技術(shù)貼 | PROFIBUS PA網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)則注意事項(xiàng)——鼎實(shí)科技

PROFIBUS PA主要用于過(guò)程自動(dòng)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(jì)過(guò)程中，需注意以下幾方面規(guī)則。

⑴、PA網(wǎng)絡(luò)總負(fù)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(jì)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(guò)PA鏈路器所能提供的最大電流值，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，留有一定余量。

電流計(jì)算公式為：

公式中Id指的是單個(gè)設(shè)備（device）的電流值，n表示設(shè)備個(gè)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。

例如：鼎實(shí)的DPPA鏈路器PA口通過(guò)鼎實(shí)PA分線器引出3個(gè)分支，分別連接3個(gè)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(gè)PA從站消耗電流I2~I4=20mA，結(jié)果符合設(shè)計(jì)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(jì)中，應(yīng)保證距離鏈路器最遠(yuǎn)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(gè)因素成正比：

①、所用電纜回路電阻

②、電纜長(zhǎng)度

③、經(jīng)過(guò)電纜的電流值

用戶需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鏈路器的輸出電壓、電纜的回路電阻、線纜的長(zhǎng)度、各個(gè)分支（PA從站、網(wǎng)絡(luò)部件等）的電流值等信息，計(jì)算出PA從站的輸入電壓，保證最遠(yuǎn)端的PA設(shè)備供電不能設(shè)備的允許工作電壓（9V）。

最遠(yuǎn)端PA設(shè)備輸入電壓計(jì)算公式：

公式中Ud指的是最遠(yuǎn)端設(shè)備的輸入電壓，n表示設(shè)備個(gè)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(lèi)電纜為44Ω/Km），Ln表示設(shè)備所在主干節(jié)點(diǎn)距離PA鏈路器的長(zhǎng)度。

下面舉例進(jìn)行說(shuō)明。

某PA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：鏈路器輸出電壓28V，現(xiàn)場(chǎng)使用的A類(lèi)電纜（回路阻抗44Ω/Km），主干距離分線器1000米，分線器連接５個(gè)PA分支，分線器到最遠(yuǎn)端設(shè)備200米。分線器功耗12ｍＡ，分線器每個(gè)分支所連的設(shè)備消耗電流20mA，最遠(yuǎn)端儀表消耗20mA電流。如下圖1-2所示

在計(jì)算設(shè)備供電電壓時(shí)，上圖1-2的系統(tǒng)可等效成如下1-3所示的電路。

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(gè)，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(yuǎn)端儀表消耗的電流值20mA，L1~L6為分線器所在主干節(jié)點(diǎn)距離PA鏈路器的長(zhǎng)度1000米，L7為最遠(yuǎn)端PA設(shè)備所在主干節(jié)點(diǎn)距離PA鏈路器的長(zhǎng)度1200米（1000+200米），Rc回路阻抗44Ω/Km。

將上述變量點(diǎn)入公式

通過(guò)以上計(jì)算，得出最遠(yuǎn)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(zhǎng)度不能超過(guò)規(guī)定值

在非本安系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)在使用標(biāo)準(zhǔn)的A類(lèi)電纜條件下，總長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)1900米。其中包括主干長(zhǎng)度加上所有的分支長(zhǎng)度總和。關(guān)于A類(lèi)電纜的技術(shù)指標(biāo)，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(zhǎng)度規(guī)則

分支數(shù)量與長(zhǎng)度呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，即分支越多，單個(gè)分支的最大長(zhǎng)度越短。下表1-2列出了分支數(shù)量與最大分支長(zhǎng)度的關(guān)系。

*)符合FISCO的預(yù)備值(短截線<1 m?可以認(rèn)為是接頭)

注意：現(xiàn)場(chǎng)使用分線器的情況下，分支長(zhǎng)度為分線器到主干的長(zhǎng)度加上設(shè)備到分線器的長(zhǎng)度。舉例：某PA網(wǎng)絡(luò)有16個(gè)分支，按標(biāo)準(zhǔn)，最長(zhǎng)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(zhǎng)度不能超過(guò)50米。

⑸、PA網(wǎng)絡(luò)終端安裝規(guī)則

PROFIBUS PA網(wǎng)絡(luò)終端由１個(gè)100Ω電阻串聯(lián)一個(gè)1μF電容構(gòu)成。其中，電容起到耦合PA網(wǎng)絡(luò)信號(hào)和濾波的作用，電阻起到穩(wěn)定信號(hào)電壓和減少反射波的作用。一個(gè)PA網(wǎng)絡(luò)需要在總線的兩側(cè)各安裝一個(gè)終端。終端的規(guī)格和安裝位置，對(duì)PA信號(hào)傳輸起著非常關(guān)鍵的作用。

通過(guò)鼎實(shí)PA設(shè)備可以組建線型、樹(shù)型或混合型拓?fù)?。針?duì)這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，終端的安裝投入大致有以下幾種情況：

線型拓?fù)洌?/strong>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?fù)涞慕K端安裝

樹(shù)形拓?fù)?/strong>：鏈路器和分線器的終端撥到on。

圖1-7、樹(shù)型拓?fù)涞慕K端安裝

混合型拓?fù)?/strong>：系統(tǒng)如如果既有線性又有樹(shù)型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱為混合型拓?fù)?。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(chǎng)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?fù)?分線器位于終端

②、PA儀表位于終端位置

圖1-9、混合型拓?fù)?儀表位于終端

⑹、現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)接地，即現(xiàn)場(chǎng)所有的PA節(jié)點(diǎn)（包括網(wǎng)絡(luò)部件）屏蔽層的都應(yīng)接到一個(gè)等電位上。

圖1-10、理想的接地方式

有些用戶由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的特殊性（如距離遠(yuǎn)、跨建筑物等），不能做到多點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)的EMC測(cè)試，都假定在電纜屏蔽與接近被測(cè)設(shè)備（如，現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試環(huán)境相比EMC水平可能會(huì)降低。

本文到此結(jié)束，感謝電子發(fā)燒友提供平臺(tái)，歡迎各位工控同行與北京鼎實(shí)科技相互交流、相互探討。

審核編輯黃宇