李永胜,李春艳,唐为勇,黄禹铭
华能南京金陵发电有限公司，南京市栖霞经济开发区江乘大道8号，210034
A Sort of Verifying Calibration Method Base on PROFIBUS Communication for Prifibus PA Instrument
LIYongsheng,LIChunyan,TANGWeiyong,HUANGYuming
Huaneng nanjing jinling power ltd.，jiangcheng road 8 qixia economic development area NANJI
ABSTRACT: Abstract: This article mainly starts with the working principle of Profibus PA fieldbus instruments, expounds the current problems about verification in Profibus PA fieldbus instrument, discusses the theoretical basis for verifying Profibus PA fieldbus instruments based on profibus communication, the specific implementation plan and the advantages of this plan to verify Profibus PA fieldbus. It will also solve the existing problems and introduce the calibration method.
KEY WORD: PROFIBUS PA fieldbus instruments；PROFIBUS DP ；PROFIBUS-PA；Verifying Calibration；GSD；EDD；SIMATIC PDM。
摘要：本文主要从现场总线型仪表的工作原理入手，阐述了目前现场总线仪表校验中存在的问题，论述了基于总线通讯方式校验现场总线仪表的理论依据、具体的实施方案以及该方法校验总线仪表的优点。解决了目前存在的问题，介绍了校准的方法。
关键词：现场总线仪表；分布式现场总线；过程自动化现场总线；校准；电子设备数据表；电子设备描述文件；过程设备管理器数据库。
近年来现场总线通讯技术广泛应用于工业生产领域，工业工厂的集成化和智能化越来越高，总线型智能仪表的应用越来越广泛，就需要有能够完成现场总线仪表检定、校准、调整的仪器和方法，以满足工业生产的需要以及计量管理的要求。
要实现现场总线仪表的检定、校准，需要了解总线仪表的工作原理。现场总线仪表是基于PROFIBUS PA通讯协议和传输技术工作的仪表[1-2]。PROFIBUS PA 是 PROFIBUS DP 的通讯兼容扩展，PROFIBUS DP 是使用 “DP”传输协议（DP 代表分布式 I/O）并符合 IEC 61784-1:2002 Ed1 CP 3/1 标准的开放式总线系统。“DP”传输协议有助于在控制系统 CPU 和分布式 I/O 设备之间实现快速、周期性的数据交换。PROFIBUS PA 是用于过程自动化（PA）的 PROFIBUS，它基于符合 IEC 61784-1:2002 Ed1 CP 3/2 规定的传输技术和协议以及 PA 配置文件。PROFIBUS PA = PROFIBUS DP 通讯协议+同步传输技术+ PA 现场设备的电源，使用 PROFIBUS PA，可通过数据线同时对现场设备供电。生产现场PROFIBUS PA 设备通过DP/PA 耦合器连接到现场的PROFIBUS DP总线网络，实现与控制器的通讯。一个 DP/PA 耦合器可连接多个PA现场总线设备，这个数量由DP/PA 耦合器的最大输出电流和要传输的 I/O 数据决定可连接的 PA现场设备的最大数目。由此可见，PA现场设备是工作在不同网段上的通讯设备[3-4]。
现场总线仪表与控制器通讯需要有相应的软件支持才能完成通讯任务，进行收发数据的工作。现场总线仪表正常工作需要的是GSD文件（电子设备数据表），是profibus 制造商使用PTO(profibus trade organization)提供GSD-Editor描述设备的具体型号、各种性能参数的文本文件。PROFIBUS设备的典型通信特征是以电子设备数据表（GSD）的形式定义的，是一种文件格式，是PROFIBUS DP产品的驱动文件，是不同生产商之间为了互相集成使用所建立的标准通讯接口。对于所有的PROFIBUS设备，制造商必须提供相应的GSD文件。GSD文件将开放式通信扩展到操作员控制级，在使用任何现代组态工具进行组态的过程中，都可以载入GSD文件。定义的文件格式允许组态系统读取任何PROFIBUS设备的GSD文件，并在组态总线系统时自动使用此信息。另一个文件是电子设备描述文件（electron device describe EDD）:它概括描述PROFIBUS现场设备的设备属性。这种语言全球通用，对于简单的现场设备（传感器和执行器）或者复杂的自动化系统，由设备制造商以电子表格的形式对他们各自的设备提供相应的设备描述。EDD文件可以被过程设备管理软件等工程工具读取，这简化了PROFIBUS系统的组态、调试和维护。现场总线设备的集成是通过EDD在Hardware Config中完成的，而各种DP/PA设备的EDD库是作为标准组件集成到其中的。GSD文件是硬件组态里组态仪表，实现DCS或PLC控制器和仪表的周期性通讯用的，一般只读取过程值[3-4]。而EDD是过程设备管理软件和仪表进行非周期性访问用的，例如：上传仪表的各个参数，诊断仪表的状态等。
两种不同的设备文件在工厂网络中工作的作用是不一样的，不能互相替代也不能取消某一个文件，其二者的区别在于GSD文件可以用任何一种ASCII编辑器编辑，GSD文件在DCS或者PLC的硬件组态里导入，而EDD文件要通过过程设备管理软件来导入。在线生产过程中，一般控制器只读取总线仪表的过程值，只用到GSD文件就可以工作了。EDD文件的作用：以过程设备管理软件读取现场总线仪表的所有参数为例，过程设备管理软件向现场总线仪表发提出读取参数的请求，现场总线仪表收到后，会在空闲时将相关的数据发给过程设备管理软件,但是这仅仅是一组连续的参数值，现场总线仪表不会发英文注释，过程设备管理软件通过EDD文件来解析参数，并填到这个表里，也就是说，EDD文件是一个参数参照解析表。如果通过过程设备管理软件进行维护和管理，必须要用到EDD文件，但是生产实际过程中，不会轻易调用EDD文件，因为调用EDD文件，会占用PROFIBUS总线系统的资源，造成工厂级的总线控制系统出现通讯不稳定、故障等问题，甚至造成服务器死机[5-6]，影响到生产的安全进行，给安全生产带来很大的隐患。
基于以上原因，在生产的实际过程中，不会对现场总线仪表采取在线校验、调整、修改参数的方式，所以要实现PA现场总线仪表的校验，就必须脱离PA现场总线仪表工作的工厂网络而独立组网或者是可以独立使用的通讯器。通讯器的工作是利用EDD文件读取总线仪表参数进行总线仪表校验，但是一般通讯器的制造商不会做开放的EDD文件，只做到支持总线仪表的校验及地址设定等内容，而且EDD文件是预存在通讯器内，是有限的，对于不在通讯器所含的EDD文件的现场总线仪表的校验就无法进行，尤其是无显示屏的现场总线仪表则完全无法校验。但是在生产实际过程中，需要修改现场总线仪表的输入参数、输出参数、初始化总线仪表的智能模块以便进行维修仪表设备等工作。
另外需要指出的是总线变送器与数字式压力计的区别。目前总线压力变送器在计量院检定是按照《数字压力计检定规程》JJG 875-2019来检定。虽然具有显示装置的总线变送器与数字式压力计在外观上差别不大，但是实际的差别是总线变送器具有PROFIBUS PA的输出信号，该输出信号在实际生产中的重要意义相当于模拟量类型变送器的4～20mA输出。是远程信号传输的一种模式。
要解决以上这些问题就要设计出一套既具有简单方便可移动的PROFIBUS通讯网络又可以实现总线仪表的校验、参数修改、维护维修等功能的设备是生产实际的迫切需要[7-8]。该设备应该是组装简单、经济实惠，便于携带，可广泛应用于实验室、生产现场等各种环境的设备。经过试验总结，我们采用24VDC电源装置、DP/PA转换器、通讯处理器三个简单的设备组成的一套可移动的PROFIBUS通讯设备，组成独立的总线通讯网路，来实现与现场总线仪表的通讯。具体原理如图1.
在此基础上要实现与现场总线仪表的通讯还需要相应的软件。过程设备管理器数据库SIMATIC PDM软件是一个不依赖于制造商的通用工具软件，用于对智能现场设备（传感器和执行器）和现场组件（远程 I/O、多路复用器、控制室设备和紧凑型控制器）进行组态、参数分配、调试、诊断及维护。该软件是一个开放的调试工具，用户只需导入设备厂家提供的符合IEC 61804-2标准的EDD文件，即可完成设备的调试。EDD文件作为通讯代码文件帮助过程设备管理器数据库软件PDM实现与现场总线设备的通讯。目前已经集成了100多个厂家的1000多种设备，可以覆盖绝大多数的总线仪表设备。更便捷地解决现场总线仪表检定、校准、调整的问题，实现对现场总线仪表输出的参数修改、仪表校准、内部参数修改。以避免由于不能修改输出参数造成现役仪表设备与用来替换其的现场总线仪表参数不一致而造成的危及生产运行安全的事故，也可以实现无显示屏的现场总线仪表及与本单位现有通讯器无法通讯的现场总线仪表的检定、校准。为安全生产提供可靠的保障，同时也为计量管理单位开展现场总线仪表的检定提供了技术保障。
根据图1的原理组装成一套可移动的PROFIBUS通讯设备。
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图1总线仪表校验装置通讯原理示意图
打开PC机上的SIMATIC PDM软件，选择LifeList功能，将Scan immediately after Start选项勾上,以便打开List后自动扫描,或者打开 LifeList界面后选择菜单Scan下面的 Start选项才能扫描设备。
通过DP/PA 耦合器,对所连接的PROFIBUS DP/PA网络上的总线设备进行扫描,获取总线仪表设备的名称、地址、设备状态等信息。在该方式下,用户不需要对网络和设备进行任何组态,只要双击扫描到的仪表即可进入PDM界面。点击鼠标右键,通过 Assign Address和 Assign TAG修改设备地址和标识，使其符合现场设备的地址分配。地址和标签设置好以后，就可以进行参数修改及校准工作。双击该设备弹出对话框，选择Specialist,点击Ok,进入PDM参数界面。图2展示的是总线仪表的内部参数，包括输入、输出、地址、工程单位等等。
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图2 PDM参数界面的输入部分
以西门子变送器为列，可以对仪表的输入单位、上下限、工作类型、输出单位等等参数进行修改，也可以对仪表进行恢复出厂设置等修改。先将仪表的参数上载，修改完后再下载到仪表。
参数修改完成后，可以进行仪表的校准。Device菜单里有主复位、传感器校准功能。在实验室里按照变送器的检定规程连接好仪器设备，就可以按图3对变送器进行校准或检定。
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图3 传感器的校准上下限校准
通过以上的论述和举例，可以看出采用该方法进行总线仪表的校准功能强大且方便，能解决总线仪表校准过程中的各种问题：没有显示屏的总线仪表、无法读出输出参数的仪表都可以进行校准。同时也可以对仪表进行修复、初始化后再赋予新的参数。另外在日常生产维护中以旧换新的情况下可以将旧表的参数下装到新表内，这样对于保证生产的安全运行具有重要的意义。
参考文献
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[8] 何宏.单片机原理及接口技术[M].北京：国防工业出版社，2007.
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李永胜（1978—）男，本科 ，华能南京金陵电厂热控技术员。E-mail:28061126@qq.com
李春艳（1973—）女，大专 ，华能南京金陵电厂热控检修工。E-mail:lichunyan2000@sina.cn
唐为勇 （1968—）男，本科 ，华能南京金陵电厂热控技术员。E-mail:13913992742@139.com
黄禹铭 （1994—）男，研究生 ，华能南京金陵电厂热控检修工。
E-mail:496853379@qq.com