3.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的先進(jìn)控制系統(tǒng)組成

　　以工業(yè)PC機(jī)及Windows/NT為平臺(tái)，加載FCS系統(tǒng)軟件做控制器；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，這便是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的先進(jìn)控制系統(tǒng)的基本組成。下面以現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS為例，虛構(gòu)一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS的先進(jìn)控制系統(tǒng)--ACSBPB（AdvancedControlSystemBasedonPROFIBUStechnology），說(shuō)明基于現(xiàn)場(chǎng)總線的先進(jìn)控制系統(tǒng)組成。

　　3.1現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）概況

　　現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS技術(shù)于1987年，由SIEMENS公司等13家企業(yè)和5家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合提出；1989年批準(zhǔn)為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN19245。經(jīng)應(yīng)用完善后，于1996年6月批準(zhǔn)為歐洲現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)EN50170V.2。目前，根據(jù)國(guó)際IEC標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)達(dá)成的關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的妥協(xié)方案，PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)已成為國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的一個(gè)組成部分。

　　目前國(guó)際上有250多家企業(yè)，生產(chǎn)1600多種符合PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中已有200多萬(wàn)個(gè)設(shè)備安裝運(yùn)行。應(yīng)用涉及到工業(yè)自動(dòng)化的各個(gè)主要領(lǐng)域，包括：制造業(yè)自動(dòng)化（汽車制造、裝瓶系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)）樓宇自動(dòng)化（供熱、空調(diào)系統(tǒng)）、交通管理自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化（清洗工廠、化工和石化工廠、造紙和紡織品工業(yè)）、電力工業(yè)和電力輸送（發(fā)電廠、開(kāi)關(guān)裝置）。PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在歐洲現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品市場(chǎng)占有率第一，超過(guò)40%。

　　PROFIBUS用戶組織已建立了質(zhì)量認(rèn)證程序，在德國(guó)和美國(guó)建立了測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，包括硬件測(cè)試和一致性、互操作性測(cè)試。

    3．2現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS技術(shù)概要

　　(1)PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。PROFIBUS-PA專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，并有本征安全技術(shù)規(guī)范。PROFIBUS-FMS用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。

　　(2)PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（OpenSystemInterconnection-SIO）作為參考模型。PROFIBUS-DP、FMS、PA定義了第一、二、七層和用戶接口。第三到六層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，定義了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備行為的行規(guī)。

　　(3)PROFIBUS傳輸技術(shù)

　　PROFIBUS提供了四種數(shù)據(jù)傳輸類型：用于DP和FMS的RS485傳輸、用于PA的IEC1158-2傳輸及光纖、紅外傳輸。

　　(4)設(shè)備類型：二類主站（DPM2）指可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設(shè)備。一類主站（DPM1）是可編程序控制器，如PLC、PC等。從站是指帶開(kāi)關(guān)量或模擬量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如驅(qū)動(dòng)器、閥門等。

　　(5)電子設(shè)備數(shù)據(jù)文件（GSD）

　　為了將不同廠家生產(chǎn)的PROFIBUS產(chǎn)品集成在一起，廠家必須提供GSD文件（電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件），描述產(chǎn)品的功能參數(shù)。PROFIBUS組態(tài)工具可根據(jù)將廠商提供的GSD文件將其設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中。

　　3.3基于現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）的先進(jìn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成

　　基于現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）的先進(jìn)控制系統(tǒng)ACSBPB是一個(gè)面向制造業(yè)自動(dòng)化、現(xiàn)場(chǎng)及車間級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

　　3.3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　ACSBPB由2級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成：底層是基于PROFIBUS-DP、PA的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備層控制系統(tǒng)；上一層是基于PROFIBUS-FMS或工業(yè)以太網(wǎng)及TCP/IP的車間級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控層計(jì)算機(jī)向上支持工廠管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)接口及通信驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)庫(kù)接口。底層PROFIBUS-DP支持9.6K~12M的通信速率和中繼器（REPEATER）的擴(kuò)展功能。底層PROFIBUS-DP還支持基于光纖傳輸介質(zhì)的通信；可支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、總線及環(huán)形光纖網(wǎng)?？刂破骺膳渲贸呻p機(jī)熱備及冗余通信模式，用于對(duì)可靠性要求很高的場(chǎng)合。詳見(jiàn)圖2：基于現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）的先進(jìn)控制系統(tǒng)ACSBPB系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

　　3.3.2控制器或主站

　　控制器基于通用工業(yè)PC機(jī)、Windows/NT軟硬件平臺(tái)?，F(xiàn)場(chǎng)總線接口一般采用PCI總線的PROFIBUS網(wǎng)卡（自主開(kāi)發(fā)）。系統(tǒng)控制器或主站應(yīng)具備雙機(jī)熱備、冗余通信系統(tǒng)功能。

　　3.3.3ACSBPB系統(tǒng)軟件

　　ACSBPB系統(tǒng)軟件基于WIN/NT系統(tǒng)軟件平臺(tái)。它包含一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，并為系統(tǒng)提供以下功能：

　　¨用于系統(tǒng)組態(tài)工具包

　　¨基于IEC61131程序編輯軟件包和軟邏輯功能模塊

　　¨繪圖、數(shù)據(jù)庫(kù)編輯工具包和實(shí)時(shí)在線監(jiān)控軟件包，包括流程、棒狀圖、趨勢(shì)圖顯示功能。

　　¨故障報(bào)警及記錄、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印功能。

　　¨基于INTRANET/INTERNET技術(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)流瀏覽、遠(yuǎn)程維護(hù)功能。

　　¨支持OPC、DDE驅(qū)動(dòng)接口

　　¨支持ODBC、SQL數(shù)據(jù)庫(kù)接口

    3.3.4具有現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）接口的底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

　　(1)分散式I/O從站：通過(guò)GSD文件組態(tài)，系統(tǒng)可連接任何廠家制造、經(jīng)過(guò)PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的分布式I/O從站。

　　(2)智能分散式I/O-PLC從站：通過(guò)GSD文件組態(tài)，系統(tǒng)可連接任何廠家制造、經(jīng)過(guò)PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的智能分散式I/O從站。

　　(3)智能交直流驅(qū)動(dòng)器：通過(guò)GSD文件組態(tài)，系統(tǒng)可連接任何廠家制造、經(jīng)過(guò)PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的智能交直流驅(qū)動(dòng)器。智能交直流驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)化符合PROFIBUS-DP行規(guī)要求。

　　(4)智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括氣動(dòng)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過(guò)GSD文件組態(tài)，系統(tǒng)可連接任何廠家制造、經(jīng)過(guò)PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　(5)人機(jī)接口HMI：包括字符型和圖形、CRT/LED、帶/不帶觸摸屏。通過(guò)PROFIBUS接口，可連接一定型號(hào)的人機(jī)接口。

　　(6)傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口的軟硬件：接口可以是內(nèi)置式或外置式，主要用于老設(shè)備的通信連網(wǎng)。接口一端是標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS接口，另一端視具體設(shè)備要求而定，如另一斷可以是自由編程/ASIIC碼的RS-232/485接口、I/O、PC/104、PCI等等。

　　(7)傳感器與變送器：包括電量監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)設(shè)備、溫度、壓力、流量變送器

　　3.3.5現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)器件產(chǎn)品：電纜、光纜、光端機(jī)模塊、PROFIBUS-DP/PA接頭、PROFIBUS-PA總線接插件。

　　3.3.6不同現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之間的通信接口的軟硬件；包括耦合器、路由、網(wǎng)關(guān)。

　　3.7.7專用應(yīng)用軟件包，包括：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)軟件包、生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件包、同步控制算法軟件模塊、張力控制算法軟件模塊、船閘控制系統(tǒng)軟件包、船閘船只最優(yōu)調(diào)度算法軟件等等。

　　4．基于現(xiàn)場(chǎng)總線的先進(jìn)控制系統(tǒng)市場(chǎng)前景分析

　　4．1市場(chǎng)需求

　　目前，國(guó)內(nèi)各行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈。企業(yè)逐步認(rèn)識(shí)到只有不斷引入新技術(shù)才能使企業(yè)得到持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。企業(yè)有追求新技術(shù)、改造現(xiàn)有系統(tǒng)的需求?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展主流，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的先進(jìn)控制系統(tǒng)以其明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在分布式控制系統(tǒng)市場(chǎng)中將逐步替代PLC產(chǎn)品。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　4.2企業(yè)效益

　?。?）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備制造商

　　參與基于現(xiàn)場(chǎng)總線的先進(jìn)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備制造商將本企業(yè)傳統(tǒng)產(chǎn)品提高了一個(gè)技術(shù)水平。由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的開(kāi)放性，企業(yè)開(kāi)發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品可以集成到任何現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中。比如，采用國(guó)外名牌控制器和自主開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的分布式I/O或其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成，將組成一個(gè)性能、價(jià)格都比較平衡的系統(tǒng)，根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，這種配置在國(guó)內(nèi)工程項(xiàng)目中是很有競(jìng)爭(zhēng)力的。企業(yè)因產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步將得到更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

　?。?）對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)集成商

　　應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的先進(jìn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)集成商有條件以系統(tǒng)為平臺(tái)，利用自身在行業(yè)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出具有專用技術(shù)的控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)集成增值，增加利潤(rùn)并擴(kuò)大市場(chǎng)份額。

　　結(jié)束語(yǔ)：

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以其標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放性使參與其中的企業(yè)收益；一切有遠(yuǎn)見(jiàn)和市場(chǎng)頭腦的自動(dòng)化行業(yè)志士仁人，都不會(huì)視而不見(jiàn)、無(wú)動(dòng)于衷、漠視它的存在。喪失機(jī)會(huì)和主動(dòng)將在未來(lái)市場(chǎng)中淘汰出局。國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)吸取在PLC、DCS技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，把握機(jī)遇，結(jié)成技術(shù)及市場(chǎng)同盟，開(kāi)發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)，并在優(yōu)勢(shì)行業(yè)上應(yīng)用推廣。這樣，既可帶動(dòng)國(guó)內(nèi)自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展，也可將國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化裝備提高到一個(gè)新的水平，使我國(guó)自動(dòng)化行業(yè)在未來(lái)國(guó)際自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中及市場(chǎng)份額上都占有一席之地。本文的分析和觀點(diǎn)，如能為國(guó)內(nèi)自動(dòng)化行業(yè)的技術(shù)專家、企業(yè)家和政府領(lǐng)導(dǎo)的決策提供有價(jià)值的參考，作者將感到十分高興。