Profibus現場總線儀表系統在應用中的幾點分析

摘 要：本文對Profibus現場總線儀表與主設備之間的數據傳輸格式、GSD設備文件描述以及總線儀表的工作原理和在實際應用中的幾個注意問題進行了分析和闡述。

關鍵詞：Profibus總線儀表; 數據格式; GSD

　　現場總線因為其系統開放性和應用的優越性在實踐已經越來越廣泛的得到了應用，并且總線系統的應用特性和技術解釋已經在很多領域得到了描述，以下就筆者在應用中的所涉及的幾個要點進行分析和討論。

一.主從設備之間的數據傳輸和數據格式

　　通過數據交換，PLC能讀取設備發送回來的報文并寫數據給設備，如果數據包含了模擬量測量值，設備通常發送5個字節給PLC。

　　如果，設備發送的測量值比較多時，報文長度相應的增加，測量值的IEEE754計算公式是

　　測量值=（-1）^符號位＊2^{（指數-127）}＊（1+分數）

　　舉例說明： 如果設備發送測量值數據為40 F0 00 00 （十六進制）=0100 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0000 （二進制）

　　測量值 =（-1）⁰＊2^{（129-127）}＊（1+2^-1+2^-2+2^-3）

　　=1＊2²＊（1+0.5+0.25+0.125）

　　=1＊4＊1.875

　　=7.5

　　在此要注意，不是所有的PLC都支持IEEE754數據格式。

　　PLC能通過讀取設備的狀態位來判斷設備的自身狀態信息，設備狀態位數值代表不同的含義，這對設備維護和檢測提供了有效的的手段。

　　總線儀表在與上位機數據傳輸過程中，節省了A/D和D/A轉換中間環節，提高了數據的精度和傳輸速度，同時減少了中間設備及電纜的消耗，降低了勞動強度。

二.總線電流消耗計算：

　　分段耦合器的最大工作電流和其所屬現場儀表設備的電流消耗量決定了一個耦合器能帶動儀表設備的數量，因此，必須要對每個耦合器下的所有設備進行電流消耗計算，一般定義為：

　　在非危險區，允許每個段支持32個設備

　　在危險區，允許每個段支持10個設備

　　計算公式為：耦合器支持電流≥設備基礎工作電流+設備最大故障電流

　　每一種儀表設備的基礎工作電流和其故障電流使不同的，因此使用時要查閱相關的設備規格數據表。

　　由于電纜的阻值，因此會在每個分段中產生壓降，這樣要計算最遠的設備工作電壓的大小，一般不低于9伏，計算公式為：

　　最遠設備電壓=段耦合器輸出電壓 ─ 段電流損耗＊電纜長度

　　在PROFIBUS-PA儀表設備應用前，應該根據設計文件和技術文件，結合現場情況對總線電流功耗進行綜合計算，才能確保儀表設備在通電調試后能完成與主設備正常的通訊。

三.GSD文件：

　　設備數據文件（GSD文件）包含了總線設備的各項工作參數和設備位圖文件，每一種設備都有自己特定的特性描述，通常獲得設備GSD文件有兩種方式：通過internet訪問設備網站進行文件下載;另一種是直接使用提供的含有GSD文件的磁盤。在獲得GSD文件的同時，應詳細的了解整個系統的網絡配置和性能，主從設備之間的協議規約和硬件支持特性等，這樣才能使整個系統有效地協調運行。以下是GSD文件的部分描述內容：

　　通訊速率定義：

　　9.6_supp = 1

　　19.2_supp = 1

　　93.75_supp = 1

　　187.5_supp = 1

　　500_supp = 1

　　1.5M_supp = 1

　　3M_supp = 1

　　6M_supp = 1

　　12M_supp = 1

　　文件應用模塊定義：

　　Module = "centork regulater" 0x3f,0x35

　　EndModule;

　　Module = "centork t/n visu" 0x3f,0x35

　　EndModule;

　　Module = "centork t/n" 0x39

　　EndModule

　　設備文件還包括其它內容：硬件支持，通訊字節數量，響應時間等等。

　　在實際應用時，某些儀表設備在完成系統組態后，主從設備出現通訊問題，經檢查設備的GSD文件，發現文件內容描述與實際組態不匹配或者有差異，調整主設備的適配參數或者修改并構造新的設備文件后系統工作正常。

四.PROFIBUS-PA儀表設備的配置和工作原理：

　　以下內容就PROFIBUS-PA儀表設備的塊模型，設備管理，物理塊，變送塊，功能塊進行簡單描述：

　　（1）PROFIBUS-PA儀表設備的塊模型：

　　圖1-1是一個傳感器的簡單的塊模型，它包含了四種塊，設備管理塊，物理塊，變送塊和功能塊。傳感器信號經過變送塊轉變為測量值，并傳遞給功能塊，功能塊的作用是將測量值進一步的量化和輸出限定，并最終作為PLC輸入值。

　　圖1-2，信號的處理對控制閥門來說是與傳感器信號處理相反的過程，PLC的輸出值作為控制閥門的輸入設定值，經過功能塊的輸出范圍整定，閥門設定值傳送到變送塊，經過信號處理并輸出信號驅動執行機構運轉到設定的位置。

　?。?） PROFIBUS-PA儀表設備的設備管理：

　　設備管理包含的內容有：設備中有哪些塊，塊的索引地址，每一種塊包含多少分項。

　　（3） PROFIBUS-PA儀表設備的物理塊：

　　物理塊包含了設備特性，即設備參數和功能，比如：硬件版本，軟件版本，出廠編號，設備序列號，就地控制使能，故障狀態位診斷等。

　?。?） PROFIBUS-PA儀表設備的變送塊：

　　變送塊是傳感器（執行機構）和功能塊之間的獨立單元，它處理傳感器（執行機構）信號，并通過接口輸出值到功能塊。

　?。?） PROFIBUS-PA儀表設備的功能塊：

　　功能塊包含了基本的控制塊，應用程序把周期循環數據以一定的格式或者規律處理，功能塊主要有三種塊：模擬輸入塊，累加塊，離散量輸入塊。

五.自控儀表系統接地：

　　用電儀表的外殼，儀表盤，控制柜，箱和電纜槽，保護管，支架，底座等正常部帶電的金屬部分，由于絕緣破壞而有可能帶危險電壓，均應做保護接地。對于供電電壓不高于36V的就地儀表或者開關，當無特殊要求時，可不做保護接地。儀表的保護接地應接到電氣工程低壓電氣設備的保護接地網上，注意不應串聯接地;儀表控制系統應單獨做工作接地，工作接地包括信號回路接地和屏蔽接地。在做接地時，應注意接地阻值符合技術要求。在一些地方雷擊比較多時，應考慮防雷接地。有效的接地系統可承受過載電流，并迅速將其導入大地。消除電子噪聲干擾，為整個控制系統提供公共信號參考點。接地在實際應用中容易被忽視，但卻是很重要的一項工作，很多在實驗室試驗成功的工作，在現場卻總會遇到各種問題，比如：安裝位置的磁場效應，周圍動力設備的電磁干擾，電源污染等，因此有效地接地系統提供的保護有兩方面;人員保護和設備保護。

參考文獻：

　　PROFIBUS-PA for IFC 090i

　　PROFIBUS-DP,PA Ba198fen

　　CENTORK PROFIBUS DP manual