图1 “新版本的应用规范有着很广泛的前景，它使现场总线仪器设备的更换更加方便、简单。”
——Sven Seintsch先生, BIS公司检测实验室负责人

Profibus PA现场总线应用规范PA-Profil 3.02版的研发从一开始就开展了多方合作，这一合作项目在通过了实际应用条件下的测试后变得更加完美，现在，使用者可以非常简便地更换现场总线的仪器设备。

尽管标准和要求越来越高，复杂的现场总线技术仍然要求现场仪器设备能像4~20mA电流模拟技术一样方便地集成到上一级的协调中。在4~20mA电流模拟技术中，现场仪器设备仅仅是向上一级控制系统传递数据和信息；而在现场总线系统中，所传递输送的数据却要多得多，例如：控制阀预防性维护保养所需的当前状况数据和信息，或者流程工艺所需的、智能化检测到的精确检测值。

将来，这些信息都是非常必要且不可或缺的，这也使得流程设备的复杂性进一步提高，而这些流程设备的操作者数量却在不断减少，与此同时，对流程设备生产的产品质量提出了越来越严格的要求。这些要求使人们无法再利用简单的模拟技术方案来解决问题，而是要使用具有故障诊断和故障分析能力的智能化现场总线技术和仪器设备。但不同的现场总线技术在不同的现场总线仪器设备的生产厂之间存在差异，现有的现场总线仪器设备并不能满足流程工业企业的要求。随着软件程序的不断升级、服务包的拷贝安装、仪器设备版本的更新换代，在流程工艺设备使用寿命周期内，控制系统会因仪器设备的更换而出现不可预见的后果。尤其是总成本费用管理方面，从用户的角度来看，这是渴望不可及的水中月、镜中花。

保障兼容性

Seintsch先生对去年引进的Profibus PA 3.02版应用规范称赞道：“新一代的Profil总线应用规范恰恰能够减轻这方面的工作量。”这一现场总线的应用形式为多种不同的仪器设备类型按照独立于设备生产厂家的原则定义仪器设备的参数和功能，从而奠定了使用复杂描述语言（GSD，EDD，DTM）和现场总线仪器设备的基础，也就能够利用集成软件工具自动地对一个仪器设备用描述数据进行归类了，这样，现场总线仪器设备的配置工作就变得容易了（例如：现场总线系统的首次调试运行）。

当使用生产厂家专用的描述数据时，在技术培训中，用户被一再告知要使用同一型号的现场总线仪器设备来进行替换。3.02版的现场总线应用规范没有这项，更换下旧设备后，新型号的仪器设备能够马上被自动识别出来。同时，它也自动地承担了原型号仪器设备的任务，并能够在不中断生产流程的情况下自动接通并正常工作。这一替代设备在主控系统的控制界面上，仍然应用原来的符号表示，不论原来的仪器设备是十年前的老技术还是新技术。当流程生产设备按计划停工维修时，新仪器设备的功能符号才会经软件升级准确地表示出来，并带有相应的描述数据，在EDD或者DTM设备的更换时也是这样的情况。更换后的新设备能够承担多种老型号的功能，这些功能由仪器设备生产厂家进行标准化处理，并经过有关认证检验部门的核实。

通过严格审核

在完成标准化的工作后，新版Profil应用规范进入了PI（Profibus & Profinet国际组织）认证过程，并于2009年顺利通过认证，剩下的就是现场应用测试。在法兰克福BIS公司的实验室里，3.02版规范也通过了严格的审核和测试，那里有世界上最大的现场总线多功能实验设备，能够完成现场总线仪器设备的鉴定。同时，这一检测中心的实验室也为EMW、Aktorik（SIL，CE，TA-Luft）和PICC进行Profibus现场总线以及Fieldbus现场总线的实验提供服务。用户和实验员关注的问题始终围绕着两个方面：一是在工作着的现场总线系统中仪器设备的更换问题；另一个就是出现故障后按照NE 107标准发送状况信息的情况。

图2 测试的重点是在不中断生产过程的情况下更换现场总线中的仪器设备，同时，按照NE 107标准对错误信号的状态进行检验

实验室在两种现场总线仪器设备上对特殊功能进行了测试：一种是西门子公司研发生产的位置调节器，另一种是Endress+Hauser公司研发生产的温度传感器；两种现场总线仪器设备分别受Siemens公司、ABB公司和Schneider公司五种不同的主控系统的控制。在使用Profilbus现场总线系统的流程工艺中，最关键的是段耦合器：即把Profilbus DP与Profilbus PA相互联系在一起的、在不同物理层之间进行转换并能使总线速度相互匹配的元器件。目前，在工业应用中使用的段耦合器有一下类型：Link/Koppler，Siemens公司；SK 1，SK 2和SK 3，Pepperl+Fuchs公司。这些段耦合器在不同的总线系统中有着不同的功能和不同的工作状态。出于这一原因，要对所有的类型都进行测试。Seintsch先生在介绍只使用少数几种现场总线仪器设备时说道：“测试的第一步就是要证明新版本的应用规范是可行的。此时，仪器设备的数量不是关键问题，主要的是不同的主控系统和所使用的段耦合器。”

在每一种主控系统中都附加了一条PA现场总线支路，并对支路中的仪器设备进行了配置，以完成调试启动。在测试时，用新版本规范的仪器设备替换那些配置好参数的老版本仪器设备，并对周期性的数据传送和检测值的状况进行监察。在现场总线系统的日常工作情况下，仪器设备配置参数的变化不会引起主控系统周期性数据交换的中断，这样也就不会带来流程工艺执行的中断。

重要的里程碑

符合Namur-107推荐标准、用四种不同标准化的方式显示故障诊断信息的功能是高效设备资源管理中的一个重要的里程碑。这里，生产厂家特定的、已经设置在现场总线仪器设备中的故障诊断信息，都按新版本应用规范的方式集成到上一级主控系统（例如PLS，维护保养系统）之中。这样，信息就限制在“停机”、“功能监控”、“超出规定范围”和“需要维修”四个状态信息。这样做可以减轻流程设备操作者的工作负担，为他们提供保障流程设备安全生产所需的信息。在进行这一测试时，模拟了不同的故障环境，例如：温度传感器短路，传感器断裂，环境温度过高等，并对新版本所发出信息的正确性进行了检验。

Seintsch先生说：“我们还没有进行的、但在实践中很多人都感兴趣的实验测试是参数升级速度。”现场总线仪器设备在不同的使用寿命周期阶段所传递的数据量是不同的。例如在流程设备启动调试过程中必须有一部分参数要相互匹配，其他的参数可以在较晚时的维护保养过程中设定或者在仪器设备的更换时进行大量参数的重新设定。根据仪器设备的功能作用，一个仪器设备有300多个参数是很平常的事情。3.02新版的PA-Profil应用规范通过对参数的分组优化了这一参数传递过程；使得参数的传递时间大大的缩短（根据参数数量多少可加快5~10倍），这样的改进提高是从未有过的。但Seintsch先生认为仍要进行这方面的改进实验。

展望未来

所有的测试结果都清楚的显示：新版本应用规范通过了工业化实践的考验、满足了使用要求。Seintsch先生的结束语是：“我们认为测试的结果非常好，新版本的PA-Profil规范大大地简化了现场总线设备的更换。”

但Seintsch先生也有不满意的地方，例如，仪器设备的地址赋值仍然像以前一样是手工赋值。因此，Seintsch先生希望Profibus现场总线系统也能实现自动化的地址赋值。就他个人的看法，在非循环性数据传送中，在EDD以及FDT/DTM中，还有进一步集成的必要。但无论如何Nemur AK 2.6“现场总线”工作组与PI国际组织之间的合作是正确的，尤其是如此高的研发速度。现在，Seintsch先生希望仪器设备的生产厂家能够以最快的速度采用这一技术。

目标：把费用降到最低

3.02版Profilbus PA现场总线技术新应用规范的目标是：降低用户在现场总线使用过程中因仪器设备描述方式不同在更换设备时的费用支出。同时，在仪器设备的整个使用寿命周期内降低其维护保养的费用。

在现场总线仪器设备中，仪器设备的生产厂家用数据（GSD，EDD，FDT/DTM）描述该设备的特性和功能，让用户利用专用工具把现场总线的仪器设备与主控系统（例如：流程工艺控制系统、工程控制系统等）联系起来。这样，现场总线仪器设备就能在系统中发挥正常的功能，并能生成辅助的信息数据。为了在仪器设备的整个使用寿命周期内降低维护保养的费用，仪器设备的数据和软件平台都必须要有合适的行业规范版本。它包括和规定了设备软件变型版本的识别标志，自动的与原版本的设备进行功能匹配，跨生产厂家的设备软件版本变化规定和它们对仪器设备功能的作用。

这一行规的其他内容包括：将现场总线设备特殊的故障诊断信息转换成标准的故障诊断信息（符合NE 107现场总线仪器设备自我监控和诊断推荐标准的规定）；更快地传送设备数据，例如在更换设备时的参数传输。

在设备的质量保证措施中，按照不同的认证规范对设备与Profibus现场总线技术规范的兼容性进行测试。这种兼容性测试和互通性测试是在PI国际组织认可的独立实验室中进行的。这一认证的目的是：保证用户在使用不同家生产的现场总线设备时，有着很高的安全可靠性，能够正常无误地工作。对设备功能行业规范的高要求，使得用户在同一工作环境中能够更加容易地使用不同的现场总线设备，并且保持设备的标准功能不变。