PROFIBUS故障安全通信技術(shù)探討

　　如前所述，PROFIsafe并不依托于PROFIBUS的基本安全機制，而是用附加的CRC來(lái)識別全部錯誤，以達到所需求的SIL等級。上面提到的一種專(zhuān)利SIL-Monitor監視器(圖14)可以使SIL等級在分布式故障安全自動(dòng)化方案的生命期內保持不變，且不受所用總線(xiàn)部件和組態(tài)的影響。

　　圖14中總線(xiàn)故障原因的綜合給出一個(gè)表征PROFIBUS傳輸系統上受干擾信息的頻率fw(一個(gè)虛構的值)。故障源來(lái)自硬件(HW)、EMV/EMI(電磁干擾)及其他。當受干擾報文的頻率超越規定的界限時(shí)，則F-Host使安全控制回路進(jìn)入安全狀態(tài)。監視器時(shí)間周期 T(Monitor time period)決定于SIL等級和CRC-長(cháng)度。

　　數值是在時(shí)間T內最多只容許一個(gè)受干擾報文存在的情況下計算出來(lái)的。由圖14可見(jiàn)，PROFIBUS的標準安全機制(1.Filter)用以識別HD=4 的每個(gè)位錯誤;只有HB≥4的位錯誤(special bit patterns)進(jìn)入PROFIsafe安全機制。如果在標準 PROFIBUS ASIC中的安全機制出現故障(概率很小)，則受干擾的信息以統計位模式(statistical bit patterns)進(jìn)入 PROFIsafe安全機制。此種情況下可用下式求出PUS(typ)：?

　　式中：PUS=max.residual error probability(16/32-bit-CRC的最大殘留錯誤概率，其中誤碼率-bit error rate為0…0.5)

　　SIL-Monitor本身不是硬件，而是可實(shí)現PROFIsafe-驅動(dòng)器軟件的一部分。借助SIL-Monitor，F-系統能夠在故障率超過(guò)一定限度之前即采取有效的安全保護措施，從而避免系統中出現險情。?

　　PROFIsafe的各項功能可以借助一個(gè)專(zhuān)用芯片(ASICS)或軟件來(lái)實(shí)現。德國的眾多企業(yè)由于各種原因首選了軟件這條路子。上述 “PROFIsafe-驅動(dòng)器軟件”就是由西門(mén)子、Bürkert、Sick、E+H等11家企業(yè)共同開(kāi)發(fā)的，凡參加開(kāi)發(fā)的企業(yè)都有權獲得開(kāi)發(fā)相應設備(F-主站、F-從站)的許可證。?

　　七、F-控制系統對F-從站的支持通過(guò)FDT/DTM?

　　智能化F-現場(chǎng)設備要求F-系統為實(shí)現以下操作提供支持：設計、調試、迅速更換設備、程控參數設置、“Teach-In”、設備診斷和項目數據保存等。

　　在控制器中，通過(guò)DP-V1平臺(非循環(huán)數據交換)和通信功能元件(符合IEC61131-3)來(lái)達到相關(guān)設備的整合。設備制造廠(chǎng)商的參數化軟件與診斷軟件被整合到系統制造廠(chǎng)商的工程設計工具中，則是通過(guò)FDT/DTM-接口來(lái)實(shí)現的。所謂FDT/DTM是現場(chǎng)設備智能化管理軟件。FDT是 PROFIBUS標準之一，2000年底由德國PNO推出。FDT(Field Device Tool)規范描述設備特定軟件(設備類(lèi)型管理器 -Device Type Manager)和自動(dòng)化系統工程工具之間的接口，設備管理軟件的發(fā)展從GSD、Profile、EDDL直至今日的 FDT/DTM。FDT/DTM是將現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)(PROFIBUS、FF，等等)實(shí)際應用到過(guò)程自動(dòng)化的基礎。FDT/DTM、F-Slave(圖中為光柵)和F-控制器中代理功能元件(Proxy FB)之間的互動(dòng)關(guān)系，說(shuō)明了F-系統如何支持F-從站。?

　　一個(gè)安裝在工程工具(ET)中的設備制造廠(chǎng)商的參數化軟件與診斷軟件包(DTM)通過(guò)ET的通信接口FDT訪(fǎng)問(wèn)現場(chǎng)設備 F-Slave(本例中為光柵)①。在參數化和調試之后，參數組通過(guò)F-控制器中的Proxy FB被裝進(jìn)F-控制器中②，并在那里供迅速更換設備使用。為驗證數據(i- Parameter)的可信性和完整性，DTM借助ET讀入Proxy-FB中的狀態(tài)參數，將它們同存在于F-Slave中的i-Parameter進(jìn)行比較。一旦設備被更換，Proxy FB能夠自動(dòng)地將i-Parameter裝入F-slave中。PROFIsafe還規定Proxy-FB能夠自動(dòng)地、周期地執行現場(chǎng)設備的測試程序，以確定該設備的狀況是否正常。用這種方式可在適當的時(shí)刻更換有隱患的現場(chǎng)設備。?

　　八、結束語(yǔ)?

　　最先運用PROFIsafe故障安全通信技術(shù)的設備已于2000年由西門(mén)子公司推向市場(chǎng)。其中經(jīng)德國T V認證的西門(mén)子自動(dòng)化系統 SIMATIC S7-417F/H同ET200M的安全I/O模塊于同年成功地應用在歐洲最現代化的煉油廠(chǎng)——德國海德煉油廠(chǎng)(Raffinerie Heide)加氫裂化裝置中，使該廠(chǎng)不再需要煉油廠(chǎng)中常用的故障安全關(guān)機系統。