第一章：概述
企业决定是否开发PROFIBUS产品? 涉及到企业产品和技术发展战略、企业现有核心技术及技术发展战略。
企业决策者需要了解并回答以下问题：
▲ 市场：有市场需求？市场现状？
▲ 企业技术战略：PROFIBUS产品开发与企业现有产品技术基础与发展的关系？
▲ 产品技术经济：产品批量成本、利润空间？
▲ 技术路线与开发成本：解决方案？一次性投入？风险？
1、 市场：需求？现状？
(1)市场需求：需求主要来自：
▼在一些行业项目中（电力、有轨交通、汽车制造、制药………）， PROFIBUS技术占有一定优势，用户要求系统、设备采用PROFIBUS技术。
▼支持PROFIBUS技术的控制系统（等采用现场总线技术（SEIMENS、ABB…… PLC、DCS ）的普遍应用。
▼企业产品、系统技术提升需求（MCC、马达启动器、变频器、温度巡检、回路调节器等产品系统）
现场总线技术的应用发展，对国产现有现场设备及仪表提出新的要求。
由于现场总线技术的开放性，为国产现场设备及仪表提供新的市场机会。
⑵ 目前国内PROFIBUS产品市场状况
国内开发PROFIBUS产品主要集中在以下几种产品和应用行业：
①与发电、输配电有关的产品和监测系统：
▼电力监测设备与系统：PCC；
▼电机保护设备与系统：MCC
▼主要应用行业：发电、配电
▼目前主要使用的通信网络：MODBUS、PROFIBUS
② 与驱动有关的设备：变频器、直流驱动、软启动器等;主要用于冶金、水泥、水处理等行业。
③执行机构、流量计、称重、水份测量、激光测距、RF传感器等等。
④专用控制设备及控制系统：地铁站监控系统、机车监控、…………
⑤现场总线I/O：与专用系统配套（如楼宇控制、印染设备、食品加工………）、具有特殊品质（防爆、高防护等级、
可接受RTD、mV、高压、大电流信号等）。
⑥ 专用及通用通信网关、总线桥
⑶ 用户选用国产PROFIBUS产品的动机
用户是否会选用国产PROFIBUS产品？动机是什么？
▼价格因素
▼产品品牌、良好的应用业绩和信誉
▼特殊技术指标需求及技术服务
▼OEM定制产品：高性能价格比
⑷ 促使企业开发PROFIBUS产品的动力
动力之一：市场对产品的需求
系统现场总线选用PROFIBUS，由于：
A、价格因素
B、产品品牌、良好的应用业绩和信誉
C、特殊技术指标需求及技术服务
D、OEM定制产品以求得高性能价格比
市场（用户）要求提供PROFIBUS产品是促使企业开发PROFIBUS产品的动力之一。
动力之二：企业产品技术升级，提高竞争力的动力
比较：MODBUS、CAN、PROFIBUS、Ethernet
对国内企业来说，选择PROFIBUS技术作为企业产品网络技术升级方案是现实的明智之举。
动力之三：使企业产品能够与国际知名品牌控制系统连接，开拓市场范围。
2、PROFIBUS产品开发与企业现有产品技术基础与发展的关系
⑴ 企业技术发展战略
企业发展规则：总是要追求产品技术升级，以提高竞争力。
选择那种现场总线作为企业产品网络技术升级？与企业现有产品技术基础与发展有关。
比较MODBUS、CAN、PROFIBUS、Ethernet几种可选方案
MODBUS：已广泛采用
问题：通信速率、可靠性、标准化。。。。。。
市场要求：企业产品技术升级、标准化、与大系统的连接；
可选方案：
① CAN（DeviceNet、CANOpen）：
优点：成本低、容易过渡；
主要问题：CAN在大数据量、高功能要求中的技术局限性
②Ethernet（PROFINet、 Ethernet/IP、Modbus/TCP）：
优点：技术先进；
主要问题：要求很高的产品软硬件平台、产品技术升级出现断代
③PROFIBUS
技术指标先进、容易过渡、容易进入市场
对国内企业来说，选择PROFIBUS技术作为企业产品网络技术升级方案是现实的明智之举。
⑵ 国内从事PROFIBUS产品开发的企业及技术状况
CPCC支持中国企业开发PROFIBUS产品现状
从2002年~2005年，根据CPCC销售统计：
企业数：
购买“PROFIBUS开发包”的企业： 15家
购买“嵌入式PROFIBUS接口”的企业： 83家
购买“PROFIBUS协议芯片”的企业： 63家
合计： 161家
地区：遍布全国23个省市自治区
3、产品技术经济：产品批量成本、利润？
（1）单台成本核算问题：一个PROFIBUS站点，允许增加成本?
① 图1：原售价=原成本+原利润————————————–<1>
② 图2：
现场总线仪表售价 = 原成本 + 由于增加现场总线而增加的成本 + 原利润 +由于增加现场总线而增加的利润——<2>
现场总线仪表售价 = 原售价 + 现售价增长———————–<3>
③ 图3：根据式<1>、<2>、<3>，显然有：
现售价增长价 =由于增加现场总线而增加的成本+由于增加现场总线而增加的利润——<4>
问题1：
PROFIBUS仪表售价比原售价增加多少用户（市场）能够接收，现售价增长/原售价=？
市场实践结论：
问题2：
根据：式<4>
现售价增长价 =由于增加现场总线而增加的成本 + 由于增加现场总线而增加的利润
因此有：
现售价增长
原售价
=﹤ 20% ~ 50%
由于增加现场总线而增加的成本+由于增加现场总线而增加的利润
原售价
即使令：由于增加现场总线而增加的利润= 0
有下式：
也就是说，即使我们产品技术升级，也不指望得到附加利润情况下，由于增加现场总线而增加的成本只能占原售价的20% ~ 40%。否则，用户会认为增加现场总线功能成本过高，不愿意接受现场总线方案。
根据PROFIBUS技术成本计算，一个PROFIBUS从站站点增加成本: 300~500元左右。
由下表可知，原售价2000元以下的设备不适合选用PROFIBUS技术，应该选用MODBUS、CAN的成本较低的技术。
⑵ 系统成本核算
向用户推荐PROFIBUS系统方案时，与传统方案、其他方案相比是否具有竞争性？
① 与MODBUS、CAN等系统相比
优势：技术先进、速率高、可靠性高、技术规范、与国际系统兼容；
不足：主站成本高、网络站点数受限、网络部件成本增加（电缆、接头、中继）、安装维护成本略有上升。
② 与传统方案（PLC及I/O接线）相比
优势：现场总线的优势明显；
不足：成本（造价、安装、维护）不一定高？主要是用户接受新技术的能力（技术准备、技术管理。。。。
4、技术路线及开发成本：一次性投资？
涉及的问题：解决方案？开发投资？开发周期？
与开发目标有关：
DP从站、PA从站、主站、系统？
单站点DP从站：控制器、I/O、分析仪器、电量测量装置、检测设备、执行机构、流量计。。。。。。。
PA从站：PA仪表温度、压力、流量。。。。。。
主站：控制器、网卡。。。。。。
系统：主站、从站、软件、工具等。。。。。。
第二章 可选择的技术方案
（一） 开发DP从站（包括DPV0、DPV1）可选择方案
√ 1、采用PROFIBUS通信芯片开发工具的方案
供应商：SIEMENS、PROFICHIP
投资：开发包 ≌ 3万
开发人员工作: 具备DP系统应用技术背景、移植硬件、软件、必要时读一些协议。
开发周期: 8~12个月
√ 2、采用“嵌入式PROFIBUS接口”
供应商：HMS、 Hilsher 、鼎实科技
种类：
OEM1：双口RAM型；用于变频器、DC驱动、伺服定位等运动控制；
OEM2：UART型；用于测量仪表、执行机构、HMI等；
OEM3：I/O型：用于PROFIBUS键盘或按钮盘、I/O设备
OEM4：PC/104、PCI型用于HMI、PC、NC
开发成本：实验系统（包括主站卡、评估实验板、软件）售价0.15万
投资：主站等<0.5万
开发人员工作:具备DP系统应用技术背景、掌握“嵌入接口”应用技术（培训、技术服务）、产品软硬件升级。
周期: 2个月
√ 3、定制方案
供应商：Hilsher 、鼎实科技
投资：主站等<0.5万
开发人员工作: 提出技术要求、交流、学习DP系统应用技术。
周期: 2~4个
(二）、开发PA从站可选择方案
√ 1、DPC31 +SIM1 +（CPU）：
Package 5 DPC31 DP/PA从站开发包；
供应商：SIEMENS
投资：开发包 ≌ 3万
开发人员工作:具备PA系统应用技术背景、独立完成应用层软件、实现行规；
周期: >12个月
建议：参加培训。
√ 2 SPC4+SIM1+CPU：
供应商：SIEMENS、TMG、SOFTING
投资：没有开发包
开发人员工作:具备PA系统应用技术背景、软件实现DPV0+DPV1+PA行规；
周期: >12个月
建议：合作TMG、SOFTING
√ 3、嵌入式解决方案：
供应商：SOFTING、鼎实科技（开发中）
投资：建立一套PA系统 > 5万
开发人员工作:具备PA系统应用技术背景、掌握“嵌入接口”应用技术（培训、技术服务）、产品软硬件升级。
周期: >4个月
√ 4、合作定制
供应商：TMG 、SOFTING
投资：?
开发人员工作:提出技术要求、交流、学习PA系统应用技术。
周期:>12个月
（三）主站开发可选择方案
√ 1、主站协议芯片解决方案
供应商：SIEMENS主站协议芯片ASPC2: 开发包?
供应商：Hilsher主站协议芯片???: 有开发包销售, 但firmware有license .
√2、嵌入式解决方案
供应商： HMS公司、Hilsher公司
种类: 双口RAM、PC/104、PCI
第三章 DP从站开发
（一） 应用通信协议芯片开发DP从站
见本网站：《PROFIBUS协议芯片选型指南》
应用嵌入式总线接口开发DP从站
1、应用嵌入式接口优点与不足
优点：
（1）集中技术优势、发挥所长、节省人力、财力：
产品开发技术人员不必了解PROFIBUS技术细节，企业可将精力集中到企业核心技术研发上面；可节省人力、财力。
（2）开发投入低、开发周期短：
不用开发系统、和在1~2个月开发出新产品。
（3）技术升级快、适合多种总线开发
（4）共有技术产品专门研发、制造，有利于标准化实施、保证产品质量、形成规模降低成本。
不足：
（1）附加成本
（2）附加空间
（3）产品质量风险
2、适用范围
(1)企业核心技术与现场总线技术差别较大，没有技术基础，也不准备投入过多；
(2)企业产品市场需要多种总线协议；
(3)嵌入式现场总线接口成本占企业产品成本比例较小，比如〈10%
(4)市场要求短期内（如3个月）有样机提供参与竟标；
3、提供嵌入式PROFIBUS接口厂家
瑞典：HMS公司
德国：hilscher公司
中国: 鼎实科技公司
4、嵌入式PROFIBUS接口种类
（1）双口RAM型：与用户板接口为双口RAM方式，可实现高速数据交换，适合中高档运动控制和高速闭环控制功能的PROFIBUS仪表及现场设备。用于变频器、DC驱动、伺服定位等运动控制；
（2）串口型：接口板与用户板接口为异步串口，适合中低档成本的PROFIBUS仪表及现场设备。用于测量仪表、执行机构、HMI等；
（3）I/O型：接口板与用户板接口为TTL电平的I/O，主要用于PROFIBUS键盘或按钮盘、I/O设备
（4）PC型：接口板与用户板接口是PC/104、PCI总线，通常提供WinCE或Win2000的驱动；主要用于HMI、PC、NC等基于PC的控制器
（三）接口定制方案
1、必要性/p>
“芯片方案”不足：开发投入大、周期长、风险大；
“嵌入式接口”方案不足：成本高、尺寸大、性能价格比不是最优；
定制方案是弥补“芯片方案”与“嵌入式接口”方案不足的折衷方案。
2、定制的条件与程序
（1）甲方确信产品具有一定市场容量，并作出批量定货承诺；
（2）乙方根据技术要求作出批量供货价格；供甲方做出产品成本核算。
（3）甲乙方双方作出定制决定；
（4）通常不收定制费、或收很少成本费，但要求签定首次订货合同，以首次订货合同定金做定制启动费用。
（5）各种标准、认证测试费用由甲方付；
（6）甲方承诺不仿制，乙方承诺不售给第三方。
3、可以提供定制的厂家
德国：hilscher公司
中国:鼎实科技公司
德国：TMG、SOFTING
（四）产品设计需要注意的问题
传统仪表、智能仪表————> 现地、信号监控仪表
现场总线仪表—————> 远程、通信监控仪表
产品设计时应充分注意到，依靠通信完成远程监控而带来的差别！
1、单纯测量设备：
如温度、压力、流量测量、电量测量等等。
只有PROFIBUS输入，没有控制、没有PROFIBUS输出。
（1）数据一致性（完整性）要求
（2）远程参数设置要求：参数有效位
2、测控设备
如变频器、DC驱动、回路调节器、一些闭环专用控制器等等。
（1）启动/停止要保持一定宽度
（2）设定参数：设参数有效/允许功能
（3）有闭环控制：考虑到通信信号传输延时
3、PROFIBUS主站特性造成的一些差别
（1）PROFIBUS主站与从站没有连通时：PROFIBUS 输出区全0；
（2）PROFIBUS主站与从站连通、主站处在STOP状态：PROFIBUS 输入进入主站、输出全0；
（3）PROFIBUS主站与从站连通、主站处在RUN状态：PROFIBUS输入进入主站、输出数据由主站程序决定；
（4）PROFIBUS主站故障、从站WATCHDOG动作，从站回到等态诊断状态：PROFIBUS 输出区全0；
4、参数表
（1）按照行规定义设计
（2）用户自定义PROFIBUS I/O参数
①输出控制（启动/停止、复位）要定义在BYTE区
②设备状态（运行、停止、故障）要定义在BYTE
③ unsigned char、char、unsigned int、int、long 、nsigned long都定义在WORD区
④有数据一致性要求时按照报文完整定义
5、用户参数
用户参数不参与周期性数据循环，不占用PROFIBUS I/O
对于非实时性输出数据应尽量处理成用户参数
例：SIEMENS ET200M 模拟量输入模块：用户参数设置电压/电流、范围等参数
例：鼎实科技PB-B-RS232/V3总线桥：用户参数设置波特率、奇/偶校验、主/从等参数。
用户参数是主站与从站连通时下载到从站的
6、产品特性要求带来的新的问题
（1）现地快速保护
（2）执行机构要求记忆当前位置
第四章 PA从站开发
（一）应用通信协议芯片开发PA从站
1、PA与DP从站的差别
(1)物理层区别
DP：RS-485
PA：MBP-IS
特点：总线供电，需要MODEM（如SIM1）将数字信号与电源分离；总线供电能力取决于DP/PA耦合器和PA设备的电流消耗。因此要求PA设备尽可能低功耗。
如果要求FISCO认证，对PA设备的功耗及储能器件有严格限制。
可用于PA设备的SPC4和DPC31都是低功耗芯片（3V供电），电路中的CPU也应如此
（2）PA设备必须支持DPV1功能
DPV0功能：周期性数据通信
DPV1功能：非周期性数据通信，用于远程参数化等功能。
DPV0周期性数据描述：GSD文件
DPV1非周期性数据描述：DDE或FDT/DTM
（3）PA设备必须支持设备行规
PA行规:规定了与厂家无关的设备参数
规定了一致的单位量，如温度、压力、流量；
规定了一致的设备行为；
行规基于国际普遍接受的功能块技术；
行规支持简单数据和复合数据结构设
2、应用SPC4+SIM1的技术方案
3、应用DPC31+SIM1的技术方案
第五章 鼎实总线桥在风电项目的应用研究
摘要
在风力发电中，变流器之间，变流器和风机塔之间的数据交换都涉及到通信。而传动单元的控制需要与整个风场的通讯网络相连，就需要大范围，高速，可靠的通讯，所以DP在其中就承担了至关重要的角色。但是在实际情况中，存在一个问题，控制变流器的控制器只能提供CAN通信的接口，和Profibus通信网络相连遇到了两种总线协议标准共存的问题。鼎实公司提供的CAN-DP总线桥产品为解决这个问题提供了关键的作用。
项目综述
我们实验室和对方公司合作的风力发电项目由几个部分组成，包括：
网侧变流器及其控制DSP板
转子侧变流器及其控制DSP板
通信部分，包括液晶，本地计算机及其控制DSP板
塔上通信部分
通信部分负责和网侧变流器，转子侧变流器的DSP通信，协调它们工作及采集电压电流等工作。塔上通信部分就是需要通过Profibus和通信部分的，控制变流器起停，及监视变流器的主要工作参数。
实验室CAN-Profibus通信平台
实验室没有相关PLC的设备，就采用WINCC+CP5611来代替上位机的方案。具体方案见下图。
WINCC+CP5611作为Profibus的主站，总线桥+DSP组成从站，来模拟Profibus通信。并希望在上位机上用WINCC软件编写出可用的界面，来模拟实际风电中变流器和塔上的通信。
1． 最终的调试和WINCC界面
下面是为风电系统最终编写的界面。
用WINCC编写的界面上可以看出有启动和停止，发送指令以及一些变流器工作参数显示等。在右下角的两条显示区域分别是总线桥发送和接收两个寄存器的值。
2． 总线桥协议转换一次所需时间的测试
由于实验室里是采用WINCC界面来作为主站控制通信的，而WINCC的界面数据跟新周期为250ms。这远远满足不了现实中通信对时间的要求。现实中上位机实时采样变流器的主要运行参数和故障信息的时间要远远小于250ms。所以我们需要测试总线桥进行一次协议转换所需要的时间。测试的方案如下图：
测试方法：测量从示波器测到CAN信号开始到Profibus侧信号出来的时间间隔，就是总线桥处理数据，进行协议转换的时间。
测试条件：CAN波特率1Mbps,Profibus波特率500Kbps.DSP每间隔10ms向总线桥发送数据段全为“0”的报文，和数据段全是“F”的报文。
下面是在测试过程中的的波形图。
最后测试得出的结论为，总线桥进行一次协议转换的时间大约是1.3ms。
结论
使用鼎实的CAN-Profibus总线桥很好地解决了CAN和Profibus两种通信过程中协议转换的过程。而且测试总线桥转换时间约为1.3ms，速度也相当快。
第六章 一叶岂可障目 干扰必须消除
最近拜读了某技术刊物刊发的关于电磁干扰与防治方面的文章，我们拜读以后，深受启发，在本单位读者中也引发广泛讨论，作者结合多年工作实践谈一点体会，以期望与广大读者共同关注电气设备的安全稳定运行。
发电厂、变电站由于生产过程繁长且环节较多，故而受到各类干扰是必然的。在所有的干扰源中，以电场和磁场对测量仪器仪表及继电保护、安全控制装置等影响较大。
一、干扰的危害
众所周知，测量仪表是电业工作者的“眼睛”，在一般情况下，继电保护和安全自动装置是电力系统的“守护神”，当干扰未造成较大影响时往往容易被大家忽视，普遍轻视干扰信号是生产现场较常发生的，对干扰究竟有多大危害没有足够的认识。首先，干扰信号可使测量仪器仪表的准确度、特别是数字显示仪表指示失准，使我们的测量结果偏离实际值，轻则影响设备监测、监视（如220千伏隔离开关分合操作产生的高频干扰对测量仪表的指示），重则影响安全生产和经济效益（如有功电度的计量、升压站设备投运前的试验等）；其次，干扰信号可导致开关电路翻转，并使数字电路中发生误传数据或地址，造成逻辑紊乱、计算程序错误或数据丢失，严重时引起保护延时、误动、拒动或装置死机等，较强的干扰信号还可造成电力电子设备的性能降低、以致设备损坏等。再者，断路器操作送电空载线路产生的高频振荡诱发线路电压互感器回路谐振烧毁设备。
二、干扰的来源和干扰方式
复杂和恶劣的工作环境是产生电磁干扰的源头，电气设备不仅直接和间接地受到外部如：焊接作业的电火花、设备操作过电压、大气环境过电压、无线对讲设备高频电波、大容量电机和开关设备如35千伏以上升压站隔离开关分合操作以及直供馈线停投操作、电力系统接地故障时工频故障电流流入接地网上不同两点间将呈现较大电位差（其最大值可达每千安故障电流10伏特）、恶劣天气雷击等等的外部干扰。有时也受到内部电气设备本身产生的干扰，如机端励磁或硅整流励磁系统输出中高次谐波对本机转子保护等的干扰，电压波动、系统多点接地电位差，（无蓄电池的）变电站继电保护电源滤波不好或浮充电供电品质差等的内部干扰。
由于电磁干扰方式不同又可将其叫做辐射干扰如：在电气设备周围进行焊接作业、无线对讲机联系、高压试验等形成电磁场直接对设备产生的干扰。有由于设备布局、布线不合理，相临或相连设备之间存在有电容、电感或者绝缘薄弱漏电的耦合型干扰等。由多处（点）对一个测量装置同时出现表现为共模干扰的干扰源有影响较小的特点，实践经验表明仅有1伏、2伏。干扰信号与测量信号叠加起来使测量装置大副偏离实际值的差模干扰要重点防范。
三、预防和减少干扰的措施
1、 隔离：例如采用光电耦合器使电气测量的开关量信号在电气上完全隔离，又可实现地电位的隔离，对抑制共模干扰尤为有效；采用隔离变压器，如电压、电流、直流逆变电源、导引线保护等，避免将弱电信号线与电力线放在同一根电缆线中，将信号电缆、控制电缆、电力电缆分层敷设；避免测量回路与强电回路采用同一接地线等。
2、 屏蔽：a电场屏蔽良导体制成的法拉第笼接地良好以保证零电位，阻止屏蔽设备外的电场进入屏蔽体内部。b磁场屏蔽，在低频段要采用导磁材料较好的硅钢等金属作为屏蔽体，使干扰磁场的磁力线沿磁阻较小的屏蔽层通过，以减少干扰磁场穿入屏蔽体内；在高频段采用上述两种屏蔽方式，利用屏蔽体阻止高频电磁场在空间的传播：利用金属导体对电磁波的反射衰减和吸收衰减，在电磁波入射到金属屏蔽层时由于波阻抗的不同一部分被反射，另一部分在金属屏蔽层形成涡流而损失，即吸收损耗。如采用带有铠装铅包屏蔽层的控制电缆其屏蔽层在升压站和控制室两端可靠良好接地，可以有效削减地电位升高对仪表和继电保护的干扰；电缆有中间过度或中继连接时要处理好屏蔽层的连续性；不要认为信号电缆是低压设备而忽视其绝缘状态，要保证测量电缆有良好的绝缘层或干燥环境；测量回路的二次插件的屏蔽层要在保护屏处可靠接地；禁止用电缆芯线两端接地做为抗干扰措施。
3、 接地：例如电压互感器二次中性点的接地与电流互感器二次电流回路的接地宜选择在控制室接地；高频保护的二次电压电缆回路的接地点与一次接地线的接地点有3到5米的距离，有时要用多根导线接地；继电保护的交流电压、交流电流和直流进线有时为消除高频干扰在进入测量装置前先经电容接地，经过抗干扰后引入装置的走线还应远离直流操作电源线及高频回路的导线，不要习惯性地将同一方向的进线捆帮在一起等。
4、 其它措施：对继电保护的测量继电器要进行1兆赫兹脉冲群干扰试验、静电放电试验（一般选8千伏试验电压）、辐射电磁场试验和快速瞬变干扰试验；对有可能在继电保护装置周围使用对讲机的场所，进行无线电信号干扰试验，否则在其附近禁止使用无线对讲机或改进屏蔽措施；敷设二次电缆要选好位置，尽量远离高压母线和避免与之平行，尽量远离电容式电压互感器等电容设备，动力电缆与控制电缆不要放在同一电缆层架，信号电压较弱的电缆尤其要远离电力或信号电压较强的电缆，合理布置和安排电缆走向以减少和消除寄生电压的干扰；提高设备自身的抗干扰性能，采用性能可靠的滤波装置使整流后的输出电压波纹系数小于5%；加强接地铜排的维护保养消除氧化和腐蚀对接地性能的危害，保护屏或保护装置的接地是否可靠（应有两各以上的接地连接点）、接地电阻是否符合反措要求要定期检验。
