PA Link через свой модуль связи DP/PA Coupler. В зависимости от условий размещения приборов полевого уровня для этой цели могут использоваться модули FDC 157-0 (до Ex-зон 2) или DP/PA Coupler Ex [i] (до Ex-зон 1).DP/PA маршрутизатор может подключаться к обычной или резервированной PROFIBUS DP.

Линейная архитектура с резервированным соединителем

Для построения такой системы связи сегмент сети PROFIBUS PA подключается к двум модулям FDC 157-0 через активный полевой разделитель AFS. При этом модули FDC 157-0 могут устанавливаться в блок связи DP/PA Link с одним или двумя резервированными интерфейсными модулями IM 157. Разделитель AFS выполняет функции своеобразного коммутатора и обеспечивает автоматическое подключение линии PROFIBUS PA к активному модулю FDC 157-0 из данной резервированной пары. Гибкое модульное резервирование обепечивается группировкой устройств в различные PROFIBUS PA сегменты. Только одна PROFIBUS PA линия может подключаться через разделитель к одному DP/PA Link.  PROFIBUS PA кольцо не может быть реализовано на этих средствах.

Кольцевая архитектура

Кольцевая топология сети PROFIBUS PA строится на основе модулей FDC 157-0 и активных полевых распределителей AFD. В составе каждого кольца PROFIBUS PA может использоваться до 8 последовательно включенных модулей AFD. Каждый модуль AFD оснащен двумя портами для включения в кольцевую структуру сети PROFIBUS PA. Эти порты имеют встроенные автоматические терминальные устройства. Еще четыре порта ответвлений модуля AFD с защитой от коротких замыканий служат для подключения одного или нескольких приборов полевого уровня..

Следующие ограничения должны соблюдаться для PROFIBUS PA кольца в части подключения на него устройств PROFIBUS PA :

• Количество приборов полевого уровня – не более 31йств
• Ток, потребляемый всеми приборами полевого уровня, - не более 1 А

Основные преимущества кольцевой топологии:

• Высокая надежность
• “Прозрачное” для системы верхнего уровня управление резервированием блоков FDC 157-0
• Наличие активных терминальных устройств, встроенных в FDC 157-0 и AFD, позволяющих:
  • выполнять автоматическую безударную изоляцию поврежденного сегмента сети в случае короткого замыкания или обрыва кабеля;
  • вносить изменения в кольцевую конфигурацию и состав аппаратуры во время работы сети, включая добавление
    новых сегментов кольцевой сети или удаление таких сегментов
• Снижение затрат на аппаратуру и кабельную продукцию в резервированных системах распределенного ввода-вывода резервированных систем автоматизации

Особенности

Преимущества распределенной системы автоматизации использующей сеть PROFIBUS PA являются: меньшее количество оборудования, эффективное проектирование, высокая ндежность функционирования ситемы, легкость обслуживания.

Эти преимущества подчеркиваются следующими показателями:

• Однородная модульная система связи от полевого уровня до уровня управления, поддерживающая новые конструктивные решения и новую концепцию оперативного управления предприятием.
• Подключение к полевой шине оборудования, установленного в Ex-зонах
• Гибкий подход к резервированию Flexible Modular Redundancy (FMR) ниная с CPU и заканчивая полевыми устройствами вплоть до Ex zone 2 (кольцевая и шинная топология)
• Подключение оборудования, установленного в Ex-зонах, без применения дополнительной аппаратуры (искробезопасных барьеров и дополнительных блоков питания).
• Уменьшение затрат на проектирование за счет централизованного конфигурирования всех приборов полевого уровня из среды SIMATIC PDM (PROFIBUS-PA, HART, приборов других производителей).
• Объединение всех сетевых компонентов 2-жильным кабелем, используемым для подключения цепей питания и передачи данных.
• Существенное снижение затрат на ввод в эксплуатацию, простая проверка работоспособности оборудования.
• Снижение эксплуатационных затрат вследствие упрощения структуры кабельных соединений и использования обширного набора диагностических функций.

Технические данные