Profibus-PA现场总线技术研究和应用

图2 传统方法与使用Profibus-PA的比较

2.2.2 传输技术

Profibus-PA传输技术采用IEC1158-2技术，能满足化工和石油化工业的要求。它可保持其本身安全性，并通过总线对现场设备供电。IEC1158-2是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称为H1。IEC1158-2技术用于Profibus-PA，其传输以下列原理为依据:

1)每段只有1个电源作为供电装置;

2)当站收发信息时，不向总线供电;

3)每站现场设备所消耗的为常量稳态基本电流;

4)现场设备的作用如同无源的电流吸收装置;

5)主总线两端起无源终端线作用;

6)允许使用线性、树型和星型网络;

7)为提高可靠性，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。