PROFIBUS PA过程自动化现场总线技术PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1　混合自动化 1

1.1.1 以PROFIBUS模块式结构实现混合自动化 3

1.1.2　混合生产设备中的连续通信 4

1.1.3　用户受益 7

1.2　什么是PROFIBUS PA 7

1.3　本书阅读指南 8

第2章　入门示例 11

2.1 R＆I（管道和仪表）流程图——规定要求 11

2.2　PLT（测量点与调节点）位置明细表 12

2.3　控制系统的结构 12

2.4　通信组态 14

2.5　仪表的参数化 14

2.6　控制器集成 15

2.7　可视化系统 15

2.8　诊断与维护 16

第3章　传输技术与安装 17

3.1 IEC 661158-2物理传输技术 18

3.1.1 采用IEC 61158-2的PROFIBUS PA之技术特征 18

3.1.1.1 同步传输格式 18

3.1.1.2　对第2层接口的适配 22

3.1.1.3　1/2层管理 23

3.1.2　遵循IEC 61158-2的本质安全传输技术 24

3.2　安装 28

3.2.1 电缆 29

3.2.2 连接技术 31

3.2.2.1 PROFIBUS DP的连接技术 31

3.2.2.2　PROFIBUS PA的连接技术 32

3.2.3　在易爆区域（Ex区域）中的连接技术 35

3.2.3.1　PROFIBUS DP的Ex-e连接技术 35

3.2.3.2　PROFIBUS PA的Ex-e连接技术 35

3.2.4　辅助工具 37

3.2.5　总线各段同段耦合器和链接器的耦合 39

3.2.6　总线各段在Ex区域中的耦合 41

3.2.7　总线段的终端 42

3.2.8　屏蔽 43

3.3　PROFIBUS PA网络设计 44

3.3.1　功率决算 44

3.3.2　EEx ia组件的选择与联接 46

3.4　拓扑结构 47

3.4.1 总线长度 48

3.4.2　计算举例 49

3.4.3　安全栅（Barrier） 50

3.4.4　多路安全栅（Multibarrier） 52

3.4.4.1　多路安全栅的任务和优点 52

3.4.4.2　简化设计 53

3.4.5　耦合器（Coupler） 54

3.4.5.1　段耦合器（Segment Coupler） 54

3.4.5.2　PROFIBUS PA总线耦合器（Bus Coupler） 55

3.4.6　链接器（Link） 57

3.4.7　远程I/O（Remote I/O） 59

3.4.7.1　基本考虑 59

3.4.7.2 无PROFIBUS PA连接的信号 59

3.4.7.3　远程I/O基础 60

3.4.7.4 远程I/O与防爆类别为“本质安全或增强安全”的PROFIBUS 62

3.4.7.5　远程I/O的信号电路 63

3.4.7.6　远程I/O的功能安全（SIL，安全完整性等级） 64

3.4.7.7　HART？通信与远程I/O 66

3.4.7.8　远程I/O与2类主站用于多路PROFIBUS总线 67

3.4.7.9　远程I/O优点小结 68

第4章　通信协议 69

4.1　对PROFIBUS协议历史的解析 71

4.1.1　DIN 19245中的PROFIBUS 71

4.1.2　EN 50170:PROFIBUS成为欧洲标准 72

4.1.3 国际标准化 73

4.1.4　PROFIBUS PA设备的协议功能 74

4.2　PROFIBUS的设备类型与设备模型 75

4.2.1　设备类型为主站与从站的通信功能 75

4.2.2　PROFIBUS DP从站设备模型的演变 77

4.2.3　用设备基本数据文件（GSD）建立设备模型 78

4.2.4　设备模型与循环数据交换的关系 79

4.2.5　设备模型与非循环数据交换的关系 80

4.2.6　PA设备模型的特点 81

4.3　基于DPV1模型的循环数据交换 82

4.3.1　诊断与状态报告 85

4.3.1.1　标准诊断 86

4.3.1.2　用户特定的诊断 89

4.3.2　参数化 90

4.3.3　组态 92

4.3.4　在循环通道上的数据交换 96

4.4　非循环通信 96

4.4.1　非循环通信的通信服务 97

4.4.2　非循环写与读 101

4.4.3　C1通道连接的建立 102

4.4.4　C2通道连接的关闭 102

4.4.5　C2通道的连接监控 107

4.5　对DPV1模型总线时间特性的说明 110

4.6　总线访问方法——DLL（数据链路层） 111

4.6.1 引言 112

4.6.2　报文结构与报文字符 114

4.6.2.1　令牌报文 115

4.6.2.2　状态询问 116

4.6.2.3　调用报文 118

4.6.2.4 调用报文中的流动控制 120

4.6.2.5　应答报文 120

4.6.2.6　应答报文中的控制字节 121

4.6.2.7　报文字符 122

4.6.3　信息循环 123

4.6.3.1　数据交换——循环的（cyclish） 123

4.6.3.2　数据交换——非循环的（acyclish） 124

4.6.3.3　状态询问 124

4.6.3.4　令牌传递 125

4.6.4　PROFIBUS系统的参数化 126

4.6.4.1　单主站系统（Mono-Master-System） 127

4.6.4.2　多主站系统（Multi-Master-System） 130

第5章 PROFIBUS PA行规 131

5.1　功能组件模型 133

5.2　积极参与制订行规的一些组织机构 141

5.3 以一个信号链为例子说明行规的功能 142

5.3.1　传感器特征值的表述 143

5.3.2　校准 143

5.3.3　线性化 144

5.3.4　初始值（Primary Value）的计量单位 146

5.3.5　测量值标度 146

5.3.6　测量值的过滤 148

5.3.7　极限值控制 148

5.3.8　操作方式 150

5.3.9 状态的构成 151

5.3.10　故障安全（Fail Safe）行为 153

5.4　与设备相关的特征数据与功能 154

5.4.1　可读的产品型号商标 154

5.4.2　PA行规的写控制 155

5.4.3　在总线上进行的设备冷、热启动 156

5.4.4　仪表有效识别号（IDENT_NUMBER）的切换 156

5.5　一般的行规定义与功能 157

5.5.1　块的构成 157

5.5.1.1　参数定义 159

5.5.1.2　标准参数“块对象Block Object” 159

5.5.1.3 标准参数“静态审查Static Review”（ST_REV） 161

5.5.1.4　标准参数“标志描述Tag Description”（TAG_DESC） 161

5.5.1.5　标准参数“观察对象View Object” 161

5.5.2　设备管理（Device Management） 162

5.6　调节值的输出 165

5.7　行规参数的访问机制 166

5.7.1　非循环数据交换 166

5.7.2　循环数据交换 167

5.8　PFOFIBUS PA行规V3.01的修改 169

5.8.1　浓缩状态和诊断（Condensed Status and Diagnose） 169

5.8.1.1　概述 169

5.8.1.2　应用方案之思考 170

5.8.1.3　PROFIBUS PA的解决方案 171

5.8.2　I＆M功能 178

5.8.2.1　PROFIBUS中的识别与维护功能（I＆M） 179

5.8.2.2　对I＆M数据的存取 180

5.8.2.3　I＆M数据的解释与评估 181

5.8.2.4　PROFIBUS PA行规的扩展 183

5.8.3　安全（Safety） 185

5.8.3.1　危险、风险、保护措施 185

5.8.3.2　功能安全（Functional Safety） 187

5.8.3.3 安全完整性等级（Safety Integrated Level,SIL） 190

5.8.3.4　设计与错误类别 194

5.8.3.5　审核与证明 195

5.8.3.6　过程自动化功能安全小结 196

5.8.3.7　PROFIsafe 197

5.8.3.8　PROFIsafe在过程自动化中的应用 206

第6章　仪表设备的集成 219

6.1 概述 219

6.2　智能化现场设备技术发展的各个阶段 223

6.3　通信组态 226

6.3.1　概述 226

6.3.2　GSD工具 227

6.4　借助EDD完成参数化与调试 231

6.4.1　对应用的要求举例 232

6.4.2　EDD的编制 232

6.4.3　集成与测试 237

6.5　借助FDT（Field Device Tool，现场设备工具）实现参数化 239

6.5.1 DTM（Device Type Manager，设备类型管理器） 240

6.6　控制系统集成 246

6.6.1　控制系统中状态与过程值的处理 247

6.6.1.1　硬件的组态 247

6.6.1.2　过程值的应用集成简图 248

6.6.1.3　操作员站中的可视化 250

6.6.2　过程控制系统中现场设备诊断信息的评估 251

6.6.2.1 PA与维护状态 251

6.6.2.2　诊断与维护信息的可视化 252

第7章 仪表设备的管理 255

7.1　仪表设备的安装基础 256

7.2　仪表设备的标识 257

7.3　仪表设备的生命周期 257

7.4　生产设备的生命周期 258

第8章　仪表设备的开发 259

8.1 通往PA仪表设备的道路 260

8.1.1 IEC 61158-2接口的实现 261

8.1.2　RS 485接口的实现 262

8.2　可选用的组件 262

8.3　硬件与软件解决方案举例 263

8.4　参考文献 270

第9章　可互操作性 271

9.1 可互操作性的先决条件 272

9.2　在PNO范围内的认证过程 273

9.3　工艺流程现场仪表设备的测试 274

9.4 PROFIBUS PA仪表设备的测试范围 275

9.4.1　静态检测 276

9.4.2　一般的调试检验 276

9.4.3　物理性能测试 276

9.4.4 GSD检验 277

9.4.5　协议一致性测试 277

9.4.6　行规测试 277

9.4.6.1　行规一致性测试 278

9.4.6.2　集成与可互操作性测试 279

9.5　PROFIBUS PA测试实验室 280

第10章　样板生产设备 281

10.1　PROFIBUS在食品工业中的应用 281

10.2　PROFIBUS在化学工业中的应用 283

10.3　PROFIBUS在化妆品工业中的应用 285

第11章　参考文献 287

11.1 国际标准 287

11.2　一般PNO规则 287

11.3　PA行规专用规则 288

11.4　其他 288

第12章 附录 289

12.1 词汇表 289

12.2　功能块（FB）的描述 300

12.2.1　功能综览 300

12.2.2 模拟输入功能块（Analog Input Function Block） 302

12.2.3 模拟输出功能块（Analog Output Function Block） 304

12.2.4　加法求和功能块（Totalizer Function Block） 307

12.2.5 数字输入功能块（Digital Input Function Block） 310

12.2.6 数字输出功能块（Digital Output Function Block） 312

12.3　单位代码一览表 314