西门子主机CPU319-3 PN/DP

西门子主机CPU319-3 PN/DP

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上海晋营自动化科技有限公司

 
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• 用于增量式编码器的 4 点输入（TTL 信号）或可选用于值编码器的 4 点输入（SSI 接口）^1）
• 4  点模拟输出 ±10 V ，用于设定值。
• 4 个继电器触点，用于轴 1 至 轴 4 的驱动使能
• 8 点 电子量输出（4 点针对特定驱动器）
• 10 点针对特定驱动器的电子量输入^2）
• 板内状态显示器，采用 4  个诊断用发光二极管。

• 模块或数字量输出需要外部电源（+24 V DC）。

  西门子主机CPU319-3 PN/DP

  ¹⁾ 不能与 SINUMERIK 802D sl 一起使用。

  ²⁾ 只有 9 可与 SINUMERIK 802D sl 一起使用。

  ADI 4 接口模块可与以下控制系统结合使用：

• SINUMERIK 840D sl³⁾

• 多个 ADI 4 驱动接口模块可以连接到 SINUMERIK 840D sl，从而可对所有轴实施模拟控制。可实现数字驱动器和 ADI 4 模块的混合运行；轴可以相互插补。

  编码器接口： 电 话：（同号）

• 带差分传输的 TTL 增量编码器
  • 轨迹 A 和反相信号 A
  • 轨迹 B 和反相信号 B
  • 零信号和反相零信号
  • zui高 1.5 MHz 输出频率
  • 轨迹 A 到轨迹 B 的相移：90° ± 30°
  • zui大电流消耗 300 mA
• 使用 SSI 信号的值编码器
  • 真输出信号和反相输出信号
  • 移位始终作为真信号和反相信号
  • zui大传输频率 750 kBaud
  • zui大电流消耗 300 mA
    为此，只能使用多圈编码器
• 带距离编码零标记/参考标记的线性编码器
  • LS 476 C
  • LS 186 C，带外部脉冲整形电路 EXE
• 可通过外部脉冲整形电路 EXE 连接采用正弦/余弦信号的编码器。

• ³⁾ 不用于 NCU 720.2 PN/NCU 730.2 PN.

  ⁴⁾ S/R = 信号/转

  

  Connection overview for ADI 4

   

   

SIMATIC 现场总线计算器

现场设备的直接连接（尤其是在危险区域中）以及通信的信息内容在过程工业中显得非常重要。PROFIBUS PA 允许数字量数据和电源在采用本安 MBP 传输技术（曼彻斯特编码；总线供电）的一条双线总线上进行传输，它经过定制可满足这些要求。它于将 Ex 区域 1/21 或 0/20 运行环境中的气动执行器、电磁阀和传感器直接集成到过程控制系统中。

变送器的典型响应时间大约为 10 ms ，这说明甚至在一个带有zui多 31 个设备的网段配置下，也可通过 PROFIBUS PA 取得很短的循环时间。过程工业中的几乎所有典型应用都可在小型和大型工厂中实现。双向通信和丰富的信息内容提高了诊断能力，可快速、准确地检测和消除故障。标准化的通信服务保证了多供应商的现场设备之间的互操作性和替换性，并且可在运行过程中对现场设备设置参数。

使用 PROFIsafe 行规的安全通信

通过 PROFIsafe 行规，可将安全通信无缝集成到 PROFIBUS PA 中。无需为安全相关应用单独配置安全总线。采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS PA 已集成到过程自动化 Safety Integrated 安全系统当中。西门子公司为过程自动化中的故障安全、容错应用而提供的综合系列产品与服务，为用户提供了吸引力而又经济有效的替代方案，用以隔离安全系统。

冗余架构

您可以根据自动化任务和相关安全要求来分别确定工厂控制器、现场总线和 I/O 级的冗余程度，并将它们与现场仪表相匹配（灵活模块化冗余，FMR）。有关 PROFIBUS PA 的冗余结构的概览，请参见“设计”下面的内容。

PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的网络转换

将 PA Link 用作从 PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的网关。使用 PA Link 时，PROFIBUS DP 上的传输速率与从属 PROFIBUS PA 段无关。PA link 的组态取决于现场总线架构。“PA 路由器”一节中描述的耦合器类型可用于进行组态。在数据量较小（小数量框架）和时间要求较低时，DP/PA 耦合器也可作为一个路由器在独立模式中运行。

优势

采用 PROFIBUS PA 行规而实现的分布式现场自动化的优点是硬件成本低、组态经济有效、运行安全性高并可实现顺利维护。以下特点让这些优点更加突出：

• 从传感器直至控制层实现模块化和统一性，可实现新的工厂设计
• 通过在危险区域中采用现场总线来实现本质安全应用
• 通过冗余 PROFIBUS PA 架构（带有耦合器冗余的环型和总线型拓扑），可实现从自动化系统（控制器）直至 PA 现场设备的灵活模块化冗余 (FMR)
• 可实现安全相关应用和容错应用，对设备和布线的要求较低
• 通过对现场设备（PROFIBUS PA和 HART 以及 SIMATIC PDM，跨供应商）进行简单的集中工程组态降低组态成本
• 将双线电缆用于供电和数据传输，安装简便
• 通过简化的环路检查降低调试成本
• 布线简单并具有全面的诊断功能，维修成本低

PROFIBUS PA 架构示例

下面的图说明了以下设备上含有 DP/PA 耦合器和 PA Link 路由器的 PROFIBUS PA 配置形式：

• PROFIBUS DP 主站，简单设计（AS 单站）
• PROFIBUS DP 主站，冗余设计（AS 冗余站）

如果 DP/PA 耦合器作为 PA 路由器独立运行，则直接在耦合器上进行连接，而不是通过接口模块来连接。

有关 PROFIBUS PA 设备的限制数量，请参见“技术数据”章节。

作为 PROFIBUS DP 主站的 AS 单站上的 PROFIBUS PA

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

带单个耦合器的线型结构

在含有单个耦合器的总线架构中，每个总线段都各与一个 DP/PA 耦合器相连。

如果 PA 路由器是独立 DP/PA 耦合器，则可以连接 PROFIBUS PA 总线（总线段）。在一个zui多带有 5 个 DP/PA 耦合器且用作 PA 路由器的 PA Link 上，通过单个耦合器（对于带环型或耦合器冗余的混合组态，zui多 3 个），zui多可运行 5 个总线段。

PA 路由器可与单一或冗余 PROFIBUS DP 相连，具体取决于型号（见图）。

FDC 157-0 是 DP/PA 耦合器的首要选择。在使用此耦合器时，PA 可借助于 AFD 有源现场分配器集成到总线段中，例如，可使用的有源现场分配器为 AFD4、FD4 RAILMOUNT、AFD4 FM 和 AFD8（防爆危险区 2/22 认证）和 AFDiSD（防爆危险区 1/21 认证）。PA 设备通过防短路分支线路连接至这些现场分配器。

也可以在一个总线网段中运行zui多 8 个 AFD 现场分配器、zui多 5 个 AFDiSD 现场分配器或zui多 5 个 AFDiSD 和 AFD 现场分配器的任意组合。不过，在混合使用 AFDiSD/AFD 时，无法在 PROFIBUS PA 中对 AFDiSD 执行扩展诊断功能。从 DP/PA 耦合器离开的总线末端处的zui后一个现场分配器会自动激活其总线端接电阻器。

危险区域中符合 Ex Zone 1/21 或 0/20 要求的本质安全 PA 设备主要通过有源现场分配器 AFDiSD 集成到总线网段。对于防爆危险区 1/21 中的 PA 设备，可通过 DP/PA 耦合器 Ex [i] 上的总线段进行连接（在 PA Link 中或独立）。这些设备通过 SplitConnect 分接头（通过分支线路或直接通过 SplitConnect M12 出口）单独集成到总线网段。总线网段的端接需要使用 SplitConnect 端接器。

总线网段和分支线路的电缆长度

PROFIBUS PA 基于电气传输部件。现场设备的数字量数据传输和电源供电均采用了双线屏蔽电缆。

借助线型、树型和环型拓扑，可组态zui长约 1.9 km 的总线网段。若采用 AFD 有源现场分配器，则在计算总线网段的总长度时，还必须考虑用于连接设备的分支总线的长度以及电缆的规格要求。AFDiSD 上的分支线路与总线网段的总长度无关。

对于带有有源现场分配器的总线段，分支总线可具有以下zui大长度：

• zui长 120 m（符合标准 IEC 61158‑2 标准）
• zui长 120 m（符合标准 IEC 60079-27 (FISCO) 标准）

如果使用了有源现场分配器 AFD，则必须根据总线网段的分支线路数量，适当减小这些zui大值（有关详细信息，请参见“技术数据”一节）。对于有源现场分配器 AFDiSD 而言，由于集成了中继器功能，因此无需减小这些值。

SIMATIC 现场总线计算器提供计算和设计现场总线网段方面的帮助：

对于危险区域中的本质安全 PA 设备，建议通过有源现场分配器 AFDiSD 集成进总线网段。对于 Ex zone 1/21 中的 PA 设备，也可以通过 PA 路由器上的总线网段连接至 DP/PA 耦合器 Ex[i]。在此类组态中，单个分支线路的zui大长度缩短至 30 m，单个总线网段的zui大长度缩短至 1 km。

总线网段自动进行端接（在带有有源现场分配器 AFD/AFDiSD 的体系结构中），或通过 PROFIBUS PA 的无源端接部件（SpliTConnect 端接器）进行端接。

• SpliT 连接 Tap 使现场总线段能够根据 IEC 61 158-2 （例如 PROFIBUS-PA）用终端连接点来进行配置。
• SpliT 连接耦合器通过使 SpliT 连接 Taps 串联连接的方式来构造 PROFIBUS-PA 集线器。
• 通过用 SpliT 连接 终端器来替换接触螺丝的方法，SpliT 连接 Tap 能被用作总线终接单元。

设计

• 坚固的塑料外壳由 PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）制成，防护等级 IP67
• 抗紫外线，可在室外使用
• 通过集成式进出外壳实现全面屏蔽
• 使用 FC 过程电缆便于进行电缆连接
• 可使用接触螺钉、通过 ID 触点来接触和连接 FC 过程电缆
• 可使用接触螺丝对 SpliTConnect 分接头进行附加接地
• 可进行 DIN 导轨安装或墙壁安装

有源现场分配器 AFD4

有源现场分配器 AFD4 RAILMOUNT

有源现场分配器 AFD8

有源现场分配器 AFD

有源现场分配器 (AFD) 可以在 Division 2, Zone 2 或 Zone 22 环境中运行。它具有以下型号：

• AFD4、AFD4 RAILMOUNT 和 AFD4 FM，带有 4 个分支总线接口，各用于连接 1 个现场设备
• AFD8 带有 8 个分支总线接口，每个接口用于连接 1 个现场设备

因此，一个 AFD4、AFD4 RAILMOUNT 和 AFD4 FM 可以连接zui多 4 个现场设备，一个 AFD8 可以连接zui多 8 个符合标准的 PROFIBUS PA 现场设备，它们通过防短路分支总线接口连接到具有自动总线端接功能的 PA 现场总线网段（总线型/环型）。

可通过 PA 路由器将此现场总线网段连接到一个单一或冗余 PROFIBUS DP，因此，可将其无缝集成到 SIMATIC PCS 7 过程控制系统中。

每个现场总线网段可运行zui多 8 个有源现场分配器 AFD，总共可连接 31 个现场设备。现场设备的数量受到现场设备电流消耗的限制。对于现场设备，每条分支总线的zui大电流为 60 mA，每个总线段的zui大电流为 1 A。

可在运行期间更换环网网段中的 AFD 而不会使该网段出现故障。

为了达到 IP66 防护等级的要求，必须使用接头对未使用分支线路接口进行保护。

有源现场分配器 AFD8，敞开式

基于 AFD4，开发出具有不同用途的两个产品型号 AFD4 RAILMOUNT 和 AFD4 FM：

AFD4 RAILMOUNT 的具体产品特性

AFD4 RAILMOUNT 供货时不带压铸铝外壳；它是一种配有灵活安装选件的 AFD4 有源现场分配器产品型号。它可安装在 DIN 导轨上，并安装在所选外壳内，如不锈钢外壳、压铸铝外壳或塑料外壳。

AFD4 FM 的具体产品特性

通过 cFMus 认证的 AFD4 FM 经过调整，满足美国和加拿大 AFD4 有源现场分配器的产品型号的特殊要求。AFD4 FM 出厂时带有螺纹接头，AFD4 的电缆密封接头不符合 cFMus 的要求。

必须用经过 UL 或 CSA 认证的电缆头和电缆来替换用于连接总线和分支总线的螺纹接头。这种替换必须符合美国国家电气规范 (NEC) 和加拿大电气规范 (CEC) 的规定。用户负责选型和订购。

适用的电缆头的可用供应商：

• Cooper Capri SAS
• CMP 产品

由于总线的套管较大（M20 而不是 M16），也可以针对 AFD4 FM 使用带护套的总线电缆。

安装 AFD4 FM 时，必须符合美国国家电气规范 (ANSI/NFPA-70 NEC) 的相关要求。

有源现场分配器 AFDiSD

有源现场分配器 AFDiSD

AFDiSD（带可选的扩展 PROFIBUS PA 诊断功能的本质安全型有源现场分配器）PROFIBUS PA 现场分配器可在防爆危险区 1/21 和 2/22 环境中运行。它是 AFDiS 的兼容替代产品。

通过其本质安全型防短路分支总线接口，AFDiSD 可在一个 PA 现场总线段（总线型/环型）中集成zui多 6 个本质安全 PA 现场设备。另外，也可以在 AFDiS 的 S1 连接处使用用于 3 到 4 个设备的子网段（zui大长度为 500 m）来代替分支线路。保护类型为 Ex[ia] 的分支线路以及子网段都可以铺设到区域 0/20 中。

一个现场总线网段zui多可以有 5 个 AFDiSD 有源现场分配器，zui多可连接 31 个现场设备。AFD 和 AFDiSD 的混合运行还必须符合 5 个有源现场分配器的限制（混合运行中的扩展 PA 现场总线诊断功能）。

每个网段中现场设备的数量还取决于所用设备的电流消耗和电缆长度。总线段上的所有现场设备和有源现场分配器都使用 1 A 电流。

由于具有集成的中继器功能，AFDiSD 与 AFD 相比具有以下优点：

• 分支线路的长度与总线网段中分支线路的总数无关
• 在确定总线网段的总长时，不必考虑分支线路的长度

在 Ex zone 2/22 环境或非危险环境中，可以在运行期间更换环网段中的 AFDiSD 而不会发生网段故障。

为了达到 IP66 防护等级的要求，必须使用接头对未使用分支线路接口进行保护。

PROFIBUS PA 中 AFDiSD 的增强现场总线诊断

AFDiSD 诊断限于短路、失去冗余、颤动检测和现场设备故障。另外，借助于可通过模式选择开关激活的扩展现场总线诊断功能，可对整个 PROFIBUS PA 网段执行全面诊断。

这种诊断包括检测、记录和监视以下方面：

• 拓扑（DP/PA 耦合器、AFDiSD）
• 主线路和分支线路上的电压和电流
• 信号电平和噪声电平
• 与主线路的屏蔽端的电容不平衡

因此，可以迅速检测并消除组态错误或缺陷。

不过，应用增强现场总线诊断的先决条件是，总线段上的所有有源现场分配器以及 PA 链接器的组件都支持此功能。以下组件满足这一要求：

• 有源现场分配器 AFDiSD，订货号 6ES7655-5DX60-1BB0
• IM 153-2 高性能户外型接口模块，订货号 6ES7153-2BA70-0XB0
• DP/PA 耦合器 FDC 157，订货号 6ES7157-0AC85-0XA0

该接口模块可创建所连接的总线段的拓扑模型并映射其状态信息。为此，DP/PA 耦合器和本地安装的有源现场分配器 AFDiSD 为接口模块提供该总线段的物理数据以及有关所连接的线路状态的信息。由接口模块提供的信息可显示在 PCS 7 维护站上，并由 SIMATIC PDM 进行分析。

出厂时，AFDiSD 中并未激活增强现场总线诊断功能。在这种状态下，AFDiSD 的功能等同于 AFDiS 的功能。

有源现场分离器 (AFS)

有源现场分路器 (AFS) 可将 PA 总线网段与 PA 路由器 PA Link 中的冗余耦合器对相连。AFS 可将总线网段与相应的有源耦合器进行互连。

PA 总线网段可通过一个或两个（中心馈电）相同的 Y 型连接器（总共 4 个）连接到 AFS。对于中心馈电的情况，总线段通过两个 Y 型连接器来连接（两个 FDC 157 耦合器上的总线端接开关都设置为“OFF”）。

为了达到 IP66 防护等级的要求，必须使用密封接头对未使用接口进行保护。

AFS:PROFIBUS PA 的有源现场分配器

通过将各个设备按组分配给不同的总线网段，可以实现设备级柔性模块化冗余。

带冗余耦合器的线型结构

在单个或冗余 PROFIBUS DP 上可作为 PA 路由器运行的 PA 链接器只能配有一个冗余 DP/PA 耦合器对（也可以配置zui多 3 个单个耦合器）。冗余的 DP / PA 耦合器对,可以用于带有源现场分离器 (AFS) 的线型结构，也可用于环型结构。

对于线型架构，AFS 连接至 PA 路由器中的冗余 DP/PA 耦合器对 (2 X FDC 157-0)。它将所连接的总线网段连接至两个冗余 DP/PA 耦合器中正在工作的那个。DP/PA 耦合器的更换无需中断当前的运行。

这些 PA 设备通过 AFD 或 AFDiSD 有源现场分配器集成到总线型结构的总线段中。现场分配器数量方面的限制也相同（zui多 8 个 AFD、zui多 5 个 AFDiSD 或zui多 5 个 AFDiSD 和 AFD 组合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 时，无法针对 AFDiSD 执行扩展现场总线诊断功能）。

带耦合器和介质冗余的环型结构

通过 PA 路由器的冗余 DP/PA 耦合器对 (2 X FDC 157-0)，也可以构建带有自动总线端接功能的环网网段，用以取代带 AFS 的总线网段。除了环网网段之外，在该 PA 路由器上只能组态带有独立耦合器的总线网段。PA 路由器可以连接到单一或冗余 PROFIBUS DP。

通过 AFD 或 AFDiSD 有源现场分配器，可将 PA 现场设备集成到环网网段中，现场分配器的数量限制与采用总线型结构时相同（zui多 8 个 AFD、zui多 5 个 AFDiSD 或zui多 5 个 AFDiSD 和 AFD 组合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 时，无法针对 AFDiSD 执行扩展现场总线诊断功能）。这些现场分配器具有电气去耦的防短路分支线路连接器，用于连接 PA 设备。

在设备级上，可通过将不同现场分配器上的各个设备进行分组来实现灵活的模块化冗余。

环型结构的特殊优点：

• 高可用性
• 可对主机系统的智能型 DP/PA 耦合器 FDC 157‑0 进行透明冗余管理
• 通过用于在 FDC 157 0 DP/PA 耦合器以及 AFD 和 AFDiSD 有源现场分配器中进行自动总线端接的有源总线端接器，可以：
  • 在发生短路或开路时，对故障子网段进行自动、平稳的隔离
  • 在运行阶段改变环网组态和仪表配备，包括添加和减少环网网段
• 以较低的设备和布线成本实现安全相关应用和容错应用