現場總線PROFIBUS PA的應用

張玉軍+侯慶紅

摘 要 通過實驗建立使用耦合器連接的現場總線PROFIBUS-PA網絡，說明實現西門子PLC與薩姆森閥門進行數據通信的方法。

關鍵詞 現場總線；儀表；PROFIBUS-PA；耦合器；閥門

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）06-0039-02

Abstract Based on the experiment test of the field bus PROFIBUS-PA communication network using a DP/PA coupler， the paper shows a way to establish the communication between the SIEMENS PLC and SAMSON valves.

Key words field bus； instrument； PROFIBUS-PA； coupler； valve

1 引言

PROFIBUS-PA是一種廣泛應用的現場總線，支持這種通信協議的儀表種類也很多，在工程調試中越來越多地遇到儀表類的通信調試問題。本文選取薩姆森公司3730系列閥門作為測試對象，將其通過PROFIBUS-PA總線連接至西門子PLC通信網絡，實現數據的通信。通過本文，介紹一種簡單實用的PROFIBUS-PA總線網絡的設備選型和實際配置與調試的方法。

2 PROFIBUS-PA總線簡介

PROFIBUS是“Process Field Bus（過程現場總線）”的縮寫，于1989年正式成為現場總線的國際標準，目前在多種自動化領域中占據主導地位。它由三個部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。

PROFIBUS-PA適用于過程自動化設計，應用本質安全傳輸技術（曼徹斯特編碼、總線供電），在一跳雙線電纜上傳輸數字量數據和供電。它最適合于將Ex區域1或Ex區域0危險環境中的啟動執行器、電磁閥和傳感器直接集成到過程控制系統中。

在PROFIBUS-PA網絡與PROFIBUS-DP網絡之間可以通過使用DP/PA連接器（DP/PA Link）或DP/PA耦合器（DP/PA Coupler）連接，在選擇這兩種連接方式的時候主要需要考慮的問題包括：配置成本；系統總線的通信速率；設備儀表的總數、分布與總線結構；Ex區域；自動化系統與PROFIBUS PA總線是否冗余。

3 PROFIBUS-PA總線選型與配置

PROFIBUS-PA總線有選擇DP/PA連接器與選擇DP/PA耦合器兩種連接方式，這兩種連接方式有不同的特點，具體可以參照表1。

如表1所示，可以按照不同的設計需求來選擇使用DP/PA連接器或DP/PA耦合器。通常對于通信速率要求較高的、PROFIBUS-PA總線設備較多的，可以選擇采用DP/PA連接器，因為使用DP/PA連接器后，PROFIBUS-DP網絡的通信速率與PROFIBUS-PA網絡無關，且PA設備不會占用PROFIBUS- DP網絡的DP地址；對于通信速率要求較低的、PROFIBUS-PA總線設備較少的，可以選擇采用DP/PA耦合器這種低成本的連接方式。當采用DP/PA耦合器連接方式后，整體的PROFIUBS-DP與PROFIBUS-PA總線全部的通信速率都將被限制為45.45 kbit/s。

4 實驗條件與方法

本文實驗中按照實際的需求，采取的是DP/PA耦合器的通信方式，實驗平臺采用的是西門子S7-300系列PLC，PROFIBUS-PA設備采用的是薩姆森公司的3730系列閥門。

實驗設備的組態與連接 PLC與DP/PA耦合器通過PROFIBUS-DP網絡連接，在PLC的配置組態中，不需要對DP/PA耦合器進行組態，DP/PA耦合器與PA設備通過PA過程電纜與分接頭進行連接，DP/PA耦合器與設備之間不需要DP頭接口，直接將PA過程電纜插入分接頭即可。

由于通過DP/PA耦合器進行設備連接，因此，在PLC系統組態時，需要將PROFIBUS-DP網絡的通信速率手動設置為45.45 kbit/s。

在硬件組態中，還需要對閥門設備進行組態，在組態薩姆森3730系列閥門的時候，需要添加產品的GSD文件。薩姆森產品的GSD文件可以從其官方網站下載，不同設備的GSD文件此處的組態可能略有差別。本文仍以薩姆森3730系列閥門的組態為例，在薩姆森3730系列閥門的組態中，跟PLC組態類似，共有3個槽位可以進行組態，在右邊設備列表中選擇需要的配置，插在對應槽位中即可。本次實驗選擇的是SP+READBACK+POS_D的配置，即通信字的組合順序為SP（設定值）+READBACK（返回值）+POS_D（位置狀態），在I Address/Q Address處即可看到設備的I/O地址，在程序中對此I/O地址做拆分，即可讀取設備上的過程值。

PLC程序讀取與發送過程值 在PLC程序中讀取PROFIBUS-PA總線設備的過程值，需要參考PROFIBUS-PA總線設備的說明手冊，按照手冊中描述的地址拆分規則對在硬件組態中定義的I/O地址進行讀取，經過數據轉化，從而得到所需的過程值。讀取閥門過程值的程序語句如圖1所示。

薩姆森3730系列閥門的通信字有多重組合方式，當選用SP+READBACK+POS_D配置方式時，通信字地址I Address的前4個字節即為閥門的實際位置反饋值；第5個字節為位置返回標志位，分別以0、1、2表示0%開度、0%～100%開度與100%開度這三種狀態。

發送閥門過程值的程序語句如圖2所示。通過發送過程值的語句，將設定值發送給閥門的控制器。薩姆森閥門的控制字可以直接接受浮點型的閥門開度設定值，這一點與很多設備略有區別。需要注意的是，當采用固定值給定輸出時，固定值的輸入格式要遵循西門子雙字類型的格式書寫。

其他種類的設備通信方式基本類似，具體通信字的拆分需要參照設備手冊。

5 結論

本文以西門子S7-300系列PLC與薩姆森公司3730系列閥門作為實驗平臺，通過設備選型、硬件組態與程序編制等方面的實驗，完成PROFIBUS-PA網絡的設備連接與數據通信實驗，總結在PROFIBUS-PA網絡的設備選型與配置中應注意的問題與經驗，達到預期的實驗目的。

參考文獻

[1]劉澤祥.現場總線技術[M].2版.北京：機械工業出版社，2011.