Profibus PA通信功能的要求

英国的Tracerco公司为石油和天然气行业提供专用于识别技术、故障诊断技术和检测技术等的解决方案。通过定期的用户走访和不断的市场考察使他们了解到：市场中对他们生产的液位检测和密度检测变速器有着利用Profibus PA通信功能的要求。用户的这一要求应优先得到满足。这一要求的实现包含了两大内容：低功耗和适合于在-40℃~85℃的工作温度范围内使用。为满足用户的这一需求，工程师们开始的第一步工作就是彻底的分析，确定使用Profibus PA总线接口的不同可能性。

分析结果表明：要想实现利用Profibus PA现场总线通信功能的要求就必须使用专门定制的硬件和固件。一方面，通信数据地传输要在Profibus PA现场总线系统中进行，另一方面现场总线各个仪器设备的供电要得到MBP(曼彻斯特编码)总线驱动技术的支持。这就要将Profibus PA现场总线接口与Profibus通信中和时间有关的关键件组合在一起，让它们构成一个硬件共同体。另外，一个完整的Profibus PA通信也要求Profibus PA固件能够涵盖一些与时间有关的Profibus PA通信协议栈以及功能块应用。

Profibus PA通信协议栈和功能块应用

通信协议栈纯粹用于现场总线仪器设备间的Profibus数据交换，而功能块应用则是专用变化器的接口并保证能够在Profibus PA现场总线网络中统一的访问各个现场总线仪器设备的功能和参数，利用块模式访问数据。功能块周期性的获取动态的过程参数，为仪器设备的物理属性提供物理数据块。一个或者几个转换块就可以构成一个标准的Tracerco公司专用检测仪的功能块。这样也就可以利用Modbus串行接口和RTU通信技术协议在仪器设备内部交换各个仪器设备参数了。

由于一个简简单单的Profibus PA检测转换器就要支持至少80种编码和编码变型，因此一般情况下一个转换块必须能够处理大量不同的参数。在这些大量的参数处理过程中，转换块不仅仅是完成所描述的参数分类、整理，而且还要对仪器设备的参数进行预处理和标定。因此，一种转换块投放市场常常与大量的研发和测试工作密不可分。功能块外壳是功能块应用的主要部分，它对各个功能块的工作进行控制并保持与Profibus PA现场总线系统的通信联系。因此，功能块外壳所承担的任务相当于一个不同的Profibus PA现场总线块的操作系统所承担的任务。

据Tracerco公司介绍，首先被他们看中的Profibus PA接口是一种全新的、有着很长研发过程的、费用很高以及有着很大认证工作量的接口。在对各种替代解决方案进行了检验审核之后，Tracerco公司的工程师们得知：Softing工业自动化技术公司研发生产的PA-easy是一种最合适的解决方案。首先，PA-easy可以迅速投入使用的通信模块能够方便地集成到Tracerco公司的检测仪中。其次，这一解决方案缩短了研发过程的时间、做到了快速适时的投放市场。这些优点使得Tracerco公司最终决定以PA-easy为基础开发Profibus PA现场总线的接口。

以PA-easy为基础的新产品研发

利用Softing公司PA-easy开始新产品研发的推动力是对所完成的一系列Profibus PA现场总线系统项目的分析以及降低使用运行费用、缩短为用户开发所需Profibus现场总线通信功能模块的研发时间、降低认证工作量。当然，所提供的解决方案也应能满足其他的一些要求，例如，在现场总线仪器设备中占用的空间位置较少、能够在易燃易爆危险环境中使用的Atex认证等等。另外，利用PA-easy还可以使用现成元器件，使Profibus PA现场总线检测变换器研发费用最低的优点。

PA-easy包含有一个可以当作为与Profibus PA现场总线网络进行通信接口的通信模块，有着把Profibus PA通信协议栈和功能块应用汇总在一起程序。它为读取数据提供了四个模拟输入功能块，可以对四个过程数据进行读取访问。

它的转换块支持数据的读写操作，最多可以完成25个仪器设备参数的读写以及对Profibus PA属性进行管理，例如对使用/不使用、使用、只读访问/写访问、不在服务区/自动等属性进行管理，完成特殊范围的检验审核等。

作为仪器设备参数的内部连接，PA-easy支持Modbus、RTU或者Hart通信技术协议。为此，专门开发了相应的Modbus现场总线以及Hart主站，它们控制着通信模块与现场总线仪器设备的数据交换。由于通常情况下在Profibus PA网络中这一通信所需的通信带宽较窄，因此合适的实施方案战略保证了现场总线仪器设备中的当前数据都有着很高的质量。这一应用也保证了安全可靠时序确定的数据交换。

利用PA-easy固件就可以配置Tracerco公司检测仪中的Profibus PA现场总线接口了

Excel表格记录特殊属性

根据现场总线仪器设备的特殊性，进行单独的匹配调整对于PA-easy的成功有着决定性的重要意义。因此，在现场总线仪器设备内部的转换块访问不应是基于固定设置的访问，而应是针对仪器设备具体应用的针对性设置。为此，使用了微软的电子表格作为这种针对性配置的辅助工具，表格中记录了现场总线仪器设备的特殊属性，例如：Profibus识别号和生产厂家识别号等等。

除此以外，还记录了通信指令和仪器设备的地址，利用这些信息就可以准确地访问现场总线仪器设备的过程参数和设备参数了。这里还规定了产生仪器设备状态信息的数据。

只要这些设置都在Excel电子表格之中，它们都可以利用合适的数据生成工具转换成相应的配置数据，最后由通信模块发送出去。按照这种方法，PA-easy为一个个检测转换器提供了一个快速简捷的Profibus PA现场总线接口。

标准化现场总线网络系统的完美应用

Tracerco公司在做出利用PA-aesy为基础使Profibus PA现场总线支持其生产的检测仪这一决策之后，就开始了一个Profibus PA现场总线支持的密度检测转换器的研发项目。这一项目被视为使所有Tracerco检测转换器都获得Profibus PA现场总线支持的实验项目。

在这一实验项目中，首先由Tracerco公司与Softing公司专家组成的工作组对PA-easy解决方案进行了分析研究，以便它能满足各种特殊的专业技术要求。在项目实施过程中遇到的最大挑战是开发Tracerco公司仪器中使用的能够充分发挥PA-easy所有可能性同时也不影响仪器设备元器件原功能的软件。

在软件审核检验的框架内，Softing公司需要提供固件升级的可能性：能够经Profibus PA现场总线网络完成开发的仪器设备专用的数据参数读写。研发项目带来的成果是：集成在Tracerco公司现生产仪器设备所需的硬件和软件都成功开发出来了。现在，Tracerco公司可以向他们的客户宣布：能够提供在多种标准化现场总线网络系统中进行通信的检测仪和故障诊断仪了。

“Softing公司的研发工作、技术服务支持对我们的研发有着很大的支持和帮助，保证了通信接口项目的可靠性和安全性。” Tracerco公司的研发和技术工作的负责人Al Jones先生总结道。