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现场总线控制系统(FCS)系列:Siemens ProfiBus_(6).ProfibusPA协议详解.docx

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ProfibusPA协议详解

1.ProfibusPA概述

ProfibusPA(ProcessAutomation)是Profibus系列协议中的一个分支,专为过程自动化领域设计。它主要应用于危险环境中的测量和控制系统,例如化工、制药、水处理和纸浆及造纸工业。ProfibusPA协议基于Profibus-DP(DecentralizedPeriphery)协议,通过特殊的物理层和协议层扩展,使其能够满足过程自动化中对本质安全和防爆的要求。

1.1ProfibusPA的应用场景

在纸浆和造纸工业中,ProfibusPA广泛应用于各种传感器和执行器的通信,如温度传感器、压力传感器、流量计、阀门控制器等。这些设备通常安装在危险区域,例如含有易燃易爆气体的地方,因此需要具备本质安全和防爆特性。

1.2ProfibusPA的物理层

ProfibusPA使用IEC61158-2标准的物理层,支持两线制(2-wire)和四线制(4-wire)通信。两线制通信支持本质安全应用,而四线制通信则提供更高的传输速率和更好的信号质量。ProfibusPA的传输介质通常为屏蔽双绞线,也可以使用光纤。

1.3ProfibusPA的协议层

ProfibusPA的协议层基于Profibus-DP,但增加了额外的特性以支持过程控制设备。它支持设备描述(DeviceDescription,DD)文件,这些文件描述了设备的功能和通信参数,方便集成到控制系统中。ProfibusPA还支持GSD(GeneralStationDescription)文件,用于描述设备的硬件和软件特性。

2.ProfibusPA的通信机制

2.1通信模型

ProfibusPA的通信模型基于主从结构。主站通常是一台PLC或DCS,负责管理和调度网络中的通信。从站是各种现场设备,如传感器和执行器,它们响应主站的请求并发送数据。ProfibusPA支持单主多从和多主多从的通信模式,但实际应用中多为主从结构。

2.2通信帧结构

ProfibusPA的通信帧结构与Profibus-DP类似,但增加了用于过程控制的特定字段。一个典型的ProfibusPA帧包括以下部分:

帧头(FrameHeader):包含帧的类型、长度和控制信息。

地址字段(AddressField):标识主站和从站的地址。

数据字段(DataField):包含实际的通信数据。

帧尾(FrameTrailer):包含校验和和其他结束信息。

2.3通信参数

ProfibusPA的通信参数包括波特率、传输延迟、帧间隔等。这些参数需要根据具体的应用场景进行配置,以确保网络的稳定性和可靠性。常见的波特率有1200、9600、19200、38400、50000、100000、500000和1500000波特。

3.ProfibusPA的设备描述

3.1设备描述文件(DD文件)

设备描述文件(DeviceDescription,DD)是ProfibusPA中一个重要的组成部分,它描述了设备的功能和通信参数。DD文件通常由设备制造商提供,用于在工程工具中配置设备。DD文件的内容包括设备的输入输出点、诊断信息、参数设置等。

3.2GSD文件

GSD(GeneralStationDescription)文件是另一种设备描述文件,用于描述设备的硬件和软件特性。GSD文件通常包含以下内容:

设备标识:设备的名称和型号。

输入输出点:设备的输入输出点数量和类型。

通信参数:支持的波特率、传输延迟等。

诊断信息:设备的故障诊断功能和信息。

3.3DD文件和GSD文件的应用

在纸浆和造纸工业中,使用DD文件和GSD文件可以方便地将各种现场设备集成到控制系统中。例如,温度传感器的DD文件可以描述其测量范围、精度、通信地址等参数,PLC或DCS通过读取这些文件,可以自动配置传感器并进行数据采集和处理。

4.ProfibusPA的配置和调试

4.1网络配置

ProfibusPA网络的配置通常使用工程工具完成,如Siemens的Step7或ProTool。配置步骤包括:

添加设备:在工程工具中添加ProfibusPA设备,包括主站和从站。

设置通信参数:配置波特率、传输延迟等通信参数。

分配地址:为主站和从站分配通信地址。

配置输入输出点:设置设备的输入输出点,确保数据正确传输。

4.2调试工具

ProfibusPA的调试工具包括硬件调试工具和软件调试工具。硬件调试工具通常用于检查物理连接和信号质量,而软件调试工具用于监控网络通信和诊断设备故障。

硬件调试工具:如ProfibusPANetworkAnalyzer,可以检测网络中的物理层问题。

软件调试工具:

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