Flexible Vernetzung

Thomas Klatt

Die Profibus-PA-Physik gemäß IEC 61158-2 gestattet die Speisung der Feldgeräte über die Busleitung. Bei eigensicheren Anwendungen kommt weiterhin das Fisco-Modell zum Tragen. Es bietet eine einfache Möglichkeit, den Nachweis der Eigensicherheit zu führen. Die Eigensicherheit beschränkt Strom (100 mA), Spannung (13 V) und Leistung, die über die Busleitung übertragen werden können. Dies hat zur Folge, dass maximal 10 Teilnehmer an einem eigensicheren Profibus-PA-Segment betrieben werden können.

Ältere Segmentkoppler setzen zudem eine feste Übertragungsrate auf der Profibus-DP Seite voraus (93,75 kBd oder 45,45 kBd). Da sie transparent arbeiten – das bedeutet, sie empfangen das Signal, setzen es um auf die jeweils andere Physik und senden dieses, ohne den Inhalt zu verändern -, muss bei einem zyklischen Datenaustausch der Profibus-DP-Master auf die Antwort des Profibus-PA-Slave warten. Dies hat zur Folge, dass die Übertragungsgeschwindigkeit reduziert wird.

Die Segmentkoppler der neuen Generation SK-2 sind modular aufgebaut. Sie bestehen in der Minimalkonfiguration aus einer Kopfstation KLD2-GT… und einem Power-Link-Modul KLD2-PL…. Die Kopfstation wird an Profibus-DP angeschlossen und setzt das DP-Telegramm in ein langsameres PA-Telegramm um. Das Power-Link-Modul stellt die Schnittstelle gemäß IEC 61158-2 zur Verfügung. Die Kopfstation kann bis zu vier voneinander unabhängige Segmente besitzen. Jedes Segment enthält einen eigenen Profibus-PA-Master, der die Daten seines Segments in einem Speicherbereich ablegt, den sich alle Master teilen und auf den die DP-Anschaltung des Segmentkopplers zugreift. Bei der Anschaltung handelt es sich um einen reinen Empfänger, der am Profibus-DP keine Adresse benötigt. Wenn der DP-Master nach Daten eines PA-Slave fragt, der an den SK-2 angeschlossen ist, werden die Daten aus dem gemeinsamen Speicherbereich geholt und unmittelbar übertragen. Durch dieses Prinzip muss der DP-Master nicht mehr warten, bis seine Anforderung über Profibus-PA übertragen und beantwortet wurde. Damit lässt sich erreichen, dass auf der Profibus-DP-Seite jede Übertragungsrate gemäß EN 50170-2/IEC 61158 unterstützt wird.

Aus Sicht der Steuerung greift der Profibus-DP-Master direkt auf das Feldgerät zu, der Segmentkoppler arbeitet hierbei transparent. Auch die azyklischen Dienste des Profibus-DP-V1 werden nach einem ähnlichen Prinzip unterstützt. Konfigurations- und Parametriertelegramme lassen sich mit unverändertem Inhalt an das Feldgerät übertragen. Auch hier ist der Segmentkoppler aus Sicht des Anforderers unsichtbar. Das bedeutet, dass durch den Segmentkoppler kein zusätzlicher Parametrieraufwand bei der Inbetriebnahme des Bussystems entsteht.

Durch die Transparenz des Segmentkopplers behandelt der DP-Master die PA-Feldgeräte wie DP-Slaves. Damit gilt die Profibus-DP-Restriktion von 244 Byte E/A-Daten für jedes einzelne Feldgerät. Die in der Kopfstation integrierten PA-Master hinterlegen die Prozessdaten zyklisch in dem gemeinsamen Speicherbereich. Die Übertragungsrate ist hier 31,25 kBd gemäß IEC 61158-2. Da das DP-Segment unabhängig von den PA-Segmenten arbeitet, sind für die Berechnung der Update-Zeit für ein PA-Feldgerät die Zykluszeiten beider Systeme zu addieren. Trotzdem ist das Gesamtsystem schneller geworden, da der Profibus-DP nun mit erheblich höheren Übertragungsraten (12 MBd) arbeiten kann.

An jedes Profibus-PA-Segment, repräsentiert durch einen integrierten PA-Master, lassen sich bis zu fünf Power-Link-Module anschließen. Jedes Modul eröffnet einen Profibus-PA-Strang. Jeder PA-Strang kann für eigensichere Anwendungen EEx ia eine Leitungslänge von maximal 1000 m haben und bis zu 10 Teilnehmer betreiben. Mit einer vierkanaligen Kopfstation lassen sich also bis zu 20 PA-Stränge betreiben. Bei den Power-Link-Modulen ohne eigensichere Schnittstelle beträgt der Ausgangsstrom 400 mA. Die Leitung kann bis zu 1900 m lang sein und ist für bis zu 32 Teilnehmer geeignet. Sollen beispielsweise 16 Profibus-PA-Feldgeräte betrieben werden, so kann dies mit einer einkanaligen Kopfstation und vier Power-Link-Modulen realisiert werden. Wird jedoch eine Kopfstation mit vier Segmenten verwendet und jedes der vier Power-Link-Module einem Profibus-PA-Segment zugeordnet, wird die Anzahl der PA-Feldgeräte pro Segment von 16 auf 4 reduziert. Dadurch sinkt die Zykluszeit des PA-Segments und die Applikation wird schneller. Sowohl die Kopfstation als auch das Power-Link-Modul mit eigensicherer Schnittstelle gibt es für die Montage in der Zone 2. Die Kopfstation bietet optional einen redundanten Anschluss für die DP-Übertragungsleitung. Der modulare Segmentkoppler basiert auf dem K-System und dem Power Rail, das die Komponenten des Segmentkopplers speist. Die dazu notwendigen Einspeisebausteine lassen sich redundant ausführen.

E cav 246