Profibus-PA現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)研究和應(yīng)用

圖2 傳統(tǒng)方法與使用Profibus-PA的比較

2.2.2 傳輸技術(shù)

Profibus-PA傳輸技術(shù)采用IEC1158-2技術(shù)，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本身安全性，并通過(guò)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。IEC1158-2是一種位同步協(xié)議，可進(jìn)行無(wú)電流的連續(xù)傳輸，通常稱為H1。IEC1158-2技術(shù)用于Profibus-PA，其傳輸以下列原理為依據(jù):

1)每段只有1個(gè)電源作為供電裝置;

2)當(dāng)站收發(fā)信息時(shí)，不向總線供電;

3)每站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流;

4)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的作用如同無(wú)源的電流吸收裝置;

5)主總線兩端起無(wú)源終端線作用;

6)允許使用線性、樹(shù)型和星型網(wǎng)絡(luò);

7)為提高可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)可采用冗余的總線段;

8)為了調(diào)制的目的，每個(gè)總線站至少需用10mA基本電流才能使設(shè)備啟動(dòng)。

2.3 Profibus-PA總線存取協(xié)議

3種Profibus(DP，F(xiàn)MS，PA)均使用一致的總線存取協(xié)議。該協(xié)議是通過(guò)OSI參考模型的第2層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它也包括數(shù)據(jù)的可靠性以及傳輸協(xié)議和報(bào)文的處理。

在Profibus中，第2層稱為現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層(FDL)。介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦颉AC必須確保在任何一個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。Profibus協(xié)議的設(shè)計(jì)旨在滿足介質(zhì)存取控制的兩個(gè)基本要求:1)在復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)(主站)間的通信，必須保證在確切限定的時(shí)間間隔中，任何一個(gè)站點(diǎn)要有足夠的時(shí)間來(lái)完成通信任務(wù)。2)在復(fù)雜的程序控制器和簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備(從站)間通信，應(yīng)盡可能快速又簡(jiǎn)單地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。 2.4 Profibus-PA行規(guī)

Profibus-PA行規(guī)保證了不同廠商所生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互換性和互操作性，從Profibus用戶組織訂購(gòu)，訂單編號(hào)為3.042。Profibus-PA行規(guī)的任務(wù)是選用各種類型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備真正需要的通信功能，并提供這些設(shè)備功能和設(shè)備行為的一切必要規(guī)范，也包括適用于各種類型設(shè)備的組態(tài)信息的設(shè)備數(shù)據(jù)單。對(duì)所有通用的測(cè)量變送器和其他被選類型的設(shè)備作了具體規(guī)定，這些設(shè)備如:壓力、液位、溫度和流量用的測(cè)量變送器;數(shù)字量輸入和輸出;模擬量輸入和輸出;閥門;定位器等。每臺(tái)設(shè)備將提供Profibus-PA行規(guī)定的各項(xiàng)參數(shù)。

2.5 Profibus-PA接口技術(shù)

Profibus協(xié)議是開(kāi)放的，與制造商無(wú)關(guān)，沒(méi)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)。世界上任何人都可以獲得這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出自己的軟、硬件解決方案。原則上，Profibus協(xié)議在任何微處理器上都可以實(shí)現(xiàn)。在微處理器內(nèi)部或外部安裝異步串行通信接口即可完成。但當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率超過(guò)500Kbit/s，或需要使用IEC1158-2傳輸技術(shù)時(shí)，一般建議使用協(xié)議專用芯片。

2.5.1 Profibus協(xié)議專用ASICs芯片)))SPC4芯片

ASICs芯片SPC4是一種用于從站的智能通信芯片，由于該芯片具有低功耗管理系統(tǒng)，因此特別適合用于本質(zhì)安全場(chǎng)合，適合用作Profibus-PA協(xié)議的開(kāi)發(fā)。Profibus-PA是用于過(guò)程自動(dòng)化的Profibus。物理層傳輸技術(shù)符合IEC1158-2，而鏈路層以上與Profibus-DP相同。SPC4用于Prof-ibus-DP從站連接時(shí)使用帶隔離的RS-485驅(qū)動(dòng)。

SPC4還提供了SIM1的同步接口，SIM1芯片用于Profibus-PA單元，數(shù)據(jù)傳輸符合IEC1158-2;同時(shí)該芯片具有1.5Kbyte的信息報(bào)文存儲(chǔ)器。

SPC4可處理報(bào)文，地址碼及備份數(shù)據(jù)序列，可完全按照協(xié)議，完成Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)通信，加快了協(xié)議的處理過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及接口模塊中微處理器的工作可以減輕。總線存取采用硬件驅(qū)動(dòng)。Profibus-PA的參數(shù)和診斷功能均可由固態(tài)程序完成。SPC4需要與微處理器及其他固態(tài)程序一起工作。

2.5.2 PB-B-RS-232接口模塊

PB-B-RS-232接口模塊是Profibus總線bridge(橋)系列中的產(chǎn)品，通過(guò)該模塊可以將具有RS-232接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到Profibus總線上，使設(shè)備成為Profibus總線上的一個(gè)從站。應(yīng)用總線橋?qū)S-232或RS-485接口設(shè)備連接到Prof-ibus總線上，凡具有RS-232接口、用戶能夠得到接口通信協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，都可以使用本產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與Profibus的互連。如:變頻器、智能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備及儀表等。

2.5.3 Profibus-PA開(kāi)發(fā)包

開(kāi)發(fā)包可以幫助建立滿足協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的Prof-ibus從站:如Profibus-DPV1(RS-485)、Profibus-PA(IEC1158-2)、基于光纜的Profibus等，開(kāi)發(fā)環(huán)境說(shuō)明了ASICSIM1如何作為介質(zhì)附屬單元而使系統(tǒng)按照IEC1158-2的要求適合Profibus-PA技術(shù)。

Profibus-PA設(shè)備必須通過(guò)提供PDM軟件進(jìn)行組態(tài)。Coupler的目的是將DP技術(shù)轉(zhuǎn)換PA技術(shù)，并且只要正確連接電纜便能與主系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊。