摘 要：本文對Profibus現(xiàn)場總線儀表與主設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸格式、GSD設(shè)備文件描述以及總線儀表的工作原理和在實際應(yīng)用中的幾個注意問題進行了分析和闡述。
關(guān)鍵詞：Profibus總線儀表; 數(shù)據(jù)格式; GSD
現(xiàn)場總線因為其系統(tǒng)開放性和應(yīng)用的優(yōu)越性在實踐已經(jīng)越來越廣泛的得到了應(yīng)用，并且總線系統(tǒng)的應(yīng)用特性和技術(shù)解釋已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了描述，以下就筆者在應(yīng)用中的所涉及的幾個要點進行分析和討論。
一.主從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)格式
通過數(shù)據(jù)交換，PLC能讀取設(shè)備發(fā)送回來的報文并寫數(shù)據(jù)給設(shè)備，如果數(shù)據(jù)包含了模擬量測量值，設(shè)備通常發(fā)送5個字節(jié)給PLC。
如果，設(shè)備發(fā)送的測量值比較多時，報文長度相應(yīng)的增加，測量值的IEEE754計算公式是
測量值=（-1）符號位＊2（指數(shù)-127）＊（1+分?jǐn)?shù)）
舉例說明： 如果設(shè)備發(fā)送測量值數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)格式。
PLC能通過讀取設(shè)備的狀態(tài)位來判斷設(shè)備的自身狀態(tài)信息，設(shè)備狀態(tài)位數(shù)值代表不同的含義，這對設(shè)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(shù)據(jù)傳輸過程中，節(jié)省了A/D和D/A轉(zhuǎn)換中間環(huán)節(jié)，提高了數(shù)據(jù)的精度和傳輸速度，同時減少了中間設(shè)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(xiàn)場儀表設(shè)備的電流消耗量決定了一個耦合器能帶動儀表設(shè)備的數(shù)量，因此，必須要對每個耦合器下的所有設(shè)備進行電流消耗計算，一般定義為：
在非危險區(qū)，允許每個段支持32個設(shè)備
在危險區(qū)，允許每個段支持10個設(shè)備
計算公式為：耦合器支持電流≥設(shè)備基礎(chǔ)工作電流+設(shè)備最大故障電流
每一種儀表設(shè)備的基礎(chǔ)工作電流和其故障電流使不同的，因此使用時要查閱相關(guān)的設(shè)備規(guī)格數(shù)據(jù)表。
由于電纜的阻值，因此會在每個分段中產(chǎn)生壓降，這樣要計算最遠(yuǎn)的設(shè)備工作電壓的大小，一般不低于9伏，計算公式為：
最遠(yuǎn)設(shè)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(shè)備應(yīng)用前，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計文件和技術(shù)文件，結(jié)合現(xiàn)場情況對總線電流功耗進行綜合計算，才能確保儀表設(shè)備在通電調(diào)試后能完成與主設(shè)備正常的通訊。
三.GSD文件：
設(shè)備數(shù)據(jù)文件（GSD文件）包含了總線設(shè)備的各項工作參數(shù)和設(shè)備位圖文件，每一種設(shè)備都有自己特定的特性描述，通常獲得設(shè)備GSD文件有兩種方式：通過internet訪問設(shè)備網(wǎng)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(yīng)詳細(xì)的了解整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置和性能，主從設(shè)備之間的協(xié)議規(guī)約和硬件支持特性等，這樣才能使整個系統(tǒng)有效地協(xié)調(diào)運行。以下是GSD文件的部分描述內(nèi)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(yīng)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(shè)備文件還包括其它內(nèi)容：硬件支持，通訊字節(jié)數(shù)量，響應(yīng)時間等等。
在實際應(yīng)用時，某些儀表設(shè)備在完成系統(tǒng)組態(tài)后，主從設(shè)備出現(xiàn)通訊問題，經(jīng)檢查設(shè)備的GSD文件，發(fā)現(xiàn)文件內(nèi)容描述與實際組態(tài)不匹配或者有差異，調(diào)整主設(shè)備的適配參數(shù)或者修改并構(gòu)造新的設(shè)備文件后系統(tǒng)工作正常。
四.PROFIBUS-PA儀表設(shè)備的配置和工作原理：
以下內(nèi)容就PROFIBUS-PA儀表設(shè)備的塊模型，設(shè)備管理，物理塊，變送塊，功能塊進行簡單描述：
（1）PROFIBUS-PA儀表設(shè)備的塊模型：
圖1-1
圖1-1是一個傳感器的簡單的塊模型，它包含了四種塊，設(shè)備管理塊，物理塊，變送塊和功能塊。傳感器信號經(jīng)過變送塊轉(zhuǎn)變?yōu)闇y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
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(shè)定值，經(jīng)過功能塊的輸出范圍整定，閥門設(shè)定值傳送到變送塊，經(jīng)過信號處理并輸出信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運轉(zhuǎn)到設(shè)定的位置。
（2） PROFIBUS-PA儀表設(shè)備的設(shè)備管理：
設(shè)備管理包含的內(nèi)容有：設(shè)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(shè)備的物理塊：
物理塊包含了設(shè)備特性，即設(shè)備參數(shù)和功能，比如：硬件版本，軟件版本，出廠編號，設(shè)備序列號，就地控制使能，故障狀態(tài)位診斷等。
（4） PROFIBUS-PA儀表設(shè)備的變送塊：
變送塊是傳感器（執(zhí)行機構(gòu)）和功能塊之間的獨立單元，它處理傳感器（執(zhí)行機構(gòu)）信號，并通過接口輸出值到功能塊。
（5） PROFIBUS-PA儀表設(shè)備的功能塊：
功能塊包含了基本的控制塊，應(yīng)用程序把周期循環(huán)數(shù)據(jù)以一定的格式或者規(guī)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(tǒng)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(yīng)做保護接地。對于供電電壓不高于36V的就地儀表或者開關(guān)，當(dāng)無特殊要求時，可不做保護接地。儀表的保護接地應(yīng)接到電氣工程低壓電氣設(shè)備的保護接地網(wǎng)上，注意不應(yīng)串聯(lián)接地;儀表控制系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)注意接地阻值符合技術(shù)要求。在一些地方雷擊比較多時，應(yīng)考慮防雷接地。有效的接地系統(tǒng)可承受過載電流，并迅速將其導(dǎo)入大地。消除電子噪聲干擾，為整個控制系統(tǒng)提供公共信號參考點。接地在實際應(yīng)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(xiàn)場卻總會遇到各種問題，比如：安裝位置的磁場效應(yīng)，周圍動力設(shè)備的電磁干擾，電源污染等，因此有效地接地系統(tǒng)提供的保護有兩方面;人員保護和設(shè)備保護。
參考文獻：
PROFIBUS-PA for IFC 090i
PROFIBUS-DP,PA Ba198fen
CENTORK PROFIBUS DP manual
