PROFIBUS故障安全通信技術探討

　　如前所述，PROFIsafe并不依托于PROFIBUS的基本安全機制，而是用附加的CRC來識別全部錯誤，以達到所需求的SIL等級。上面提到的一種專利SIL-Monitor監(jiān)視器(圖14)可以使SIL等級在分布式故障安全自動化方案的生命期內保持不變，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表征PROFIBUS傳輸系統(tǒng)上受干擾信息的頻率fw(一個虛構的值)。故障源來自硬件(HW)、EMV/EMI(電磁干擾)及其他。當受干擾報文的頻率超越規(guī)定的界限時，則F-Host使安全控制回路進入安全狀態(tài)。監(jiān)視器時間周期 T(Monitor time period)決定于SIL等級和CRC-長度。

　　數(shù)值是在時間T內最多只容許一個受干擾報文存在的情況下計算出來的。由圖14可見，PROFIBUS的標準安全機制(1.Filter)用以識別HD=4 的每個位錯誤;只有HB≥4的位錯誤(special bit patterns)進入PROFIsafe安全機制。如果在標準 PROFIBUS ASIC中的安全機制出現(xiàn)故障(概率很小)，則受干擾的信息以統(tǒng)計位模式(statistical bit patterns)進入 PROFIsafe安全機制。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，而是可實現(xiàn)PROFIsafe-驅動器軟件的一部分。借助SIL-Monitor，F(xiàn)-系統(tǒng)能夠在故障率超過一定限度之前即采取有效的安全保護措施，從而避免系統(tǒng)中出現(xiàn)險情。?

　　PROFIsafe的各項功能可以借助一個專用芯片(ASICS)或軟件來實現(xiàn)。德國的眾多企業(yè)由于各種原因首選了軟件這條路子。上述 “PROFIsafe-驅動器軟件”就是由西門子、Bürkert、Sick、E+H等11家企業(yè)共同開發(fā)的，凡參加開發(fā)的企業(yè)都有權獲得開發(fā)相應設備(F-主站、F-從站)的許可證。?

　　七、F-控制系統(tǒng)對F-從站的支持通過FDT/DTM?

　　智能化F-現(xiàn)場設備要求F-系統(tǒng)為實現(xiàn)以下操作提供支持：設計、調試、迅速更換設備、程控參數(shù)設置、“Teach-In”、設備診斷和項目數(shù)據(jù)保存等。

　　在控制器中，通過DP-V1平臺(非循環(huán)數(shù)據(jù)交換)和通信功能元件(符合IEC61131-3)來達到相關設備的整合。設備制造廠商的參數(shù)化軟件與診斷軟件被整合到系統(tǒng)制造廠商的工程設計工具中，則是通過FDT/DTM-接口來實現(xiàn)的。所謂FDT/DTM是現(xiàn)場設備智能化管理軟件。FDT是 PROFIBUS標準之一，2000年底由德國PNO推出。FDT(Field Device Tool)規(guī)范描述設備特定軟件(設備類型管理器 -Device Type Manager)和自動化系統(tǒng)工程工具之間的接口，設備管理軟件的發(fā)展從GSD、Profile、EDDL直至今日的 FDT/DTM。FDT/DTM是將現(xiàn)場總線技術(PROFIBUS、FF，等等)實際應用到過程自動化的基礎。FDT/DTM、F-Slave(圖中為光柵)和F-控制器中代理功能元件(Proxy FB)之間的互動關系，說明了F-系統(tǒng)如何支持F-從站。?

　　一個安裝在工程工具(ET)中的設備制造廠商的參數(shù)化軟件與診斷軟件包(DTM)通過ET的通信接口FDT訪問現(xiàn)場設備 F-Slave(本例中為光柵)①。在參數(shù)化和調試之后，參數(shù)組通過F-控制器中的Proxy FB被裝進F-控制器中②，并在那里供迅速更換設備使用。為驗證數(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進行比較。一旦設備被更換，Proxy FB能夠自動地將i-Parameter裝入F-slave中。PROFIsafe還規(guī)定Proxy-FB能夠自動地、周期地執(zhí)行現(xiàn)場設備的測試程序，以確定該設備的狀況是否正常。用這種方式可在適當?shù)臅r刻更換有隱患的現(xiàn)場設備。?

　　八、結束語?

　　最先運用PROFIsafe故障安全通信技術的設備已于2000年由西門子公司推向市場。其中經德國T V認證的西門子自動化系統(tǒng) SIMATIC S7-417F/H同ET200M的安全I/O模塊于同年成功地應用在歐洲最現(xiàn)代化的煉油廠——德國海德煉油廠(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機系統(tǒng)。