现场总线PROFIBUS PA的应用

张玉军+侯庆红

摘 要 通过实验建立使用耦合器连接的现场总线PROFIBUS-PA网络，说明实现西门子PLC与萨姆森阀门进行数据通信的方法。

关键词 现场总线；仪表；PROFIBUS-PA；耦合器；阀门

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：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是一种广泛应用的现场总线，支持这种通信协议的仪表种类也很多，在工程调试中越来越多地遇到仪表类的通信调试问题。本文选取萨姆森公司3730系列阀门作为测试对象，将其通过PROFIBUS-PA总线连接至西门子PLC通信网络，实现数据的通信。通过本文，介绍一种简单实用的PROFIBUS-PA总线网络的设备选型和实际配置与调试的方法。

2 PROFIBUS-PA总线简介

PROFIBUS是“Process Field Bus（过程现场总线）”的缩写，于1989年正式成为现场总线的国际标准，目前在多种自动化领域中占据主导地位。它由三个部分组成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。

PROFIBUS-PA适用于过程自动化设计，应用本质安全传输技术（曼彻斯特编码、总线供电），在一跳双线电缆上传输数字量数据和供电。它最适合于将Ex区域1或Ex區域0危险环境中的启动执行器、电磁阀和传感器直接集成到过程控制系统中。

在PROFIBUS-PA网络与PROFIBUS-DP网络之间可以通过使用DP/PA连接器（DP/PA Link）或DP/PA耦合器（DP/PA Coupler）连接，在选择这两种连接方式的时候主要需要考虑的问题包括：配置成本；系统总线的通信速率；设备仪表的总数、分布与总线结构；Ex区域；自动化系统与PROFIBUS PA总线是否冗余。

3 PROFIBUS-PA总线选型与配置

PROFIBUS-PA总线有选择DP/PA连接器与选择DP/PA耦合器两种连接方式，这两种连接方式有不同的特点，具体可以参照表1。

如表1所示，可以按照不同的设计需求来选择使用DP/PA连接器或DP/PA耦合器。通常对于通信速率要求较高的、PROFIBUS-PA总线设备较多的，可以选择采用DP/PA连接器，因为使用DP/PA连接器后，PROFIBUS-DP网络的通信速率与PROFIBUS-PA网络无关，且PA设备不会占用PROFIBUS- DP网络的DP地址；对于通信速率要求较低的、PROFIBUS-PA总线设备较少的，可以选择采用DP/PA耦合器这种低成本的连接方式。当采用DP/PA耦合器连接方式后，整体的PROFIUBS-DP与PROFIBUS-PA总线全部的通信速率都将被限制为45.45 kbit/s。

4 实验条件与方法

本文实验中按照实际的需求，采取的是DP/PA耦合器的通信方式，实验平台采用的是西门子S7-300系列PLC，PROFIBUS-PA设备采用的是萨姆森公司的3730系列阀门。

实验设备的组态与连接 PLC与DP/PA耦合器通过PROFIBUS-DP网络连接，在PLC的配置组态中，不需要对DP/PA耦合器进行组态，DP/PA耦合器与PA设备通过PA过程电缆与分接头进行连接，DP/PA耦合器与设备之间不需要DP头接口，直接将PA过程电缆插入分接头即可。

由于通过DP/PA耦合器进行设备连接，因此，在PLC系统组态时，需要将PROFIBUS-DP网络的通信速率手动设置为45.45 kbit/s。

在硬件组态中，还需要对阀门设备进行组态，在组态萨姆森3730系列阀门的时候，需要添加产品的GSD文件。萨姆森产品的GSD文件可以从其官方网站下载，不同设备的GSD文件此处的组态可能略有差别。本文仍以萨姆森3730系列阀门的组态为例，在萨姆森3730系列阀门的组态中，跟PLC组态类似，共有3个槽位可以进行组态，在右边设备列表中选择需要的配置，插在对应槽位中即可。本次实验选择的是SP+READBACK+POS_D的配置，即通信字的组合顺序为SP（设定值）+READBACK（返回值）+POS_D（位置状态），在I Address/Q Address处即可看到设备的I/O地址，在程序中对此I/O地址做拆分，即可读取设备上的过程值。

PLC程序读取与发送过程值 在PLC程序中读取PROFIBUS-PA总线设备的过程值，需要参考PROFIBUS-PA总线设备的说明手册，按照手册中描述的地址拆分规则对在硬件组态中定义的I/O地址进行读取，经过数据转化，从而得到所需的过程值。读取阀门过程值的程序语句如图1所示。

萨姆森3730系列阀门的通信字有多重组合方式，当选用SP+READBACK+POS_D配置方式时，通信字地址I Address的前4个字节即为阀门的实际位置反馈值；第5个字节为位置返回标志位，分别以0、1、2表示0%开度、0%～100%开度与100%开度这三种状态。

发送阀门过程值的程序语句如图2所示。通过发送过程值的语句，将设定值发送给阀门的控制器。萨姆森阀门的控制字可以直接接受浮点型的阀门开度设定值，这一点与很多设备略有区别。需要注意的是，当采用固定值给定输出时，固定值的输入格式要遵循西门子双字类型的格式书写。

其他种类的设备通信方式基本类似，具体通信字的拆分需要参照设备手册。

5 结论

本文以西门子S7-300系列PLC与萨姆森公司3730系列阀门作为实验平台，通过设备选型、硬件组态与程序编制等方面的实验，完成PROFIBUS-PA网络的设备连接与数据通信实验，总结在PROFIBUS-PA网络的设备选型与配置中应注意的问题与经验，达到预期的实验目的。

参考文献

[1]刘泽祥.现场总线技术[M].2版.北京：机械工业出版社，2011.