CN111272054B - 一种profibus-pa总线网段长度的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PROFIBUS‑PA总线网段长度的计算方法，包括：获取待求PROFIBUS‑PA总线网段的供电装置即耦合器的额定供电电流和电压值；获取待求PROFIBUS‑PA总线网段每一个PROFIBUS‑PA从站的错误电流值；测量待求PROFIBUS‑PA总线网段每一个PROFIBUS‑PA从站的消耗电流值；测量待求PROFIBUS‑PA总线网段每一个PROFIBUS‑PA从站的消耗电压值；获取待求PROFIBUS‑PA总线网段所使用的PROFIBUS‑PA专用电缆每公里电阻值；依据欧姆定律推导出计算公式，计算待求PROFIBUS‑PA总线网段长度。本发明的计算方法在考虑一个PROFIBUS‑PA总线网段中各PROFIBUS‑PA从站的消耗电流和消耗电压的同时，还将各PROFIBUS‑PA从站的错误电流值也涵盖在内，计算的准确性高。

Description

一种PROFIBUS-PA总线网段长度的计算方法
技术领域
本发明涉及发电厂过程现场总线中的过程自动化(Process Fieldbus-ProcessAutomation，简称PROFIBUS-PA)网络通信技术领域，具体涉及一种PROFIBUS-PA总线网段长度的计算方法。
背景技术
PROFIBUS-PA(Process Automation)符合IEC61158-2标准，称作本质安全(简称本安)传输方式。其特点是编码采用曼彻斯特(Manchester)方式，具有固定的传输速率31.25Kbps，且采用总线向各个设备供电BP(Bus-Power)方式，即二芯电缆本身除了传输信号外，可以对各个接入现场的PROFIBUS-PA从站设备进行安全供电。因此，它广泛应用在化工、石油工业等对用电设备有防爆要求的现场控制环境中。相对于PROFIBUS-DP采用的NRZ编码，PROFIBUS-PA编码中含有时间同步信息，故又称它为同步传输方式。
DL/T 1212-2013《火力发电厂现场总线设备安装技术导则》附录A.3中，对PROFIBUS-PA通信电缆特性进行了描述。现场最常用的类型A通信电缆，条款5.2.17中对电缆长度有如下规定：类型A标准通信电缆，网段总长度应不大于1900m。上述电力行业标准中，对一个PROFIBUS-PA总线网段通信电缆长度提出了明确规定。但是只能给出PA网段长度小于1900m的宽泛要求，即使当一个PROFIBUS-PA总线网段的供电装置即耦合器的额定供电电流和电压值，PA从站的数量和类型，PA专用电缆类型都确定的前提下，该网段长度具体如何计算并未给出任何计算方法或公式。
发明内容
针对上述现有技术存在的技术问题，本发明提供一种PROFIBUS-PA总线网段长度的计算方法，该计算方法在考虑PROFIBUS-PA总线网段中各PA从站的消耗电流和消耗电压的同时，还将各PA从站的错误电流值也涵盖在内，计算的准确性高。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种PROFIBUS-PA总线网段长度的计算方法，当一个PROFIBUS-PA总线网段的供电装置即耦合器的额定供电电流值和额定供电电压值，PROFIBUS-PA从站的数量和类型，PROFIBUS-PA专用电缆类型都确定的前提下，对该PROFIBUS-PA总线网段长度进行计算，以下对该PROFIBUS-PA总线网段称作待求PROFIBUS-PA总线网段，待求PROFIBUS-PA总线网段长度的计算包括以下步骤：
S100：获取待求PROFIBUS-PA总线网段的供电装置即耦合器的额定供电电流值和额定供电电压值；
S200：获取待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的错误电流值；
S300：测量待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电流值；
S400：测量待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电压值；
S500：获取待求PROFIBUS-PA总线网段所使用的PROFIBUS-PA专用电缆每公里电阻值；
S600：依据欧姆定律推导出计算公式，计算待求PROFIBUS-PA总线网段长度，计算公式如公式(1)：
Figure BDA0002404730910000031
且满足U0＞Uges，I0＞Iges
其中，U0和I0分别指供电装置即耦合器的额定供电电压值和额定供电电流值；
待求PROFIBUS-PA总线网段连接k个PROFIBUS-PA从站；U1、I1,U2、I2,…Uk、Ik指k个PROFIBUS-PA从站消耗电压值和消耗电流值；Ierr1，Ierr2，…Ierrk指k个PROFIBUS-PA从站的错误电流值；
Uges＝U0-Max(U1,U2,…Uk)指待求PROFIBUS-PA总线网段的消耗电压，取供电装置的额定供电电压值与待求网段上所有k个PROFIBUS-PA从站消耗电压值中最大者之差；
Figure BDA0002404730910000032
指待求PROFIBUS-PA总线网段的消耗电流，取待求PROFIBUS-PA总线网段上所有k个PROFIBUS-PA从站消耗电流值累加和与待求PROFIBUS-PA总线网段上所有k个PROFIBUS-PA从站中最大错误电流值之和；
Rcable为待求PROFIBUS-PA总线网段所使用的PROFIBUS-PA专用电缆每公里电阻值。
现有技术还没有直接计算PROFIBUS-PA总线网段长度的方法。本发明提供的PROFIBUS-PA总线网段长度的计算方法，在考虑PROFIBUS-PA总线网段中各PA从站的消耗电流和消耗电压的同时，还将各PA从站的错误电流值也涵盖在内，计算的准确性高。经过实际验证，本发明计算方法的计算结果满足“火力发电厂分散控制系统验收测试规程DL/T 659-2016中，6.9.2章节的规定：现场最常用的类型A通信电缆，其推荐网络长度(包括分支接线)有如下规定：小于1900m”，实用验证效果明显。
附图说明
图1为本发明的PROFIBUS-PA总线网段长度的计算方法流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清晰，下面将结合附图及具体实施例证进行详细描述。
本发明提供的PROFIBUS-PA总线网段长度的计算方法用于对PROFIBUS-PA网络中的任意一个PROFIBUS-PA总线网段长度进行计算，对发电厂PROFIBUS-PA总线网段长度设计工作提供定量性理论数据参考，优化PROFIBUS-PA总线在发电厂的应用，对投资成本的降低起到一定的作用。
如图1所示，本发明提供的对PROFIBUS-PA网络中的任意一个PROFIBUS-PA总线网段长度进行计算的方法包括以下步骤(以下任意一个PROFIBUS-PA总线网段称作待求PROFIBUS-PA总线网段)：
S100：获取待求PROFIBUS-PA总线网段的供电装置即耦合器的额定供电电流值和额定供电电压值；
S200：获取待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的错误电流值；
S300：测量待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电流值；
S400：测量待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电压值；
S500：获取待求PROFIBUS-PA总线网段所使用的PROFIBUS-PA专用电缆每公里电阻值；
S600：依据欧姆定律推导出计算公式，计算待求PROFIBUS-PA总线网段长度。
以下对本发明上述各步骤进行详细介绍。
S100：获取待求PROFIBUS-PA总线网段的供电装置即耦合器的额定供电电流值和额定供电电压值。
PROFIBUS-PA网段为总线供电方式，PROFIBUS-PA从站所需要的电流和电压全部由供电装置即耦合器提供。
可由供电装置的参数中直接获取其额定供电电压值U0和额定供电电流值I0。
S200：获取待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的错误电流值。
每一个PROFIBUS-PA从站为了防止自身出错时出现长时间干扰总线的情况发生，会消耗一定量的错误电流。可由各PROFIBUS-PA从站的参数中直接获取其错误电流值Ierri。
S300：测量待求PROFIBUS-PA总线网段每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电流值。
使用电流表直接测量一个PROFIBUS-PA总线网段每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电流值，并结合错误电流值，通过下列公式计算出一个PROFIBUS-PA总线网段的消耗电流值。
Figure BDA0002404730910000061
S400：测量待求PROFIBUS-PA总线网段每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电压值。
使用电压表直接测量待求PROFIBUS-PA总线网段每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电压值，取供电装置的额定供电电压值与一个网段上所有k个PROFIBUS-PA从站消耗电压值中最大者之差，做为待求PROFIBUS-PA网段的消耗电压值。
Uges＝U0-Max(U1,U2,…Uk)
S500：获取待求PROFIBUS-PA总线网段所使用的PROFIBUS-PA专用电缆每公里电阻值。
专用的PROFIBUS-PA通信电缆有类型A、B、C和D共四种，其中类型A为基准型电缆，在工业现场应用最为普遍，其最大直流电阻为44Ω/km。
Rcable＝44Ω/km。
S600：依据欧姆定律推导出计算公式，计算待求PROFIBUS-PA总线网段长度。
所述待求PROFIBUS-PA总线网段长度基于下述公式确定：
Figure BDA0002404730910000071
且满足U0＞Uges，I0＞Iges
其中，U0和I0分别指供电装置(耦合器)的额定供电电压值和额定供电电流值。
待求PROFIBUS-PA总线网段连接k个PROFIBUS-PA从站；U1、I1,U2、I2,…Uk、Ik指k个PROFIBUS-PA从站消耗电压值和消耗电流值；Ierr1，Ierr2，…Ierrk指k个PROFIBUS-PA从站的错误电流值；
Uges＝U0-Max(U1,U2,…Uk)指待求PROFIBUS-PA总线网段的消耗电压，取供电装置的额定供电电压值与待求网段上所有k个PROFIBUS-PA从站消耗电压值中最大者之差；
Figure BDA0002404730910000072
指待求PROFIBUS-PA总线网段的消耗电流，取待求PROFIBUS-PA总线网段上所有k个PROFIBUS-PA从站消耗电流值累加和与待求PROFIBUS-PA总线网段上所有k个PROFIBUS-PA从站中最大错误电流值之和；
Rcable为待求PROFIBUS-PA总线网段所使用的PROFIBUS-PA专用电缆每公里电阻值。
[实施例]
本实施例中的待求PROFIBUS-PA总线网段，包括1个PROFIBUS-DPV0主设备节点，包括共计3种类型的16个PROFIBUS-PA从站：其中输入型TF12温度变送器共计5台，输入型2600T压力/差压变送器共计5台，输出型ZIDC气动阀门定位器共计6台。待求PROFIBUS-PA总线网段的供电装置(耦合器)选用额定电压24V、额定电流1000mA。PROFIBUS-PA总线电缆选用回路电阻为44Ω/km的A型电缆。3种类型PROFIBUS-PA从站对应的消耗电压、消耗电流及错误电流见表1。
表1
设备类型 消耗电压(V) 消耗电流(mA) 错误电流(mA)
温度TF12 9 11.859 3.2
压力/差压2600T 10.2 11.759 5.6
阀门定位器TZIDC 9 11.569 3.5
本实施例中待求PROFIBUS-PA总线网段长度为：
Figure BDA0002404730910000081
该计算结果符合电力行业标准中规定的网段总长度不应大于1900m。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可做出若干适当的改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种PROFIBUS-PA总线网段长度的计算方法，其特征在于：确定PROFIBUS-PA总线网段的供电装置即耦合器的额定供电电流值和额定供电电压值、PROFIBUS-PA从站的数量和类型以及PROFIBUS-PA专用电缆类型，对该PROFIBUS-PA总线网段长度进行计算，以下对该PROFIBUS-PA总线网段称作待求PROFIBUS-PA总线网段，待求PROFIBUS-PA总线网段长度的计算包括以下步骤：
S100：获取待求PROFIBUS-PA总线网段的供电装置即耦合器的额定供电电流值和额定供电电压值；
S200：获取待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的错误电流值；
S300：测量待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电流值；
S400：测量待求PROFIBUS-PA总线网段中每一个PROFIBUS-PA从站的消耗电压值；
S500：获取待求PROFIBUS-PA总线网段所使用的PROFIBUS-PA专用电缆每公里电阻值；
S600：依据欧姆定律推导出计算公式，计算待求PROFIBUS-PA总线网段长度，计算公式如公式(1)：
Figure FDA0002969840480000011
且满足U0＞Uges，I0＞Iges
其中，U0和I0分别指供电装置即耦合器的额定供电电压值和额定供电电流值；
待求PROFIBUS-PA总线网段连接k个PROFIBUS-PA从站；U1、I1,U2、I2,…Uk、Ik指k个PROFIBUS-PA从站消耗电压值和消耗电流值；Ierr1，Ierr2，…Ierrk指k个PROFIBUS-PA从站的错误电流值；
Uges＝U0-Max(U1,U2,…Uk)指待求PROFIBUS-PA总线网段的消耗电压，取供电装置的额定供电电压值与待求网段上所有k个PROFIBUS-PA从站消耗电压值中最大者之差；
Figure FDA0002969840480000021
指待求PROFIBUS-PA总线网段的消耗电流，取待求PROFIBUS-PA总线网段上所有k个PROFIBUS-PA从站消耗电流值累加和与待求PROFIBUS-PA总线网段上所有k个PROFIBUS-PA从站中最大错误电流值之和；
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