PROFIBUS中PA协议版详细介绍及应用

2007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen1本章内容1.PROFIBUS-PA概述2.PA的通信协议3.PA的系统结构4.PROFIBUS-PA的行规5.DP-V1报文详解6.PROFIBUS-PA的现场安装7.现场总线本质安全概念（FISCO）8.FDT/DTM技术及其应用9.PROFIBUS-PA简单系统应用举例●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen26.2PA的通信协议1.PROFIBUS的通信协议模型让我们再回顾一下PROFIBUS的通信协议模型●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen36.2PA的通信协议2.IEC61158-2的技术特点基于IEC61158-2的同步传送技术的特点主要有：数据传送其方式为数字式、位同步、电压模式，固定的波特率31.25kbit/s，曼彻斯特编码。数据可靠性采用前同步信号和起、止界定符来避免差错。（interface)电缆使用双绞线屏蔽电缆（视使用场合而定）。爆炸场合的保护本征安全（EExia/ib），远程供电通过信号电缆实现。连接网络可以是线型、树型、星型或混合型。站点数量总的站点数量可达126个，每段可达32个，具体数量要根据系统总的电流损耗量而定。电缆长度最长可达1900m，在危险区域最长可达1000m。中继器最多可扩展至4台，使用中继器可使电缆距离延伸到10km。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen46.2PA的通信协议3.DP-V1通信协议的特点DP-V1通信协议的特点主要有：总线存取主站之间采用托肯传递方式，主站和从站之间采用轮询方式。通信实现功能系统安全保证●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen56.2PA的通信协议4.DP-V1的组成它是DP-V0的扩展版本。DP-V1包括循环数据交换和专为过程控制而设计的非循环数据交换，非循环数据主要指过程参数的上下限和报警范围，以及制造商的一些特殊数据。典型的DP-V1的总线循环周期如下图所示●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen66.2PA的通信协议4.DP-V1的组成在非循环数据交换中，1类主站和从站之间的通信称为MS1通信；2类主站和从站之间的通信称为MS2通讯。所以DP-V1的通信由循环通信MS0和非循环通信MS1、MS2组成。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen76.4PA的行规1.概述行规及行规的作用独立于任何制造商互换性和互操作性定义了具体的一类设备的性能、参数规范等●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen86.4PA的行规1.概述PA设备行规包括通用要求和设备数据单两个文本通用要求部分包括所有设备类型的现行有效的技术规范；设备数据单包括一些特殊设备类别的已认可的技术规范。现在的PA行规版本为3，它包含以下的设备数据单压力和差压液位、温度和流量模拟量和数字量的输入和输出阀门和执行机构分析仪器●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen96.4PA的行规2.PA装置中的块模型在过程控制设计中，人们常用块来描述某个控制点上的一个测量点或多个测量点的特性和功能，并且通过这些类型的块的组合来表达一个自动化应用。这些块的使用保证了设备的互换性和开放性。块的类型物理块（PhysicalBlock，PB变送块（TransducerBlock，TB功能块（FunctionBlock，FB设备管理器（DeviceManager一个设备可以是单通道的，也可能是多通道的，所以它有可能包含多个TB和FB。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen106.4PA的行规2.PA装置中的块模型设备管理器：PA设备中还包含一个设备管理器，它用来描述设备的结构和组织；另外它还包含着数据字典或数据一览表。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen116.4PA的行规3.PA行规中的信号链设备中过程控制变量的处理过程如图所示信号链的划分分两个子过程“测量/执行”（校准、线性化、定标换算）的功能在变送块中；“预处理测量值/后处理设置”（筛选、限定值控制、故障安全行为、运行模式选择）的功能在功能块中。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen126.4PA的行规4.PA设备中的数据PA中的数据分循环数据和非循环数据循环数据的交换使用MS0通信；非循环数据的交换使用MS1（DPM1和从站之间）或MS2（DPM2和从站之间）通信。非循环数据的地址安排采用槽号（slot）和索引（index）相结合的方法编排。设备管理器用来管理这些数据的编排，它包含了所有数据编址的信息。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen136.4PA的行规4.PA设备中的数据使用槽号和索引号来编址●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen146.4PA的行规4.PA设备中的数据使用槽号和索引号来编址非常复杂，但我们不必担心，使用PA设备的参数时，我们不和这些slot和index打交道，使用工具软件就行了。下面是使用ComuWin的一个画面。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen156.4PA的行规5.PA的数据表示大部分参数用32位浮点数表示再加上一个字节的“状态信息”，来表示参数值的质量。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen166.5DP-V1报文详解1.参数设置报文概述和DP-V0相比，DP-V1参数设置报文的DU单元多了3个字节，其他都一样。具体结构和含义如下：DU的具体结构●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen176.5DP-V1报文详解1.参数设置报文DU的具体结构前7个字节同DP-V0。第11字节以后的参数暂时未用。第8字节位2：时基选择位，该位的设置可以使时基最小到1ms，而对DP-V0来说时基总是10ms。位7：该位是最重要的标志位，当它设置为1后，就可建立起MS1通讯通道。如果在GSD文件中没有定义非周期性数据通讯通道的话，从站会拒绝这样的参数设置。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen186.5DP-V1报文详解1.参数设置报文DU的具体结构第9字节位0：•该位设置为1时•该位设置为0时其他报警位：（这些位设置为1时有效）●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen196.5DP-V1报文详解1.参数设置报文DU的具体结构第10字节位0~位2：该3位用来定义在一个从站中总共有多少报警信息可以同时被主站处理。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen206.5DP-V1报文详解2.组态报文该报文和上一章的组态报文一样，但DP-V1中的组态报文中的DU部分肯定是属于特殊模块组态那一类的。它的不同体现在制造商特殊数据部分。在DP-V1中，因为涉及到过程控制中模拟量的处理，所以制造商特殊数据字节用来进一步说明该模块输入、输出或输入/输出的性质，该字节中数值不同代表的I/O性质不同。要注意，若为输入/输出时，其次序是先输出，后输入，请参考上一章该部分讲解。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen216.5DP-V1报文详解2.组态报文I/O性质入下表所列●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen226.5DP-V1报文详解3.诊断报文回顾DP-V1和DP-V0的主站诊断请求报文是相同的。在DP-V0从站诊断响应报文中已经定义了基本诊断信息字节（必选）和扩展诊断信息字节（可选），其中的扩展诊断信息包括3部分内容：装置相关的诊断信息；模块相关的诊断信息；通道相关的诊断信息。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen236.5DP-V1报文详解3.诊断报文回顾在这里我们再回忆一下DP-V0的从站响应报文结构：●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen246.5DP-V1报文详解3.诊断报文DP-V1响应报文中的DU结构在DP-V1中使用报警和状态信息块替代了DP-V0中的装置诊断信息块，所以在DP-V1中就没有装置信息块了。除此之外，DP-V1诊断响应报文的其他部分和DP-V0相同。DP-V1的DU单元结构如下：DP-V1的报警/状态信息块有两部分内容报警信息状态信息工作原理●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen256.5DP-V1报文详解3.诊断报文报警诊断信息工作原理DP-V1中报警诊断信息报文的具体结构和含义如下：第7字节（紧接着前6个DU必选字节）：诊断数据块长度最小值为4，是指除了头字节外，还有接下来的必选的3个字节。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen266.5DP-V1报文详解3.诊断报文报警诊断信息DP-V1中报警诊断信息报文的具体结构和含义如下：第8字节：它的位6用来区分是报警诊断信息还是状态诊断信息的。当位7为0时，指明的是报警诊断信息，这时位0~位6用来指定报警信息类型：0：保留；1：诊断报警；2：过程报警；3：拔出模块报警；4：插入模块报警；5：状态报警；6：更新参数报警；7~31：保留；32~126：制造商特殊报警信息；126：保留。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0现场总线技术及应用教程CopyrightbyWangYanfen276.5DP-V1报文详解3.诊断报文报警诊断信息DP-V1中报警诊断信息报文的具体结构和含义如下：第9字节：用来指明发生故障的从站设备的槽号。范围：0~254。第10字节：用来指定报警的详细特点。如果位2为1，则表示从站通知主站这个报警需要一个另外的报警确认服务，该服务通过MS1来完成，见MS1中的讲解。第11字节以后：为用户数据字节。●PROFIBUS-PA及DP-V12007.2V2.0