6-PROFIBUS PA现场总线技术及产品开发

1、PROFIBUS PA 现场总线产品开发PROFIBUS PA 技术概述PROFIBUS PA 产品开发流程PROFIBUS PA 产品的测试与认证主要内容2PROFIBUS DP 技术概述第一部分3PROFIBUS DP通信技术PROFIBUS PA设备组态集成技术主要内容41类主站主要是控制器设备，负责和连接在总线上的I/O从站设备进行循环数据通信决定总线通信参数，如波特率，站响应延迟等主站之间轮流持有令牌，永久存在于应用系统中，对系统控制器决定作用2类主站主要是系统诊断工具，和总线上的设备进行非循环数据通信和其他主站轮流持有令牌，但不必永久地存在于系统中，仅在需要时加入系统中PROFIB

2、US 通信技术概念5从站主要作为分散的外围I/O设备被动地响应主站的请求数据不持有总线令牌，不主动发送数据PROFIBUS 通信技术概念6PROFIBUS 通信技术站间通信7PROFIBUS 通信技术数据帧格式DPPA8PROFIBUS 通信技术数据帧格式9PROFIBUS 通信技术DPV0循环数据通信MSCY10参数化阶段，主站通过SET_PRM服务对从站进行参数化配置组态检查阶段，主站通过CHK_CFG服务使用预设的组态数据和从站的实际组态数据进行比较数据传输阶段，在参数化和组态检查成功后，主站和从站进入数据交换（DATA_EXCH）状态在以上三个阶段中，主站可以通过GET_DIAG和GL

3、B_CMD对从站进行诊断和发送控制命令PROFIBUS 通信技术DPV011PROFIBUS 通信技术DPV0诊断数据（GET_DIAG）有的从站只有标准的6个字节诊断数据H-Header,包括数据块信息和数据块长度12标准的诊断数据，6个字节，包括状态字节，主站地址，设备标识等信息设备相关诊断数据，设备自身诊断，如设备温度，低压指示数据模块相关诊断数据，与设备某个物理模块相关的诊断信息，如第8个模块是否有故障通道相关诊断数据，与设备模块某个通道相关的诊断信息，如某个输入模块的第3个通道短路或开路PROFIBUS 通信技术DPV013PROFIBUS 通信技术DPV0参数化数据（SET_PRM

4、）前7个字节数据是标准的，必须支持8-10字节数据为DPV1预留14PROFIBUS 通信技术DPV0字节描述1Station status，站状态信息2WD-Factor 1，看门狗参数13WD-Factor 2，看门狗参数24minTSDR，最小站响应延迟5Ident Number (高字节)，设备标识6Ident Number (低字节)，设备标识7Group Ident，组标识标准的参数化数据15PROFIBUS 通信技术DPV0Station Status16看门狗定时器参数由WD-Factor 1和WD-Factor 2计算得来，看门狗超时时间=WD-Factor 1*WD-Fac

5、tor 2*10毫秒minTSDR规定从站在发送响应数据之前至少要等待的时间，单位是bit time，默认值为11bit timeIdent Number，设备标识号，每一种类型设备都有唯一的标识号，通过它主站可以快速地识别设备类型。Ident Number由PNO统一发放。PROFIBUS 通信技术DPV017PROFIBUS 通信技术DPV0组态数据（CHK_CFG），标准类型18PROFIBUS 通信技术DPV0组态数据（CHK_CFG），自定义类型19PROFIBUS 通信技术DPV1非循环数据通信MSAC20PROFIBUS 通信技术DPV1通过非循环读写服务访问I/O数据211类主

6、站MSAC1_READMSAC1_WRITE2类主站MSAC2_INITIATEMSAC2_ABORTMSAC2_READMSAC2_WRITEMSAC2_DATA_TRANSPORTPROFIBUS 通信技术DPV1主站的DPV1功能2类主站的DPV1功能被普遍使用在PROFIBS PA技术和远程I/O技术中22PROFIBUS PA是一种应用于分散式自控系统和现场设备之间的通信系统。以PROFIBUS DP为基础，增加了PA行规和相应的曼彻斯特编码总线供电通信技术。可以满足过程控制中的特殊要求，如总线供电以及符合本安要求的介质传输技术等。PROFIBUS PA概念PROFIBUS PAPR

7、OFIBUS DPPA ProfileMBPMBP- Manchester code Bus Power 23PROFIBUS PA的一些具体通信设备如下现场设备和仪表链接器便携设备中继器DP/PA耦合器PROFIBUS PA常见的通信设备24PROFIBUS PA现场设备模型典型的PA现场设备模型应用单元通信控制器编码解码器介质单元25PROFIBUS PA拓扑结构树形结构Controller-控制器 PS-电源JB-分配器Coupler-耦合器/链接器 T-终端电阻26PROFIBUS PA拓扑结构总线型结构Controller-控制器 PS-电源JB-分配器Coupler-耦合器/链接器

8、 T-终端电阻27PROFIBUS PA拓扑结构混合型结构Controller-控制器 PS-电源JB-分配器Coupler-耦合器/链接器 T-终端电阻28定义如何将现场仪表的过程数据映射到PROFIBUS DP协议栈中。引入功能块技术，定义了标准的参数以及功能块和转换块类型。PA设备需要支持DPV0和DPV1功能。1类主站通过循环通信服务和PA设备进行数据交换，实时获取PA设备过程数据。2类主站通过非循环服务获取PA设备参数信息，从而实现对PA设备的诊断，校准，线性化等操作。PROFIBUS PAPA行规概念29PROFIBUS PAPA行规文档结构30PROFIBUS PAPA设备模型3

9、1GSD文件是用于对PROFIBUS DP设备进行组态配置的文本文件大致分为三个部分一般规范，包括生产商名称，版本信息，支持的波特率等。与DP主站有关的规范，如连接从站的最大数目，上载和下载能力等。与DP从站有关的规范，如输入输出通道的数据和类型，用户扩展的参数化数据和诊断数据等设备组态集成GSD文件32EDD可以提供一个互操作环境，使DCS系统或者手操器可以获取现代自动化传感器和执行机构里面的信息用于：组态设备标定诊断问题提供显示在用户界面上的数据和报警现在已经有了超过两千万的现场设备使用EDD技术连接各家厂商的主机。设备组态集成EDD设备描述33标准化的EDDL作为一项标准语言用来描述：设

10、备参数及依赖关系设备功能，例如仿真模式，标定图形化的表示，例如菜单，对话框与控制设备互动EDDL用于创建EDD，EDD被控制系统以合适的工具用于实现参数组态，调整，操作及监视EDDL被四大基金会认同现场总线基金会HART基金会Profibus基金会OPC基金会设备组态集成EDD设备描述34PROFIBUS PA 产品开发流程第二部分35产品设计产品开发几种解决方案主要内容36PROFIBUS PA 产品开发流程-产品设计PA执行器基本组件MAU： Medium Attachment UnitE/P： Electric to Pneumatic ConverterM/E： Mechanical

11、to Electric Transducer37PROFIBUS PA 产品开发流程-产品设计PA变送器基本组件MAU： Medium Attachment Unit38与传统产品设计相似针对需求设计产品的外观尺寸，所需要的部件。项目管理很重要。需要管理人具有丰富的现场总线产品开发和应用的经验，以便合理安排开发时间、开发资源和后期的测试。与传统产品设计不同总线产品要远比传统产品功能复杂，要综合考虑，合理利用已有的资源和技术，不一定要一切从头做起。总线产品的通信协议要求具有高度的一致性和时间确定性。因为通信网络既是控制系统，控制信号被分散到网络上的设备中。不像DCS和PLC那种集中控制设备。PR

12、OFIBUS PA 产品开发流程-产品设计39与传统产品设计不同（续）总线产品的功能要求具有很好的可互操作性，来自不同厂商的同类设备可以实现互换而不影响应用。PNO要求所有PROFIBUS PA产品通过协议栈的一致性测试和功能块的标准参数读写测试。因此复杂的功能和严格的认证测试对开发总线产品提出了更高的要求。PROFIBUS PA 产品开发流程-产品设计40利用现有产品开发PA总线产品的几点考虑自己开发总线通信板卡？还是购买市场上成熟的总线板卡？自己开发PA通信协议栈软件？还是购买经过测试认证的商业通信协议栈软件？自己开发功能块应用软件？还是购买经过测试认证的商业功能块应用软件？自己编写变换块

13、程序？还是购买服务由专业团队定制开发？PROFIBUS PA 产品开发流程-产品开发41PROFIBUS PA产品开发流程-产品开发项目开始硬件开发与测试PA协议栈购买购买购买协议栈软件开发与测试确定硬件需求集成协议栈PA通信卡PA功能块PA变换块集成功能块功能块软件开发与测试确定参数和功能需求变换块软件开发与测试设备集成与测试测试与认证定制开发42Softing公司（）PA Protocol Software，协议栈软件。PA功能块软件。PA评估板。UFC100通信芯片。PA开发工具包。PROFIBUS PA 产品开发流程-解决方案43Mesco System（）PROFIBUS PA De

14、sign Package，开发工具包。PROFIBUS PA Hardware Design，硬件设计 。PROFIBUS PA 产品开发流程-解决方案44Siemens（）PROFIBUS PA协议芯片，集成大部分DP通信协议。PROFIBUS PA 开发工具包。OEM定制开发服务PROFIBUS PA 产品开发流程-解决方案45沈阳中科博微公司()PROFIBUS PA 总线产品开发工具包。FBC0409 FF-H1总线通信芯片。OEM方式定制开发。PROFIBUS PA 产品开发流程-解决方案46主要内容PROFIBUS PA通信圆卡PROFIBUS PA软件开发包技术支持PROFIBU

15、S PA产品开发流程-PA开发工具包47PA通信圆卡符合IEC61158-2 物理层标准，通过物理层认证测试通过EMC测试认证：符合GB/T 17626要求通过FISCO 本质安全认证总线供电：9 32 VDC电流消耗： 14mA外设通信接口：UART串口可提供 6mA/3.3V 稳压电源（或根据用户要求订制），供仪表卡使用工作温度：-4085PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包48PA通信圆卡（续）AT91SAM7SE512 ARM7处理器，集成512K Flash，32K RAM。 圆卡集成512K 静态RAM。圆卡集成32KEEPROM。下载不同的固件，圆卡可以实现PROF

16、IBUS PA和FF H1通信协议。PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包49PROFIBUS PA软件开发包基于FF/PA圆卡硬件平台和Nucleus Plus嵌入式实时操作系统。将PA通信协议和功能块管理封装成PAShell库，开放标准功能块程序代码。开发人员只要简单地设置一些参数即可构建一个完整的PA通信协议栈。提供EDD和GSD文件模板。用户接口应用程序开发模板。提供基于ARM的驱动程序源码，串口通信源码等。PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包50PROFIBUS PA软件开发包-软件结构图PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包51PROFIBUS

17、 PA软件开发包-软件开发流程PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包52PROFIBUS PA软件开发包-功能块注册PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包53PROFIBUS PA软件开发包-DP接口功能实现PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包54PROFIBUS PA软件开发包-EDD&GSD开发PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包55PROFIBUS PA软件开发包-固件启动过程PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包56技术服务为期一周的培训。协助用户开发一种类型的PA总线产品并通过认证测试。在维护期内用户可以免费得到开发工具包更新程序。PROFIBUS PA产品开发流程-PA开发工具包57OEM定制开发用户提供传感器或者执行器。双方协商确定通信协议格式。用户提供传感器或者执行器的参数数据。我们为用户设计并开发功能块和变换块程序。协助用户完成产品的认证测试。PROFIBUS PA产品开发流程 - OME定制开发博微公司提供通信卡厂家提供传感、执行器等双方协商通讯协议格式进行定制开发，形成OEM产品58PROFIBUS PA 产品测试与认证第三部分59PROFIBUS PA 产品测试与认证主要内容设备物理层测试PROFIBUS PA 协议和行规测试产品认证60PROFIB