PROFIBUS PA主要用于過程自動化,其物理層使用了曼徹斯特編碼和總線供電技術(shù),通信協(xié)議支持PROFIBUS DP-V1版本和應(yīng)用行規(guī)“PA設(shè)備行規(guī)”。即PROFIBUS PA與PROFIBUS DP在應(yīng)用層上采用相同的協(xié)議,差別在于不同的物理層。用戶在PROFIBUS PA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程中,需注意以下幾方面規(guī)則。
PROFIBUS PA
⑴、PA網(wǎng)絡(luò)總負載電流應(yīng)小于PA鏈路器的最大輸出值
用戶首先應(yīng)統(tǒng)計連接到PA鏈路器的所有設(shè)備(device)的電流值,包括PA從站、網(wǎng)絡(luò)部件(如分線器)、診斷工具等,注意關(guān)注設(shè)備的故障電流。應(yīng)確保這些設(shè)備的消耗電流的綜合不超過PA鏈路器所能提供的最大電流值,同時根據(jù)現(xiàn)場要求,留有一定余量。
電流計算公式為:
電流計算公式公式中Id指的是單個設(shè)備(device)的電流值,n表示設(shè)備個數(shù)(包括PA從站、分線器及其它消耗電流的設(shè)備),Imax表示PA鏈路器輸出最大電流值。
圖1-1、電流計算示意圖例如:鼎實的DPPA鏈路器PA口通過鼎實PA分線器引出3個分支,分別連接3個PA從站,如上圖1-1所示。DPPA鏈路器輸出最大電流Imax=500mA,分線器消耗電流I1=12mA,假設(shè)三個PA從站消耗電流I2~I4=20mA,結(jié)果符合設(shè)計要求
⑵、PA設(shè)備工作電壓值不能低于設(shè)備允許值
用戶在PA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中,應(yīng)保證距離鏈路器最遠端的PA設(shè)備供電電壓應(yīng)不低于設(shè)備的允許工作電壓(按照PA規(guī)范,不低于9V)。PA耦合器輸出電壓到PA設(shè)備后降低主要因素是傳輸線路的分壓。線路分壓大小與以下幾個因素成正比:
①、所用電纜回路電阻
②、電纜長度
③、經(jīng)過電纜的電流值
用戶需根據(jù)現(xiàn)場鏈路器的輸出電壓、電纜的回路電阻、線纜的長度、各個分支(PA從站、網(wǎng)絡(luò)部件等)的電流值等信息,計算出PA從站的輸入電壓,保證最遠端的PA設(shè)備供電不能設(shè)備的允許工作電壓(9V)。
最遠端PA設(shè)備輸入電壓計算公式:
最遠端PA設(shè)備輸入電壓計算公式公式中Ud指的是最遠端設(shè)備的輸入電壓,n表示設(shè)備個數(shù)(包括PA從站、分線器及其它消耗電流的設(shè)備),Id表示該設(shè)備所消耗的電流值,Rc表示設(shè)備所用PA電纜的回路電阻(常用的A類電纜為44Ω/Km),Ln表示設(shè)備所在主干節(jié)點距離PA鏈路器的長度。
下面舉例進行說明。
某PA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng):鏈路器輸出電壓28V,現(xiàn)場使用的A類電纜(回路阻抗44Ω/Km),主干距離分線器1000米,分線器連接5個PA分支,分線器到最遠端設(shè)備200米。分線器功耗12mA,分線器每個分支所連的設(shè)備消耗電流20mA,最遠端儀表消耗20mA電流。如下圖1-2所示
圖1-2、某PA系統(tǒng)示意圖在計算設(shè)備供電電壓時,上圖1-2的系統(tǒng)可等效成如下1-3所示的電路。
圖1-3、上圖中的等效電路圖上圖1-3中:
Uo=28V(鏈路器輸出電壓值),PA網(wǎng)絡(luò)中消耗電流的設(shè)備一共有7個,I1為分線器消耗電流值12mA,I2~I6為PA儀表消耗電流值20mA,I7為最遠端儀表消耗的電流值20mA,L1~L6為分線器所在主干節(jié)點距離PA鏈路器的長度1000米,L7為最遠端PA設(shè)備所在主干節(jié)點距離PA鏈路器的長度1200米(1000+200米),Rc回路阻抗44Ω/Km。
將上述變量點入公式
通過以上計算,得出最遠端設(shè)備供電電壓大約22V,符合設(shè)備供電要求。
⑶、PA電纜總長度不能超過規(guī)定值
在非本安系統(tǒng)中,現(xiàn)場在使用標準的A類電纜條件下,總長度不應(yīng)超過1900米。其中包括主干長度加上所有的分支長度總和。關(guān)于A類電纜的技術(shù)指標,可以查看PROFIBUS PA安裝規(guī)范中的要求。
⑷、PA網(wǎng)絡(luò)分支數(shù)量及長度規(guī)則
分支數(shù)量與長度呈負相關(guān)的關(guān)系,即分支越多,單個分支的最大長度越短。下表1-2列出了分支數(shù)量與最大分支長度的關(guān)系。
*)符合FISCO的預(yù)備值(短截線<1 m?可以認為是接頭)
注意:現(xiàn)場使用分線器的情況下,分支長度為分線器到主干的長度加上設(shè)備到分線器的長度。舉例:某PA網(wǎng)絡(luò)有16個分支,按標準,最長分支為60米,如果分線器到主干線路距離為10米,則設(shè)備到分線器之間的最大長度不能超過50米。
圖1-4、分支長度舉例⑸、PA網(wǎng)絡(luò)終端安裝規(guī)則
PROFIBUS PA網(wǎng)絡(luò)終端由1個100Ω電阻串聯(lián)一個1μF電容構(gòu)成。其中,電容起到耦合PA網(wǎng)絡(luò)信號和濾波的作用,電阻起到穩(wěn)定信號電壓和減少反射波的作用。一個PA網(wǎng)絡(luò)需要在總線的兩側(cè)各安裝一個終端。終端的規(guī)格和安裝位置,對PA信號傳輸起著非常關(guān)鍵的作用。
圖1-5、PA網(wǎng)絡(luò)終端規(guī)格通過鼎實PA設(shè)備可以組建線型、樹型或混合型拓撲。針對這些拓撲結(jié)構(gòu),終端的安裝投入大致有以下幾種情況:
線型拓撲:鏈路器的終端撥到on,總線的末端需額外配置終端模塊。
圖1-6、線型拓撲的終端安裝
樹形拓撲:鏈路器和分線器的終端撥到on。
圖1-7、樹型拓撲的終端安裝
混合型拓撲:系統(tǒng)如如果既有線性又有樹型的拓撲結(jié)構(gòu)稱為混合型拓撲。終端需要安裝在總線的末端,如果末端是分線器則安裝在分線器上,如果是儀表則安裝在儀表旁邊,現(xiàn)場可能有以下幾種情況。
①、分線器位于終端位置
圖1-8、混合型拓撲-分線器位于終端②、PA儀表位于終端位置
圖1-9、混合型拓撲-儀表位于終端⑹、現(xiàn)場接地規(guī)則
為保證通信的可靠性和安全性,PROFIBUSPA安裝規(guī)范中要求多點接地,即現(xiàn)場所有的PA節(jié)點(包括網(wǎng)絡(luò)部件)屏蔽層的都應(yīng)接到一個等電位上。
圖1-10、理想的接地方式有些用戶由于現(xiàn)場環(huán)境的特殊性(如距離遠、跨建筑物等),不能做到多點接地,而是采用了單一接地的方案,在這種情況下,應(yīng)該注意,所有符合IEC801標準的EMC測試,都假定在電纜屏蔽與接近被測設(shè)備(如,現(xiàn)場設(shè)備)的大地之間是直接連接的。因此,在單一接地的情況下,與測試環(huán)境相比EMC水平可能會降低。
本文到此結(jié)束,感謝電子發(fā)燒友提供平臺,歡迎各位工控同行與北京鼎實科技相互交流、相互探討。
審核編輯黃宇
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