Profibus-PA现场总线技术研究和应用
靠性,设计时可采用冗余的总线段; 8)为了调制的目的,每个总线站至少需用10mA基本电流才能使设备启动。 2.3 Profibus-PA总线存取协议 3种Profibus(DP,FMS,PA)均使用一致的总线存取协议。该协议是通过OSI参考模型的第2层来实现的。它也包括数据的可靠性以及传输协议和报文的处理。 在Profibus中,第2层称为现场总线数据链路层(FDL)。介质访问控制(MAC)具体控制数据传输的程序。MAC必须确保在任何一个时刻只能有一个站点发送数据。Profibus协议的设计旨在满足介质存取控制的两个基本要求:1)在复杂的自动化系统(主站)间的通信,必须保证在确切限定的时间间隔中,任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。2)在复杂的程序控制器和简单的I/O设备(从站)间通信,应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。 2.4 Profibus-PA行规 Profibus-PA行规保证了不同厂商所生产的现场设备的互换性和互操作性,从Profibus用户组织订购,订单编号为3.042。Profibus-PA行规的任务是选用各种类型现场设备真正需要的通信功能,并提供这些设备功能和设备行为的一切必要规范,也包括适用于各种类型设备的组态信息的设备数据单。对所有通用的测量变送器和其他被选类型的设备作了具体规定,这些设备如:压力、液位、温度和流量用的测量变送器;数字量输入和输出;模拟量输入和输出;阀门;定位器等。每台设备将提供Profibus-PA行规定的各项参数。 2.5 Profibus-PA接口技术 Profibus协议是开放的,与制造商无关,没有知识产权的标准。世界上任何人都可以获得这个标准并开发设计出自己的软、硬件解决方案。原则上,Profibus协议在任何微处理器上都可以实现。在微处理器内部或外部安装异步串行通信接口即可完成。但当数据传输速率超过500Kbit/s,或需要使用IEC1158-2传输技术时,一般建议使用协议专用芯片。 2.5.1 Profibus协议专用ASICs芯片)))SPC4芯片 ASICs芯片SPC4是一种用于从站的智能通信芯片,由于该芯片具有低功耗管理系统,因此特别适合用于本质安全场合,适合用作Profibus-PA协议的开发。Profibus-PA是用于过程自动化的Profibus。物理层传输技术符合IEC1158-2,而链路层以上与Profibus-DP相同。SPC4用于Prof-ibus-DP从站连接时使用带隔离的RS-485驱动。 SPC4还提供了SIM1的同步接口,SIM1芯片用于Profibus-PA单元,数据传输符合IEC1158-2;同时该芯片具有1.5Kbyte的信息报文存储器。 SPC4可处理报文,地址码及备份数据序列,可完全按照协议,完成Profibus-DP网络上的数据通信,加快了协议的处理过程,现场设备及接口模块中微处理器的工作可以减轻。总线存取采用硬件驱动。Profibus-PA的参数和诊断功能均可由固态程序完成。SPC4需要与微处理器及其他固态程序一起工作。 2.5.2 PB-B-RS-232接口模块 PB-B-RS-232接口模块是Profibus总线bridge(桥)系列中的产品,通过该模块可以将具有RS-232接口的现场设备连接到Profibus总线上,使设备成为Profibus总线上的一个从站。应用总线桥将RS-232或RS-485接口设备连接到Prof-ibus总线上,凡具有RS-232接口、用户能够得到接口通信协议的现场设备,都可以使用本产品实现现场设备与Profibus的互连。如:变频器、智能现场测量设备及仪表等。 2.5.3 Profibus-PA开发包 开发包可以帮助建立满足协议标准的Prof-ibus从站:如Profibus-DPV1(RS-485)、Profibus-PA(IEC1158-2)、基于光缆的Profibus等,开发环境说明了ASICSIM1如何作为介质附属单元而使系统按照IEC1158-2的要求适合Profibus-PA技术。 Profibus-PA设备必须通过提供PDM软件进行组态。Coupler的目的是将DP技术转换PA技术,并且只要正确连接电缆便能与主系统实现通讯。 3 Profibus-PA总线的工程实例 从市场上看,自1998年Profibus-PA在国内首次安装后,其应用领域已扩大到多种行业,并正以每年超过100%的增长率快速进入更多的行业。 自控系统的主要供应商Siemens,ABB,Honeywell,AB,Fisher-Rosemount等均已在其系统中集成了该总线。可以预见,在未来几年,总线仪表将会逐步代替传统4~20mA模拟仪表且实现国产化。 3.1 Rofibus-PA在Wacker化工厂的应用 Wacker化工厂是在1914年10月由德国Dr.AlexanderWacker建立的。1992年,该化工厂员工人数达到113万人,实现32亿德国马克的营业额,主要生产硅和胶制品。Wacker化工厂从1997年1月开始实施Rofibus-PA项目,在该项目中仪器仪表和控制设备的总价值达500万马克,总共使用了1000个Rofibus-PA的传感器和执行器,如图3所示。由于Profibus-PA的使用,使新的生产
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