PROFIBUS故障安全通信技術(shù)探討

　　如前所述，PROFIsafe并不依托于PROFIBUS的基本安全機(jī)制，而是用附加的CRC來(lái)識(shí)別全部錯(cuò)誤，以達(dá)到所需求的SIL等級(jí)。上面提到的一種專利SIL-Monitor監(jiān)視器(圖14)可以使SIL等級(jí)在分布式故障安全自動(dòng)化方案的生命期內(nèi)保持不變，且不受所用總線部件和組態(tài)的影響。

　　圖14中總線故障原因的綜合給出一個(gè)表征PROFIBUS傳輸系統(tǒng)上受干擾信息的頻率fw(一個(gè)虛構(gòu)的值)。故障源來(lái)自硬件(HW)、EMV/EMI(電磁干擾)及其他。當(dāng)受干擾報(bào)文的頻率超越規(guī)定的界限時(shí)，則F-Host使安全控制回路進(jìn)入安全狀態(tài)。監(jiān)視器時(shí)間周期 T(Monitor time period)決定于SIL等級(jí)和CRC-長(zhǎng)度。

　　數(shù)值是在時(shí)間T內(nèi)最多只容許一個(gè)受干擾報(bào)文存在的情況下計(jì)算出來(lái)的。由圖14可見(jiàn)，PROFIBUS的標(biāo)準(zhǔn)安全機(jī)制(1.Filter)用以識(shí)別HD=4 的每個(gè)位錯(cuò)誤;只有HB≥4的位錯(cuò)誤(special bit patterns)進(jìn)入PROFIsafe安全機(jī)制。如果在標(biāo)準(zhǔn) PROFIBUS ASIC中的安全機(jī)制出現(xiàn)故障(概率很小)，則受干擾的信息以統(tǒng)計(jì)位模式(statistical bit patterns)進(jìn)入 PROFIsafe安全機(jī)制。此種情況下可用下式求出PUS(typ)：?

　　式中：PUS=max.residual error probability(16/32-bit-CRC的最大殘留錯(cuò)誤概率，其中誤碼率-bit error rate為0…0.5)

　　SIL-Monitor本身不是硬件，而是可實(shí)現(xiàn)PROFIsafe-驅(qū)動(dòng)器軟件的一部分。借助SIL-Monitor，F(xiàn)-系統(tǒng)能夠在故障率超過(guò)一定限度之前即采取有效的安全保護(hù)措施，從而避免系統(tǒng)中出現(xiàn)險(xiǎn)情。?

　　PROFIsafe的各項(xiàng)功能可以借助一個(gè)專用芯片(ASICS)或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。德國(guó)的眾多企業(yè)由于各種原因首選了軟件這條路子。上述 “PROFIsafe-驅(qū)動(dòng)器軟件”就是由西門子、Bürkert、Sick、E+H等11家企業(yè)共同開(kāi)發(fā)的，凡參加開(kāi)發(fā)的企業(yè)都有權(quán)獲得開(kāi)發(fā)相應(yīng)設(shè)備(F-主站、F-從站)的許可證。?

　　七、F-控制系統(tǒng)對(duì)F-從站的支持通過(guò)FDT/DTM?

　　智能化F-現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要求F-系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)以下操作提供支持：設(shè)計(jì)、調(diào)試、迅速更換設(shè)備、程控參數(shù)設(shè)置、“Teach-In”、設(shè)備診斷和項(xiàng)目數(shù)據(jù)保存等。

　　在控制器中，通過(guò)DP-V1平臺(tái)(非循環(huán)數(shù)據(jù)交換)和通信功能元件(符合IEC61131-3)來(lái)達(dá)到相關(guān)設(shè)備的整合。設(shè)備制造廠商的參數(shù)化軟件與診斷軟件被整合到系統(tǒng)制造廠商的工程設(shè)計(jì)工具中，則是通過(guò)FDT/DTM-接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所謂FDT/DTM是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化管理軟件。FDT是 PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)之一，2000年底由德國(guó)PNO推出。FDT(Field Device Tool)規(guī)范描述設(shè)備特定軟件(設(shè)備類型管理器 -Device Type Manager)和自動(dòng)化系統(tǒng)工程工具之間的接口，設(shè)備管理軟件的發(fā)展從GSD、Profile、EDDL直至今日的 FDT/DTM。FDT/DTM是將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(PROFIBUS、FF，等等)實(shí)際應(yīng)用到過(guò)程自動(dòng)化的基礎(chǔ)。FDT/DTM、F-Slave(圖中為光柵)和F-控制器中代理功能元件(Proxy FB)之間的互動(dòng)關(guān)系，說(shuō)明了F-系統(tǒng)如何支持F-從站。?

　　一個(gè)安裝在工程工具(ET)中的設(shè)備制造廠商的參數(shù)化軟件與診斷軟件包(DTM)通過(guò)ET的通信接口FDT訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 F-Slave(本例中為光柵)①。在參數(shù)化和調(diào)試之后，參數(shù)組通過(guò)F-控制器中的Proxy FB被裝進(jìn)F-控制器中②，并在那里供迅速更換設(shè)備使用。為驗(yàn)證數(shù)據(jù)(i- Parameter)的可信性和完整性，DTM借助ET讀入Proxy-FB中的狀態(tài)參數(shù)，將它們同存在于F-Slave中的i-Parameter進(jìn)行比較。一旦設(shè)備被更換，Proxy FB能夠自動(dòng)地將i-Parameter裝入F-slave中。PROFIsafe還規(guī)定Proxy-FB能夠自動(dòng)地、周期地執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的測(cè)試程序，以確定該設(shè)備的狀況是否正常。用這種方式可在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻更換有隱患的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。?

　　八、結(jié)束語(yǔ)?

　　最先運(yùn)用PROFIsafe故障安全通信技術(shù)的設(shè)備已于2000年由西門子公司推向市場(chǎng)。其中經(jīng)德國(guó)T V認(rèn)證的西門子自動(dòng)化系統(tǒng) SIMATIC S7-417F/H同ET200M的安全I(xiàn)/O模塊于同年成功地應(yīng)用在歐洲最現(xiàn)代化的煉油廠——德國(guó)海德煉油廠(Raffinerie Heide)加氫裂化裝置中，使該廠不再需要煉油廠中常用的故障安全關(guān)機(jī)系統(tǒng)。