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作者簡(jiǎn)介：惠敦炎，西門子（中國(guó)）有限公司IIA AS SE BU高級(jí)顧問，西南大學(xué)兼職教授。從1996年至今，一直從事PROFIBUS（-PA，-DP），PROFINET技術(shù)應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)化及其在中國(guó)的戰(zhàn)略研究。近年來，撰寫論述10多篇，已在各專業(yè)期刊上發(fā)表。2007年的譯著“PROFIBUS PA過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”（作者：［德］克·迪德里希/托·班葛曼主編），1987年因參與并負(fù)責(zé)國(guó)家科委一項(xiàng)研究課題而獲得國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。現(xiàn)研究方向?yàn)樵赑ROFIBUS與PROFINET的安全通信技術(shù)-PROFIsafe，PROFIBUS PA和自動(dòng)化設(shè)備的電氣安全標(biāo)準(zhǔn)化工作方面。
摘 要：本文概述了PROFIBUS、PROFINET和PROFIsafe多年來在全球的迅猛發(fā)展，在今日中國(guó)的制造業(yè)和流程工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，并建立了獨(dú)特的標(biāo)準(zhǔn)體系。文章從PROFIBUS技術(shù)的幾方面論述其在安全、節(jié)約與增效方面的重大作用，而這些作用正是PROFIBUS深受中國(guó)用戶青睞的主要理由之一。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS；工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統(tǒng)PROFINET；PROFIBUS和PROFINET的故障安全通信系統(tǒng)PROFIsafe；安全；功能安全；可用性；冗余；冗余環(huán)；電子設(shè)備描述EDD；電子設(shè)備描述語(yǔ)言EDDL；PROFIBUS PA行規(guī)PROFIBUS PA-Profil；可靠性；全集成安全通信系統(tǒng)
1 引言
歷經(jīng)了20年輝煌成就的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)PROFIBUS（1987），正在崛起的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統(tǒng)PROFINET（2000）以及這兩者共同使用的、具有劃時(shí)代意義的故障安全通信技術(shù)PROFIsafe（1999），在全球每年正以兩位數(shù)的驚人速度增長(zhǎng)，方興未艾，成為當(dāng)代自動(dòng)化技術(shù)在該領(lǐng)域的三大支柱。三者之組合可以構(gòu)建當(dāng)今與未來最佳的自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)，能夠?yàn)槿魏螐?fù)雜、多變、連續(xù)的和斷續(xù)的生產(chǎn)過程提供最經(jīng)濟(jì)、最安全的自動(dòng)化解決方案（圖1-4）。
圖1 1990-2012 PROFIBUS節(jié)點(diǎn)數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)
圖2 2001-2007 PROFIBUS PA設(shè)備與節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增長(zhǎng)情況
圖3 2001-2010 PROFINET節(jié)點(diǎn)數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)
圖4 2004-2007 PROFIsafe節(jié)點(diǎn)/系統(tǒng)的增長(zhǎng)情況
在今日中國(guó)，它們?cè)谥圃鞓I(yè)和流程工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，在保障人、機(jī)器和環(huán)境的安全方面以及在節(jié)約與增效方面，發(fā)揮著各自的重大作用。值得關(guān)注的是，中國(guó)唯一的基于PROFIBUS的標(biāo)準(zhǔn)化體系已經(jīng)建立（圖5），基本上實(shí)現(xiàn)了1997/1998年提出的標(biāo)準(zhǔn)化長(zhǎng)期戰(zhàn)略目標(biāo)，成為促進(jìn)中國(guó)自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展的有利因素之一。
圖5 基于PROFIBUS/PROFINET的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化體系
本文僅從PROFIBUS技術(shù)的幾個(gè)方面論述其在安全、節(jié)約與增效方面的重要作用，而這些作用正是PROFIBUS深受中國(guó)市場(chǎng)和用戶的歡迎與青睞的主要原因之一。
2 安全性與可用性
2.1 PROFIsafe與功能安全
所謂安全性（Safety）是要求防御由各種原因造成的危害（如運(yùn)動(dòng)、壓力、灼熱、放射性、電擊等等）。“功能安全”（Functional Safety）是防御由不正確功能所造成的危害。PROFIsafe則是正確傳輸信息，以滿足功能安全的要求。例如，根據(jù)IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，SIL3所對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)失效概率為10-7/h，對(duì)于一個(gè)由傳感器、邏輯運(yùn)算單元和執(zhí)行器組成的SIL3級(jí)安全回路，PROFIsafe在安全功能危險(xiǎn)失效總概率中占1%，所對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)失效概率為10-9/h，即>SIL3級(jí)的要求。1999年P(guān)ROFIsafe的問世在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中開創(chuàng)了故障安全通信技術(shù)的新紀(jì)元。它實(shí)現(xiàn)了安全通信和標(biāo)準(zhǔn)通信在同一根電纜上共存的幻想，從而可以取代傳統(tǒng)的基于繼電器技術(shù)的專用安全總線（圖6、7）。迄今為止，PROFIBUS因其擁有通過TüV-德國(guó)技術(shù)監(jiān)督聯(lián)合會(huì)，BGIA-德國(guó)工傷保險(xiǎn)職業(yè)安全研究所，UL-美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)認(rèn)證的PROFIsafe安全技術(shù)解決方案（VI.30），是世界上第一個(gè)按照IEC61508滿足制造業(yè)和過程工業(yè)自動(dòng)化故障安全要求達(dá)到SIL3級(jí)的安全系統(tǒng)。
圖6 典型的系統(tǒng)組態(tài)
圖7 完整的通信路徑（FA+PA）
2005年9月，德國(guó)PNO（PROFIBUS用戶組織）出臺(tái)了最新的PROFIBUS通用應(yīng)用行規(guī)—PROFIsafe V2.0。它有兩種模式，即V1-mode 和V2-mode，前者用于PROFIBUS DP，后者則用于PROFINET IO和PROFIBUS DP（圖8）。它表明，PROFIsafe這一先進(jìn)的和成熟的安全技術(shù)又登上了一個(gè)新的臺(tái)階，進(jìn)入了實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)或PROFINET的應(yīng)用范疇，從而在競(jìng)爭(zhēng)日益加劇的安全技術(shù)領(lǐng)域中，繼續(xù)保持遙遙領(lǐng)先的地位。PROFIBUS DP和PA雖然傳輸技術(shù)不同，但高層協(xié)議相同，新的PROFIsafe行規(guī)同樣可運(yùn)用于PROFIBUS PA（圖7）。PROFIsafe是安插在一個(gè)PA儀表設(shè)備ISO/OSI模型中的附加層—F安全層。該層的任務(wù)是在循環(huán)傳輸中的故障安全有用數(shù)據(jù)與參數(shù)進(jìn)入應(yīng)用層被繼續(xù)使用之前，對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。PROFIsafe采取四大防范措施來識(shí)別錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的傳輸，即序列號(hào)、時(shí)間監(jiān)控、通信雙方無(wú)歧義的識(shí)別代碼，以及循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC。
圖8 PROFIsafe的V1和V2模式（V1+V2-mode）
2007年，PROFIsafe被納入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61784-3-3，同年在中國(guó)被轉(zhuǎn)化為GB/Z 20830-2007，是中國(guó)首個(gè)涉及功能安全的GB/Z。
2008年，全球共有66，000個(gè)PROFIsafe故障安全通信系統(tǒng)和630，000臺(tái)PROFIsafe現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備在煉油、化工、海上石油勘探平臺(tái)、機(jī)械制造業(yè)、機(jī)場(chǎng)、港口、索道、三維大型舞臺(tái)等許多應(yīng)用領(lǐng)域可靠地運(yùn)行著，其中過程自動(dòng)化約占10%。
PROFIsafe于2003年被介紹給中國(guó)的科技人員和用戶，如今已在汽車工業(yè)（如奇瑞、通用、一汽大眾、戴姆勒-奔馳、寶馬等）、鋼鐵工業(yè)（寶鋼、首鋼）、電站（大亞灣核電站）、制藥業(yè)（拜耳制藥）、機(jī)床工業(yè)、食品工業(yè)和游樂業(yè)等領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。筆者相信，隨著國(guó)內(nèi)化工、石油等流程工業(yè)安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，迄今仍局限于傳統(tǒng)的所謂安全專線思維方式的逐漸轉(zhuǎn)變，PROFIsafe在該領(lǐng)域應(yīng)用的比例將會(huì)明顯地?cái)U(kuò)大。
圖9 PROFIsafe的10年歷程
圖9所示為PROFIsafe 10年發(fā)展歷程。最近出臺(tái)的PROFIsafe新版V2.4增加了連接無(wú)線通信技術(shù)Wireless（WLAN-IEEE 802.lli+Bluetooth-IEEE 802.15.1）的可能性，且采用全新的參數(shù)服務(wù)器（iPar-Server），以取代原有的Proxy FB—代理服務(wù)器功能塊，在更換出錯(cuò)的F-設(shè)備的情況下，能使新的F-設(shè)備通過簡(jiǎn)單的途徑就能獲取原始的功能和參數(shù)，從而大大節(jié)省工程開銷。它本身雖無(wú)安全功能，卻既適用于安全型設(shè)備（F-設(shè)備），又適用于非安全型設(shè)備（圖10）。
圖10 iPar-Server
2.2 高可用性與冗余環(huán)（Ring-Redundance）
研究表明，在所有行業(yè)中，生產(chǎn)設(shè)備操作者都把盡量提高可用性和縮短停機(jī)時(shí)間視為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率最有效的措施。前面所述功能安全所涉及的是保護(hù)人、設(shè)備與環(huán)境免遭傷害，例如斷開有危險(xiǎn)的設(shè)備。而高可用性所涉及的卻是在出現(xiàn)故障的情況下，仍應(yīng)維持自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行。高可用性的一個(gè)特征量是一個(gè)與總運(yùn)行時(shí)間（例如，99.99%）有關(guān)的設(shè)備運(yùn)行準(zhǔn)備程度，而冗余則決定一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的故障容忍度，也是提高可用性的主要手段。
在過程自動(dòng)化，尤其是石油、化工自動(dòng)化方面，自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既要求安全（SIL3），又要求盡量高的可用性。自動(dòng)化設(shè)備擁有足夠的可用性，是安全的一個(gè)必要的先決條件，但可用性或冗余本身并非提供安全保障。大家對(duì)于美國(guó)西部槍戰(zhàn)影片中的牛仔并不陌生，西部牛仔的腰部?jī)蓚?cè)總是各配帶一把左輪槍，從裝備上看，可用性似乎挺高，但安全并非有保障。
PROFIBUS/PROFINET的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為總線系統(tǒng)的高可用性與安全性創(chuàng)造了最佳的先決條件。下面以PROFIBUS PA的一個(gè)總線段（Seqment）為例來說明（圖11）。
圖11 采用冗余環(huán)提高PROFIBUS PA段的可用性
圖12 全集成安全通信系統(tǒng)
提高可用性的途徑有以下幾個(gè)：
（1）電源和通信接口冗余；
（2）PA段呈環(huán)形結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生實(shí)用的通信路徑冗余；
（3）設(shè)置自動(dòng)總線終端器。
以上三點(diǎn)均以硬件為基礎(chǔ)，提高可用性并不難且不需要專門知識(shí)。制造廠和用戶從中頗受裨益，因?yàn)椋?BR>
（1）可獲得最高的可用性（99.999…%）；
（2）上位系統(tǒng)可對(duì)智能的DP/PA耦合器進(jìn)行透明的冗余管理；
（3）有源的總線終端器在用戶無(wú)意違規(guī)操作時(shí)轉(zhuǎn)至自動(dòng)總線終端器，以保障操作人員的安全；
（4）當(dāng)發(fā)生短路或斷線時(shí)，在運(yùn)行中變更冗余環(huán)的組態(tài)和儀表設(shè)備時(shí)，以及插入或拆除環(huán)形段時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)地對(duì)有故障的線段進(jìn)行無(wú)沖擊隔離；
（5）以很小的設(shè)備和布線開銷實(shí)現(xiàn)安全、容錯(cuò)的應(yīng)用；
（6）所有組件均可滿足SIL3的要求。
在PROFIBUS/PROFINET系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，所謂可靠性（Reliability）可以簡(jiǎn)單地表述為可用性（Availability）+ 安全性（Safety）。根據(jù)這一理念，西門子推出了最新的全集成安全通信系統(tǒng)（Full Integrated Safety Communication System），如圖12所示。圖中冗余的PROFIBUS PA線段的PROFIsafe PA儀表構(gòu)建了當(dāng)今最先進(jìn)的預(yù)防性維護(hù)與安全集成的過程儀表系統(tǒng)。
3 PROFIBUS行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)（Profilstandard）和電子設(shè)備描述（Electronic Device Description，EDD）技術(shù)對(duì)降低現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備總運(yùn)行費(fèi)用的重大作用
眾所周知，一臺(tái)測(cè)量?jī)x表的購(gòu)置費(fèi)用可能是它總運(yùn)行費(fèi)用的很小一部分，而且由于要求與應(yīng)用范圍多變，難以確定其總運(yùn)行費(fèi)用。假定一臺(tái)測(cè)量?jī)x表的價(jià)格為2,000美元，在安裝時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)問題，致使停機(jī)時(shí)間比原先計(jì)劃延長(zhǎng)了1小時(shí)，因此多開銷20,000美元，假定該儀表5年之后出現(xiàn)故障，則再次停產(chǎn)2小時(shí)，且因功能失效而生產(chǎn)出1噸廢品，是完全可能的。由此為它付出的開銷可能高達(dá)80,000美元。如果你要購(gòu)置現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備，就必須考慮所有的費(fèi)用，即：
總運(yùn)行費(fèi)用=購(gòu)置費(fèi)用+調(diào)試費(fèi)用+維護(hù)費(fèi)用
人們?cè)谘邪l(fā)測(cè)量?jī)x表時(shí)，可以盡量地降低它所產(chǎn)生的總運(yùn)行費(fèi)用。用戶一旦選擇了PROFIBUS，那么它可以為用戶降低費(fèi)用作出顯著的貢獻(xiàn)。PROFIBUS的行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和它的集成技術(shù)EDD在加速調(diào)試和簡(jiǎn)化維護(hù)方面起到關(guān)鍵作用。
3.1 什么是行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)？
行規(guī)是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線所使用的現(xiàn)場(chǎng)儀表制訂出來的標(biāo)準(zhǔn)。它定義了最重要的設(shè)備參數(shù)，包括輸出參數(shù)在內(nèi)。按照某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化行規(guī)，在相同制造廠的儀表設(shè)備和類型（壓力，溫度，物位和流量測(cè)量?jī)x表，閥門定位器）之間，在相同類型但不同制造廠的儀表設(shè)備之間，以及在不同類型的儀表設(shè)備之間產(chǎn)生了共同點(diǎn)。例如，壓力，物位，流量和溫度傳感器使用同一個(gè)整體結(jié)構(gòu)和同一個(gè)模擬輸入塊。
在模擬輸入塊的輸出端，數(shù)據(jù)全部顯現(xiàn)同一格式：4 Byte過程變量，以IEEE浮點(diǎn)值表示和1 Byte狀態(tài)字節(jié)，它表明過程變量是否處在正常狀態(tài)（圖13）。
相同的儀表類型使用同一個(gè)轉(zhuǎn)換塊。圖14所示為一個(gè)物位儀表轉(zhuǎn)換塊（Level Transducer Block）的標(biāo)準(zhǔn)框圖，除了由制造廠定義的傳感器技術(shù)以外，圖13中所有方塊在行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中均有規(guī)定。
圖13模擬輸入塊輸出端數(shù)據(jù)之格式 圖14 物位儀表轉(zhuǎn)換塊的功能簡(jiǎn)圖
第一個(gè)PROFIBUS過程控制設(shè)備（PA）行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)V3.0版公布于1999年，該版定義了標(biāo)準(zhǔn)的輸出參數(shù)與設(shè)備參數(shù)。之后，先后頒布了二個(gè)修訂的版本：V3.01，2004年出版；V3.02，2009年最新版。
V3.01版：增強(qiáng)了處理錯(cuò)誤/診斷報(bào)文和相關(guān)信息流的能力。它引入了濃縮狀態(tài)字節(jié)“Condensed Status”，產(chǎn)生了以下結(jié)果：
（1）減少了錯(cuò)誤報(bào)文的數(shù)量；
（2）按維護(hù)報(bào)文劃分報(bào)警等級(jí)（有維護(hù)的必要，請(qǐng)求維護(hù)，維護(hù)報(bào)警）；
（3）有簡(jiǎn)單甄別過程報(bào)警與維護(hù)報(bào)警的過濾功能；
（4）濃縮狀態(tài)碼是位碼，因此一個(gè)簡(jiǎn)單的位過濾器可以區(qū)分過程報(bào)警與維護(hù)報(bào)警；
（5）錯(cuò)誤報(bào)文完全可以由用戶組態(tài)（也就是說，最終用戶可以對(duì)一臺(tái)測(cè)量?jī)x器作出以下認(rèn)定：是否應(yīng)當(dāng)將某個(gè)錯(cuò)誤當(dāng)作故障，警戒輸出，或者根本不該當(dāng)作報(bào)警輸出）。
V3.02版：它是2009年3月出臺(tái)的最新版本。它為簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生命周期管理（Life Cycle Management）和滿足用戶要求方面，相對(duì)于V3.01版作出了若干重大的創(chuàng)新與改進(jìn)。2008年11月26日，PNO和NAMUR在其共同舉辦的新聞發(fā)布會(huì)上公布了新版的創(chuàng)新內(nèi)容，其中特別引人關(guān)注的是：
（1）將參數(shù)的上傳（UP-）/下載（Download）傳輸速度提高了5倍至10倍；
（2）在版本的處理上，由于解決了設(shè)備版本的識(shí)別與上下兼容（Up/downward Compatibility）而大大地改善了設(shè)備的集成。
（3）新版還納入了另一個(gè)與行規(guī)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)—識(shí)別&維護(hù)功能（Identification & Maintenance Functions）。I&M功能定義了過程儀表設(shè)備信息的統(tǒng)一語(yǔ)義、結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一存取的方法。它使得統(tǒng)一識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)儀表成為可能，而與設(shè)備制造廠商無(wú)關(guān)。I&M功能在實(shí)踐中的作用很大，例如根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備文檔或庫(kù)存及訂貨數(shù)據(jù)對(duì)已安裝的現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行調(diào)校，可以跨越生產(chǎn)企業(yè)對(duì)有關(guān)維護(hù)設(shè)備的傳輸進(jìn)行存取，等等。
3.1.1 行規(guī)為何能夠加速調(diào)試？
理由如下：
（1）對(duì)人員培訓(xùn)和知識(shí)水準(zhǔn)的要求不高；
（2）能夠比較快和比較容易地識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)儀表；
（3）只要求人員具備一般的專業(yè)知識(shí)，因此組態(tài)工作可以較快地進(jìn)行；
（4）借助現(xiàn)場(chǎng)儀表中的集成仿真功能可以較快地進(jìn)行校驗(yàn)。
在流程工業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)設(shè)備中所使用的測(cè)量?jī)x表來自不同的制造廠。因此，在由不盡相同的來源采集的所有信息的管理過程中，自然會(huì)出現(xiàn)問題。由行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的共同點(diǎn)對(duì)信息量產(chǎn)生了決定性的影響。例如，當(dāng)一個(gè)用戶先使用西門子雷達(dá)物位計(jì)，然后又使用E+H的同類產(chǎn)品時(shí)，這兩臺(tái)儀表的基本結(jié)構(gòu)是相同的。兩臺(tái)物位計(jì)的轉(zhuǎn)換塊和關(guān)鍵參數(shù)也是相同的。在這兩種情況下，都是對(duì)轉(zhuǎn)換塊中的上、下校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。模擬輸入塊在這兩臺(tái)儀表中也相同，可以很容易組態(tài)。在那些儀表必須逐一加以調(diào)整的生產(chǎn)設(shè)備中，使用PROFIBUS就可以節(jié)省大量的時(shí)間，而時(shí)間就是金錢。
行規(guī)提供識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)儀表的信息，而這些信息則由組態(tài)軟件識(shí)別。因此，用戶不必親臨儀表前讀取銘牌。有關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)就可以輕松的讀入系統(tǒng)并存放在組態(tài)軟件中。
行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所產(chǎn)生的共同點(diǎn)使得10臺(tái)不同測(cè)量?jī)x表的組態(tài)如同對(duì)一臺(tái)且同一臺(tái)測(cè)量?jī)x表先后組態(tài)10次一樣。用戶可以越來越快地進(jìn)行從一臺(tái)測(cè)量?jī)x表到另一臺(tái)測(cè)量?jī)x表的組態(tài)，因?yàn)檫@些測(cè)量?jī)x表的參數(shù)與調(diào)整是很相似的。
行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)將測(cè)量?jī)x表分成了若干“塊”，這使得大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)儀表可以對(duì)過程變量簡(jiǎn)單地進(jìn)行一次仿真。用戶因此可以更快地完成儀表的檢驗(yàn)，因?yàn)樗槐赜H自走到測(cè)量?jī)x表前去測(cè)試輸出，一切通過網(wǎng)絡(luò)去完成。
新版PA行規(guī)V3.02還能夠節(jié)約更多的時(shí)間，因?yàn)樗梢詫⑸蟼?下載速度至少提高6倍。雖說每臺(tái)儀表僅僅節(jié)約了1到2分鐘，但是對(duì)于擁有100臺(tái)以上測(cè)量?jī)x表的大型流程工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備而言，它給用戶帶來的經(jīng)濟(jì)利益是相當(dāng)明顯的。
3.1.2 行規(guī)為何能夠加快維護(hù)？
理由如下：
（1）當(dāng)問題可能存在時(shí)或事實(shí)上已經(jīng)存在時(shí)，會(huì)立刻啟動(dòng)報(bào)警裝置；
（2）可以進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)；
（3）提供診斷信息通常的征兆。
行規(guī)中所定義的狀態(tài)字節(jié)在一個(gè)故障出現(xiàn)之前，或者在一個(gè)故障發(fā)生之后，立刻向用戶報(bào)警。借助這類信息可以很快地排除故障并可以進(jìn)行一次預(yù)防性維護(hù)。
為了實(shí)現(xiàn)一次預(yù)防性維護(hù)，制造廠將一些智能化功能安插在測(cè)量?jī)x表中，以便在問題導(dǎo)致故障發(fā)生前就已經(jīng)掌控了存在的問題。
此外，集成在測(cè)量?jī)x表中的診斷功能提供明確的信息，告訴人們必須做什么，而且行規(guī)提供了一個(gè)加速維護(hù)過程的共同信息平臺(tái)。
PA行規(guī)V3.02也支持儀表設(shè)備的互換，大大地簡(jiǎn)化了儀表設(shè)備的集成。當(dāng)必須更換一臺(tái)儀表時(shí)，可以很便捷地將新表無(wú)縫隙地調(diào)整到與被更換舊表的功能一致，因?yàn)樾掳鍼A行規(guī)V3.02設(shè)置了完全反向兼容的功能，這也是該版本最大的亮點(diǎn)之一。
3.2 EDD-電子設(shè)備描述
現(xiàn)場(chǎng)儀表依據(jù)設(shè)備描述文件（EDD）通過現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS來組態(tài)。
EDD文件是基于文本的文件，它描述以下內(nèi)容：
（1）現(xiàn)場(chǎng)儀表中的全部參數(shù)；
（2）如何讀、寫這些參數(shù)；
（3）各參數(shù)之間全部的相互作用；
（4）如何顯示這些參數(shù)；
（5）調(diào)整與找錯(cuò)的簡(jiǎn)化過程。
EDD與其它集成技術(shù)FDT/DTM相比，前者不受操作系統(tǒng)平臺(tái)的影響，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)之一。EDD文件依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61804-2用EDDL語(yǔ)言編程。該標(biāo)準(zhǔn)于2002年8月發(fā)布，但是該標(biāo)準(zhǔn)不支持圖形化。
EDDL的最新版被納入2006年9月頒布的IEC 61804-3中，滿足了用戶對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)儀表的調(diào)試、維護(hù)工具在圖形塑造能力和參數(shù)變化跟蹤以及持久保存圖例數(shù)據(jù)等方面更高的要求。EDD擴(kuò)展支持圖形化，包括圖形的表達(dá)，以chart形式出現(xiàn)的趨勢(shì)信息和圖例數(shù)據(jù)保存的改進(jìn)（動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器）。僅在圖形擴(kuò)展方面就包羅了Charts，Gauge，Baragraph，Strip，Sweep，Scope，Graph，Image和Grid。新增的可視化功能因采用動(dòng)態(tài)圖形或直方圖而使面向應(yīng)用的操作十分方便。數(shù)據(jù)管理方面，新增功能支持測(cè)量值和診斷數(shù)據(jù)的文檔化，并實(shí)現(xiàn)了資產(chǎn)管理圖示的標(biāo)準(zhǔn)化。
3.2.1 EDD為何能夠加速調(diào)試？
理由如下：
（1）制造廠借助EDD可以編制快速起動(dòng)助理程序供用戶使用；
（2）制造廠借助EDD可以幫助用戶進(jìn)行調(diào)試。
組態(tài)軟件所提供的智能化功能越多，則調(diào)試完成得越快。許多制造廠都提供快速起動(dòng)助理程序，該程序有助于加快調(diào)試的進(jìn)程，減少出錯(cuò)，對(duì)安裝人員的知識(shí)水準(zhǔn)要求不高。例如，在組態(tài)一臺(tái)西門子雷達(dá)物位計(jì)時(shí)，最終用戶不必知道什么是上校準(zhǔn)點(diǎn)，它在圖紙中就有說明。最終用戶并不需要經(jīng)過全面的培訓(xùn)，其犯錯(cuò)誤的可能性也很小。
測(cè)量?jī)x表制造廠可以為現(xiàn)場(chǎng)儀表的調(diào)試開發(fā)服務(wù)程序，它的使用為最終用戶進(jìn)行調(diào)試提供了極大的方便，上述雷達(dá)物位計(jì)的情況就是這樣。在某些容器中可能存在著障礙物，西門子為其雷達(dá)物位計(jì)Milltronics研究出一種方法，它使物位測(cè)量不受障礙物的影響。這種方法就是使用EDD編制出一種服務(wù)程序，它將所有用來處理回波的工具集中在一個(gè)對(duì)話窗口中，用戶只需更換登錄頁(yè)面就可以借助“Auto False echo suppression”擴(kuò)展功能來進(jìn)行抑制錯(cuò)誤回波信號(hào)的調(diào)整（圖15）。
圖15（a） 雷達(dá)物位計(jì)調(diào)試服務(wù)程序 圖15（b） 雷達(dá)物位計(jì)快速起動(dòng)助理程序頁(yè)面之一
—回波信號(hào)的調(diào)整
3.2.2 EDD為何能夠加快維護(hù)？
理由如下：
（1）制造廠可以為用戶尋找故障提供幫助；
（2）診斷序幕上顯示詳盡的信息。
[JP3]測(cè)量?jī)x表制造廠可以為用戶提供服務(wù)程序（如回波分布曲線服務(wù)程序），以加快尋找錯(cuò)誤的過程。雷達(dá)物位計(jì)的回波分布曲線服務(wù)程序可以為用戶完成下列功能：
（1）顯示分布曲線視圖；
（2）存儲(chǔ)分布曲線（待命發(fā)送）；
（3）按一定的時(shí)間間隔記錄回波分布曲線。
制造廠使用EDD可以開發(fā)出用戶友好的對(duì)話窗口，在其中顯示詳細(xì)的故障報(bào)告和圖標(biāo)，以此為據(jù)可以迅速識(shí)別儀表狀態(tài)。
用戶在尋找一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表中的故障時(shí)，常常需要有關(guān)某個(gè)指定的故障報(bào)告和某個(gè)指定參數(shù)的信息。制造廠根據(jù)EDD就可以為用戶提供這些信息。
4 結(jié)束語(yǔ)
PROFIBUS、PROFINET和PROFIsafe作為當(dāng)代自動(dòng)化技術(shù)在該領(lǐng)域的三大支柱，正方興未艾，在我國(guó)制造業(yè)與流程工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮著日益重大的作用。以PROFIBUS/PROFINET為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化體系今后將進(jìn)一步完善。
參 考 文 獻(xiàn)
［1］Siemens AG：Information on different items；Visit of ITEI in Karlsruhe on 22-06-2009.
［2］Dr.W.Stripf：10 years PROFIsafe，06/2009.
［3］Dr.W.Stripf：PROFIsafe in Process Industries，07/2009.
［4］惠敦炎：PROFIBUS PA漸入佳境，自動(dòng)化博覽，12/2007，14-18.
［5］惠敦炎：PROFIBUS PA應(yīng)用行規(guī)（PA-Profil）新版V3.02點(diǎn)評(píng)，儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，No4/2009.
［6］PNO/PI：Excellence in Automation，20 Jahre Erfahrung in industrieller Kommunikation，marz 2009.
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)