西門子主機CPU319-3 PN/DP

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上海晉營自動化科技有限公司

 
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• 用于增量式編碼器的 4 點輸入（TTL 信號）或可選用于值編碼器的 4 點輸入（SSI 接口）^1）
• 4  點模擬輸出 ±10 V ，用于設定值。
• 4 個繼電器觸點，用于軸 1 至 軸 4 的驅動使能
• 8 點 電子量輸出（4 點針對特定驅動器）
• 10 點針對特定驅動器的電子量輸入^2）
• 板內狀態顯示器，采用 4  個診斷用發光二極管。

• 模塊或數字量輸出需要外部電源（+24 V DC）。

  西門子主機CPU319-3 PN/DP

  ¹⁾ 不能與 SINUMERIK 802D sl 一起使用。

  ²⁾ 只有 9 可與 SINUMERIK 802D sl 一起使用。

  ADI 4 接口模塊可與以下控制系統結合使用：

• SINUMERIK 840D sl³⁾

• 多個 ADI 4 驅動接口模塊可以連接到 SINUMERIK 840D sl，從而可對所有軸實施模擬控制。可實現數字驅動器和 ADI 4 模塊的混合運行；軸可以相互插補。

  編碼器接口： 電 話：（同號）

• 帶差分傳輸的 TTL 增量編碼器
  • 軌跡 A 和反相信號 A
  • 軌跡 B 和反相信號 B
  • 零信號和反相零信號
  • zui高 1.5 MHz 輸出頻率
  • 軌跡 A 到軌跡 B 的相移：90° ± 30°
  • zui大電流消耗 300 mA
• 使用 SSI 信號的值編碼器
  • 真輸出信號和反相輸出信號
  • 移位始終作為真信號和反相信號
  • zui大傳輸頻率 750 kBaud
  • zui大電流消耗 300 mA
    為此，只能使用多圈編碼器
• 帶距離編碼零標記/參考標記的線性編碼器
  • LS 476 C
  • LS 186 C，帶外部脈沖整形電路 EXE
• 可通過外部脈沖整形電路 EXE 連接采用正弦/余弦信號的編碼器。

• ³⁾ 不用于 NCU 720.2 PN/NCU 730.2 PN.

  ⁴⁾ S/R = 信號/轉

  

  Connection overview for ADI 4

   

   

SIMATIC 現場總線計算器

現場設備的直接連接（尤其是在危險區域中）以及通信的信息內容在過程工業中顯得非常重要。PROFIBUS PA 允許數字量數據和電源在采用本安 MBP 傳輸技術（曼徹斯特編碼；總線供電）的一條雙線總線上進行傳輸，它經過定制可滿足這些要求。它于將 Ex 區域 1/21 或 0/20 運行環境中的氣動執行器、電磁閥和傳感器直接集成到過程控制系統中。

變送器的典型響應時間大約為 10 ms ，這說明甚至在一個帶有zui多 31 個設備的網段配置下，也可通過 PROFIBUS PA 取得很短的循環時間。過程工業中的幾乎所有典型應用都可在小型和大型工廠中實現。雙向通信和豐富的信息內容提高了診斷能力，可快速、準確地檢測和消除故障。標準化的通信服務保證了多供應商的現場設備之間的互操作性和替換性，并且可在運行過程中對現場設備設置參數。

使用 PROFIsafe 行規的安全通信

通過 PROFIsafe 行規，可將安全通信無縫集成到 PROFIBUS PA 中。無需為安全相關應用單獨配置安全總線。采用 PROFIsafe 行規的 PROFIBUS PA 已集成到過程自動化 Safety Integrated 安全系統當中。西門子公司為過程自動化中的故障安全、容錯應用而提供的綜合系列產品與服務，為用戶提供了吸引力而又經濟有效的替代方案，用以隔離安全系統。

冗余架構

您可以根據自動化任務和相關安全要求來分別確定工廠控制器、現場總線和 I/O 級的冗余程度，并將它們與現場儀表相匹配（靈活模塊化冗余，FMR）。有關 PROFIBUS PA 的冗余結構的概覽，請參見“設計”下面的內容。

PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的網絡轉換

將 PA Link 用作從 PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的網關。使用 PA Link 時，PROFIBUS DP 上的傳輸速率與從屬 PROFIBUS PA 段無關。PA link 的組態取決于現場總線架構。“PA 路由器”一節中描述的耦合器類型可用于進行組態。在數據量較小（小數量框架）和時間要求較低時，DP/PA 耦合器也可作為一個路由器在獨立模式中運行。

優勢

采用 PROFIBUS PA 行規而實現的分布式現場自動化的優點是硬件成本低、組態經濟有效、運行安全性高并可實現順利維護。以下特點讓這些優點更加突出：

• 從傳感器直至控制層實現模塊化和統一性，可實現新的工廠設計
• 通過在危險區域中采用現場總線來實現本質安全應用
• 通過冗余 PROFIBUS PA 架構（帶有耦合器冗余的環型和總線型拓撲），可實現從自動化系統（控制器）直至 PA 現場設備的靈活模塊化冗余 (FMR)
• 可實現安全相關應用和容錯應用，對設備和布線的要求較低
• 通過對現場設備（PROFIBUS PA和 HART 以及 SIMATIC PDM，跨供應商）進行簡單的集中工程組態降低組態成本
• 將雙線電纜用于供電和數據傳輸，安裝簡便
• 通過簡化的環路檢查降低調試成本
• 布線簡單并具有全面的診斷功能，維修成本低

PROFIBUS PA 架構示例

下面的圖說明了以下設備上含有 DP/PA 耦合器和 PA Link 路由器的 PROFIBUS PA 配置形式：

• PROFIBUS DP 主站，簡單設計（AS 單站）
• PROFIBUS DP 主站，冗余設計（AS 冗余站）

如果 DP/PA 耦合器作為 PA 路由器獨立運行，則直接在耦合器上進行連接，而不是通過接口模塊來連接。

有關 PROFIBUS PA 設備的限制數量，請參見“技術數據”章節。

作為 PROFIBUS DP 主站的 AS 單站上的 PROFIBUS PA

作為 PROFIBUS DP 主站的 AS 冗余站上的 PROFIBUS PA

帶單個耦合器的線型結構

在含有單個耦合器的總線架構中，每個總線段都各與一個 DP/PA 耦合器相連。

如果 PA 路由器是獨立 DP/PA 耦合器，則可以連接 PROFIBUS PA 總線（總線段）。在一個zui多帶有 5 個 DP/PA 耦合器且用作 PA 路由器的 PA Link 上，通過單個耦合器（對于帶環型或耦合器冗余的混合組態，zui多 3 個），zui多可運行 5 個總線段。

PA 路由器可與單一或冗余 PROFIBUS DP 相連，具體取決于型號（見圖）。

FDC 157-0 是 DP/PA 耦合器的首要選擇。在使用此耦合器時，PA 可借助于 AFD 有源現場分配器集成到總線段中，例如，可使用的有源現場分配器為 AFD4、FD4 RAILMOUNT、AFD4 FM 和 AFD8（防爆危險區 2/22 認證）和 AFDiSD（防爆危險區 1/21 認證）。PA 設備通過防短路分支線路連接至這些現場分配器。

也可以在一個總線網段中運行zui多 8 個 AFD 現場分配器、zui多 5 個 AFDiSD 現場分配器或zui多 5 個 AFDiSD 和 AFD 現場分配器的任意組合。不過，在混合使用 AFDiSD/AFD 時，無法在 PROFIBUS PA 中對 AFDiSD 執行擴展診斷功能。從 DP/PA 耦合器離開的總線末端處的zui后一個現場分配器會自動激活其總線端接電阻器。

危險區域中符合 Ex Zone 1/21 或 0/20 要求的本質安全 PA 設備主要通過有源現場分配器 AFDiSD 集成到總線網段。對于防爆危險區 1/21 中的 PA 設備，可通過 DP/PA 耦合器 Ex [i] 上的總線段進行連接（在 PA Link 中或獨立）。這些設備通過 SplitConnect 分接頭（通過分支線路或直接通過 SplitConnect M12 出口）單獨集成到總線網段。總線網段的端接需要使用 SplitConnect 端接器。

總線網段和分支線路的電纜長度

PROFIBUS PA 基于電氣傳輸部件。現場設備的數字量數據傳輸和電源供電均采用了雙線屏蔽電纜。

借助線型、樹型和環型拓撲，可組態zui長約 1.9 km 的總線網段。若采用 AFD 有源現場分配器，則在計算總線網段的總長度時，還必須考慮用于連接設備的分支總線的長度以及電纜的規格要求。AFDiSD 上的分支線路與總線網段的總長度無關。

對于帶有有源現場分配器的總線段，分支總線可具有以下zui大長度：

• zui長 120 m（符合標準 IEC 61158?2 標準）
• zui長 120 m（符合標準 IEC 60079-27 (FISCO) 標準）

如果使用了有源現場分配器 AFD，則必須根據總線網段的分支線路數量，適當減小這些zui大值（有關詳細信息，請參見“技術數據”一節）。對于有源現場分配器 AFDiSD 而言，由于集成了中繼器功能，因此無需減小這些值。

SIMATIC 現場總線計算器提供計算和設計現場總線網段方面的幫助：

對于危險區域中的本質安全 PA 設備，建議通過有源現場分配器 AFDiSD 集成進總線網段。對于 Ex zone 1/21 中的 PA 設備，也可以通過 PA 路由器上的總線網段連接至 DP/PA 耦合器 Ex[i]。在此類組態中，單個分支線路的zui大長度縮短至 30 m，單個總線網段的zui大長度縮短至 1 km。

總線網段自動進行端接（在帶有有源現場分配器 AFD/AFDiSD 的體系結構中），或通過 PROFIBUS PA 的無源端接部件（SpliTConnect 端接器）進行端接。

• SpliT 連接 Tap 使現場總線段能夠根據 IEC 61 158-2 （例如 PROFIBUS-PA）用終端連接點來進行配置。
• SpliT 連接耦合器通過使 SpliT 連接 Taps 串聯連接的方式來構造 PROFIBUS-PA 集線器。
• 通過用 SpliT 連接 終端器來替換接觸螺絲的方法，SpliT 連接 Tap 能被用作總線終接單元。

設計

• 堅固的塑料外殼由 PBT（聚對苯二甲酸丁二醇酯）制成，防護等級 IP67
• 抗紫外線，可在室外使用
• 通過集成式進出外殼實現全面屏蔽
• 使用 FC 過程電纜便于進行電纜連接
• 可使用接觸螺釘、通過 ID 觸點來接觸和連接 FC 過程電纜
• 可使用接觸螺絲對 SpliTConnect 分接頭進行附加接地
• 可進行 DIN 導軌安裝或墻壁安裝

有源現場分配器 AFD4

有源現場分配器 AFD4 RAILMOUNT

有源現場分配器 AFD8

有源現場分配器 AFD

有源現場分配器 (AFD) 可以在 Division 2, Zone 2 或 Zone 22 環境中運行。它具有以下型號：

• AFD4、AFD4 RAILMOUNT 和 AFD4 FM，帶有 4 個分支總線接口，各用于連接 1 個現場設備
• AFD8 帶有 8 個分支總線接口，每個接口用于連接 1 個現場設備

因此，一個 AFD4、AFD4 RAILMOUNT 和 AFD4 FM 可以連接zui多 4 個現場設備，一個 AFD8 可以連接zui多 8 個符合標準的 PROFIBUS PA 現場設備，它們通過防短路分支總線接口連接到具有自動總線端接功能的 PA 現場總線網段（總線型/環型）。

可通過 PA 路由器將此現場總線網段連接到一個單一或冗余 PROFIBUS DP，因此，可將其無縫集成到 SIMATIC PCS 7 過程控制系統中。

每個現場總線網段可運行zui多 8 個有源現場分配器 AFD，總共可連接 31 個現場設備。現場設備的數量受到現場設備電流消耗的限制。對于現場設備，每條分支總線的zui大電流為 60 mA，每個總線段的zui大電流為 1 A。

可在運行期間更換環網網段中的 AFD 而不會使該網段出現故障。

為了達到 IP66 防護等級的要求，必須使用接頭對未使用分支線路接口進行保護。

有源現場分配器 AFD8，敞開式

基于 AFD4，開發出具有不同用途的兩個產品型號 AFD4 RAILMOUNT 和 AFD4 FM：

AFD4 RAILMOUNT 的具體產品特性

AFD4 RAILMOUNT 供貨時不帶壓鑄鋁外殼；它是一種配有靈活安裝選件的 AFD4 有源現場分配器產品型號。它可安裝在 DIN 導軌上，并安裝在所選外殼內，如不銹鋼外殼、壓鑄鋁外殼或塑料外殼。

AFD4 FM 的具體產品特性

通過 cFMus 認證的 AFD4 FM 經過調整，滿足美國和加拿大 AFD4 有源現場分配器的產品型號的特殊要求。AFD4 FM 出廠時帶有螺紋接頭，AFD4 的電纜密封接頭不符合 cFMus 的要求。

必須用經過 UL 或 CSA 認證的電纜頭和電纜來替換用于連接總線和分支總線的螺紋接頭。這種替換必須符合美國國家電氣規范 (NEC) 和加拿大電氣規范 (CEC) 的規定。用戶負責選型和訂購。

適用的電纜頭的可用供應商：

• Cooper Capri SAS
• CMP 產品

由于總線的套管較大（M20 而不是 M16），也可以針對 AFD4 FM 使用帶護套的總線電纜。

安裝 AFD4 FM 時，必須符合美國國家電氣規范 (ANSI/NFPA-70 NEC) 的相關要求。

有源現場分配器 AFDiSD

有源現場分配器 AFDiSD

AFDiSD（帶可選的擴展 PROFIBUS PA 診斷功能的本質安全型有源現場分配器）PROFIBUS PA 現場分配器可在防爆危險區 1/21 和 2/22 環境中運行。它是 AFDiS 的兼容替代產品。

通過其本質安全型防短路分支總線接口，AFDiSD 可在一個 PA 現場總線段（總線型/環型）中集成zui多 6 個本質安全 PA 現場設備。另外，也可以在 AFDiS 的 S1 連接處使用用于 3 到 4 個設備的子網段（zui大長度為 500 m）來代替分支線路。保護類型為 Ex[ia] 的分支線路以及子網段都可以鋪設到區域 0/20 中。

一個現場總線網段zui多可以有 5 個 AFDiSD 有源現場分配器，zui多可連接 31 個現場設備。AFD 和 AFDiSD 的混合運行還必須符合 5 個有源現場分配器的限制（混合運行中的擴展 PA 現場總線診斷功能）。

每個網段中現場設備的數量還取決于所用設備的電流消耗和電纜長度。總線段上的所有現場設備和有源現場分配器都使用 1 A 電流。

由于具有集成的中繼器功能，AFDiSD 與 AFD 相比具有以下優點：

• 分支線路的長度與總線網段中分支線路的總數無關
• 在確定總線網段的總長時，不必考慮分支線路的長度

在 Ex zone 2/22 環境或非危險環境中，可以在運行期間更換環網段中的 AFDiSD 而不會發生網段故障。

為了達到 IP66 防護等級的要求，必須使用接頭對未使用分支線路接口進行保護。

PROFIBUS PA 中 AFDiSD 的增強現場總線診斷

AFDiSD 診斷限于短路、失去冗余、顫動檢測和現場設備故障。另外，借助于可通過模式選擇開關激活的擴展現場總線診斷功能，可對整個 PROFIBUS PA 網段執行全面診斷。

這種診斷包括檢測、記錄和監視以下方面：

• 拓撲（DP/PA 耦合器、AFDiSD）
• 主線路和分支線路上的電壓和電流
• 信號電平和噪聲電平
• 與主線路的屏蔽端的電容不平衡

因此，可以迅速檢測并消除組態錯誤或缺陷。

不過，應用增強現場總線診斷的先決條件是，總線段上的所有有源現場分配器以及 PA 鏈接器的組件都支持此功能。以下組件滿足這一要求：

• 有源現場分配器 AFDiSD，訂貨號 6ES7655-5DX60-1BB0
• IM 153-2 高性能戶外型接口模塊，訂貨號 6ES7153-2BA70-0XB0
• DP/PA 耦合器 FDC 157，訂貨號 6ES7157-0AC85-0XA0

該接口模塊可創建所連接的總線段的拓撲模型并映射其狀態信息。為此，DP/PA 耦合器和本地安裝的有源現場分配器 AFDiSD 為接口模塊提供該總線段的物理數據以及有關所連接的線路狀態的信息。由接口模塊提供的信息可顯示在 PCS 7 維護站上，并由 SIMATIC PDM 進行分析。

出廠時，AFDiSD 中并未激活增強現場總線診斷功能。在這種狀態下，AFDiSD 的功能等同于 AFDiS 的功能。

有源現場分離器 (AFS)

有源現場分路器 (AFS) 可將 PA 總線網段與 PA 路由器 PA Link 中的冗余耦合器對相連。AFS 可將總線網段與相應的有源耦合器進行互連。

PA 總線網段可通過一個或兩個（中心饋電）相同的 Y 型連接器（總共 4 個）連接到 AFS。對于中心饋電的情況，總線段通過兩個 Y 型連接器來連接（兩個 FDC 157 耦合器上的總線端接開關都設置為“OFF”）。

為了達到 IP66 防護等級的要求，必須使用密封接頭對未使用接口進行保護。

AFS:PROFIBUS PA 的有源現場分配器

通過將各個設備按組分配給不同的總線網段，可以實現設備級柔性模塊化冗余。

帶冗余耦合器的線型結構

在單個或冗余 PROFIBUS DP 上可作為 PA 路由器運行的 PA 鏈接器只能配有一個冗余 DP/PA 耦合器對（也可以配置zui多 3 個單個耦合器）。冗余的 DP / PA 耦合器對,可以用于帶有源現場分離器 (AFS) 的線型結構，也可用于環型結構。

對于線型架構，AFS 連接至 PA 路由器中的冗余 DP/PA 耦合器對 (2 X FDC 157-0)。它將所連接的總線網段連接至兩個冗余 DP/PA 耦合器中正在工作的那個。DP/PA 耦合器的更換無需中斷當前的運行。

這些 PA 設備通過 AFD 或 AFDiSD 有源現場分配器集成到總線型結構的總線段中。現場分配器數量方面的限制也相同（zui多 8 個 AFD、zui多 5 個 AFDiSD 或zui多 5 個 AFDiSD 和 AFD 組合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 時，無法針對 AFDiSD 執行擴展現場總線診斷功能）。

帶耦合器和介質冗余的環型結構

通過 PA 路由器的冗余 DP/PA 耦合器對 (2 X FDC 157-0)，也可以構建帶有自動總線端接功能的環網網段，用以取代帶 AFS 的總線網段。除了環網網段之外，在該 PA 路由器上只能組態帶有獨立耦合器的總線網段。PA 路由器可以連接到單一或冗余 PROFIBUS DP。

通過 AFD 或 AFDiSD 有源現場分配器，可將 PA 現場設備集成到環網網段中，現場分配器的數量限制與采用總線型結構時相同（zui多 8 個 AFD、zui多 5 個 AFDiSD 或zui多 5 個 AFDiSD 和 AFD 組合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 時，無法針對 AFDiSD 執行擴展現場總線診斷功能）。這些現場分配器具有電氣去耦的防短路分支線路連接器，用于連接 PA 設備。

在設備級上，可通過將不同現場分配器上的各個設備進行分組來實現靈活的模塊化冗余。

環型結構的特殊優點：

• 高可用性
• 可對主機系統的智能型 DP/PA 耦合器 FDC 157?0 進行透明冗余管理
• 通過用于在 FDC 157 0 DP/PA 耦合器以及 AFD 和 AFDiSD 有源現場分配器中進行自動總線端接的有源總線端接器，可以：
  • 在發生短路或開路時，對故障子網段進行自動、平穩的隔離
  • 在運行階段改變環網組態和儀表配備，包括添加和減少環網網段
• 以較低的設備和布線成本實現安全相關應用和容錯應用