第6章PROFIBUS-PA

PROFIBUS-PA总线系统结构及其接口模块设计徐春玲1,2凌志浩1（华东理工大学自动化系1，上海 200237；上海新侨职业技术学院2，上海 200237）摘要：分析了PROFIBUS-PA的系统结构，讨论了支持PROFIBUS-PA的接口模块设计的合适方案，介绍了变送器的PROFIBUS-PA接口电路设计、SPC4芯片的应用、双口RAM的应用以及对数据存取须注意事项，叙述了PROFIBUS-PA接口的通信过程和相关软件的设计方法。

关键词：本质安全接口模块协议芯片0 引言在石油化工等生产过程中，生产现场及周围环境往往有各种各样的易燃易爆物质，当各种类型的电动仪表处于这种应用场合时，必须考虑安全防爆问题，因此产生了本质安全的概念，其本质是限制到达危险区域的电能和热能的程度，使那些导致爆炸发生的能量因素(如温升、火花、电弧)不会产生，因而起到防护作用，这也顺应了减少能耗、降低成本的要求，尤其适合于仪表与自控设备，在使用中可以进行带电维护和接线。

本文通过对PROFIBUS-PA 总体结构的分析，给出运用嵌入式系统和专用协议芯片来设计PROFIBUS-PA接口模块的方法，介绍有关芯片选择及具体实现过程，探讨其中的软、硬件设计问题和需要注意的问题。

1 PROFIBUS-PA总体结构PROFIBUS-PA访问方式有令牌协议（有源主站）、轮询方式（无源从站）两种。

非本安与本安总线系统方案遵循同样规则；现场设备可按总线型（如图1）、树型或混合型等拓扑结构进行连接。

在危险区设备可进行带电操作（测量和校正）和拔插；耗电量较大设备（四线制）可通过单独现场电源供电；低功耗的现场设备（压力或温度变送器）由两线制总线供电，并传送数字信号。

Controller：控制器 Exi：本安型Coupler：耦合器F：现场设备PS：电源Ｔ：终端电阻图1 PROFIBUS—PA总线结构（本安型）本安型总线的电源PS可以是带本安输出的电源或带有隔离器的非本安电源。

通过设计、施工、调试和日常维护来分析Profibus-PA具有以下优势：1、节约施工调试时间传统的变送器都要求经过一次调校和回路联校的过程，而且在回路联校过程中花费更多的时间，因为有校验装置满现场移动和存在接线错误的可能，对PROFIBUS-PA变送器只需要在系统没有安装前进行一次调校，变送器接上后根据地址自动寻址，下装即可，不存在接错线的情况，因为PROFIBUS现场总线是根据地址寻址的，而不是简单的物理连接对应。

对于阀门的调校更是方便，在PRM（工厂仪表设备资源管理系统）或AMS（设备管理软件）上阀门可以进行自动校验，在主控室可以完成所有的工作，包括阀门的实际反馈状态一目了然。

这样使可以为整个工程节约大量的时间和费用。

2、开阔的控制视野传统的DCS只能看到控制器部分的信息，即使采用HRAT智能仪表也只能看见有限的信息，而采用PROFIBUS总线技术的FCS可以看到现场的基层的信息。

PROFIBUS总线的仪表信息非常丰富，如变送器和阀门一般有60多个参数是PROFIBUS-PA行规所规定的，例如：所有的变送器都有2个AI输入，一个是过程变量，另外一个是变送器的温度，变送器的环境温度非常重要，如果在寒冷的冬天变送器需要保温，如果发现变送器温度变低，可以及时发现伴热是否有问题，及早的处理事故隐患。

在生产过程中，对于传统阀门的实际开度操作人员只有根据操作参数或派人到现场查看，间接判断阀门的实际的开度，要得到阀门的准确开度只有增加阀位变送器（需要增加投资），而使用PROFIBUS总线阀门定位器可以准确的反馈阀门的实际开度，操作人员在操作站上看到任何阀门的实际开度，可以提高控制精度并及时发现问题，例如：操作人员发现有阀门报警，输出命令到70%以上后阀门只开到65%，不再开大，即可到现场查看阀门的手轮是否限位，是否有卡涩。

3、强大的自诊断功能PROFIBUS现场总线最大的优势就是强大的自诊断功能，现场总线的AMS或PRM对现场总线仪表上传丰富的信息进行管理，网络上传输的信号有过程变量、测量控制的状态、故障诊断、阀门开关的动作次数等，通过这些信息可以指导维修人员更有效地对现场仪表进行维护，如根据阀门的开度情况，就可以判断阀门的开度有回滞现象，有可能是填料太紧或阀杆有摩擦（有杂物等）原因，逐个排查，通过阀门的动作次数统计可以更好的帮助检修人员判断哪些仪表在有计划停车过程中需要维修，哪些仪表需要准备配件。