現場總線(PROFIBUS)技術簡介(二)

1.2現場總線技術概念

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/329811.htm

1.2.1現場總線技術
目前，公認的現場總線技術概念描述如下：現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點通信的數據總線。其中，"生產過程"包括斷續生產過程和連續生產過程兩類。
或者，現場總線是以單個分散的、數位化、智能化的測量和控制設備作為網絡節點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統。

1.2.2現場總線技術產生的意義
（1）現場總線（Fieldbus）技術是實現現場級控制設備數位化通信的一種工業現場層網絡通信技術；是一次工業現場級設備通信的數位化革命。現場總線技術可使用一條通信電纜將現場設備（智能化、帶有通信接口）連接，用數位化通信代替4-20mA/24VDC信號，完成現場設備控制、監測、遠程參數化等功能。
（2）傳統的現場級自動化監控系統採用一對一連線的、4-20mA/24VDC信號，信息量有限，難以實現設備之間及系統與外界之間的信息交換，使自控系統成為工廠中的"信息孤島"，嚴重製約了企業信息集成及企業綜合自動化的實現。
（3）基於現場總線的自動化監控系統採用計算機數位化通信技術，使自控系統與設備加入工廠信息網絡，構成企業信息網絡底層，使企業信息溝通的覆蓋範圍一直延伸到生產現場。在CIMS系統中，現場總線是工廠計算機網絡到現場級設備的延伸，是支撐現場級與車間級信息集成的技術基礎。

1.2.3基於現場總線的現場級與車間級自動化監控及信息集成系統
基於現場總線技術的現場級與車間級自動化監控及信息集成系統如圖1-3所示：

此主題相關圖片如下，點擊圖片看大圖：

圖3：基於現場總線的現場級與車間級自動化監控及信息集成系統



1.2.4基於現場總線的自動化監控及信息集成系統主要優點
（1）增強了現場級信息集成能力
現場總線可從現場設備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿足工廠自動化及CIMS系統的信息集成要求。現場總線是數位化通信網絡，它不單純取代4-20mA信號，還可實現設備狀態、故障、參數信息傳送。系統除完成遠程控制，還可完成遠程參數化工作。
（2）開放式、互操作性、互換性、可集成性
不同廠家產品只要使用同一總線標準，就具有互操作性、互換性，因此設備具有很好的可集成性。系統為開放式，允許其它廠商將自己專長的控制技術，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統中去，因此，市場上將有許多面向行業特點的監控系統。
（3）系統可靠性高、可維護性好
基於現場總線的自動化監控系統採用總線連接方式替代一對一的I/O連線，對於大規模I/O系統來說，減少了由接線點造成的不可靠因素。同時，系統具有現場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現場設備的遠程參數設定、修改等參數化工作，也增強了系統的可維護性。
（4）降低了系統及工程成本
對大範圍、大規模I/O的分布式系統來說，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設工程費用，降低了系統及工程成本。

1.3現場總線標準
現場總線技術得以實現的一個關鍵問題，是要在自動化行業中形成一個製造商們共同遵守的現場總線通信協議技術標準，製造商們能按照標準生產品，系統集成商門能按照標準將不同產品組成系統。這就提出了現場總線標準的問題。
國際上著名自動化產品及現場設備生產廠家，意識到現場總線技術是未來發展方向，紛紛結成企業聯盟，推出自己的總線標準及產品，在市場上培養用戶、擴大影響，並積極支持國際標準組織制定現場總線國際標準。能否使自己總線技術標準在未來國際標準中佔有較大比例成份，關係到該公司相關產品前途、用戶的信任及企業的名譽。而歷史經驗證明：國際標準都是採用一個或幾個市場上最成功的技術為基礎。因此，各大國際公司在制定現場總線國際標準中的竟爭，體現了各公司在技術領先地位上的競爭，而其最終還是要歸結到市場實力的競爭。
據說目前國際上現有各種總線及總線標準不下二百多種。具有一定影響和已佔有一定市場份額的總線有如下幾種：
1.3.1PROFIBUS現場總線
1996年3月15日批准為歐洲標準，即DIN50170V.2。PROFIBUS產品在世界市場上已被普遍接受，市場份額佔歐洲首位，年增長率25%。目前支持PROFIBUS標準的產品超過1500多種，分別來自國際上250多個生產廠家。在世界範圍內已安裝運行的PROFIBUS設備已超過200萬臺，到1998年5月，適用於過程自動化的PROFIBUS-PA儀表設備在19個國家的40個用戶廠家投入現場運行。
1985年組建了PROFIBUS國際支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用戶組織（PNO）。目前在世界各地相繼組建了20個地區性的用戶組織，企業會員近650家。1997年7月組建了中國現場總線（PROFIBUS）專業委員會，並籌建現場總線PROFIBUS產品演示及認證的實驗室。
PROFIBUS主要應用領域有：
.製造業自動化：汽車製造（機器人、裝配線、衝壓線等）、造紙、紡織。
.過程控制自動化：石化、製藥、水泥、食品、啤酒。
.電力：發電、輸配電。
.樓宇：空調、風機、照明。
.鐵路交通：信號系統
1.3.2FF現場總線
1994年由ISP基金會和WorldFIP(北美)兩大集團合併成立FF基金會，其宗旨
在於開發出符合IEC和ISO標準的、唯一的國際現場總線（FundationFieldbus）。低速總線（H1）協議已於1996年發表。已完成開發的高速總線（H2）擬於1998年內發表。1997年5月建立了中國現場總線（FF）專業委員會，並籌建FF現場總線產品認證中心。
目前，FF現場總線的應用領域以過程自動化為主。如：化工、電力廠實驗系統、廢水處理、油田等行業。
1.3.3LONWORKS總線
LONWORKS現場總線全稱為LONWORKSNetWorks,即分布式智能控制網絡技術，希望推出能夠適合各種現場總線應用場合的測控網絡。目前LONGWORKS應用範圍廣泛，主要包括工業控制、樓宇自動化、數據採集、SCADA系統等。國內主要應用於樓宇自動化方面。
1.3.4CANBUS現場總線
CANBUS現場總線已由ISO/TC22技術委員會批准為國際標準IOS11898（通訊速率小於1Mbps）和ISO11519（通訊速率小於125Kbps）。CANBUS主要產品應用於汽車製造、公共運輸車輛、機器人、液壓系統、分散型I/O。另外在電梯、醫療器械、工具工具機、樓宇自動化等場合均有所應用。
1.3.5WorldFIP現場總線
90~91年FIP現場總線成為法國國家安全標準。96年成為歐洲標準（EN50170V.3）。下一步目標是靠近IEC標準，現在技術上已做好充分準備。WorldFIP國際組織在北京設有辦事處，即WorldFIP中國信息中心，負責中國的技術支持。
WorldFIP現場總線採用單一總線結構來適應不同應用領域的需求，不同應用領域採用不同的總線速率。過程控制採用31.25Kbit/s,製造業為1Mbit/s,驅動控制為1-2.5Mbit/s。採用總線仲裁器和優先級來管理總線上（包括各支線）的各控制站的通信。可進行1對1、1對多點（組）、1對全體等多重通信方式。在應用系統中，可採用雙總線結構，其中一條總線為備用線，增加了系統運行的安全性。
WorldFIP現場總線適用範圍廣泛，在過程自動化、製造業自動化、電力及樓宇自動化方面都有很好的應用。
1.3.6P-NET現場總線
P-NET現場總線籌建於己於1983年。1984年推出採用多重主站現場總線的第一批產品。1986年通信協議中加入了多重網絡結構和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口產品。1987年P-NET標準成為開放式的完整標準，成為丹麥的國家標準。1996年成為歐洲總線標準的一部分（EN50170V.1）。1997年組建國際P-NET用戶組織，現有企業會員近百家，總部設在丹麥的Siekeborg，並在德國、英國、葡萄牙和加拿大等地設有地區性組織分部。
P-NET現場總線在歐洲及北美地區得到廣泛應用，其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環保工程和製造業等應用領域。

1.4如何面對眾多的現場總線標準
面對國際上各種流派的現場總線及標準，為深入研究國外先進的現場總線技術，推動我國現場總線技術和產品的研究開發，形成符合我國國情的和現實的標準體系，保護我國生產企業和用戶的投資效益，我國儀表標準化行業的主管單位-儀器儀表綜合技術經濟研究所遵循標準化工作程序，於己於1998年7月22日至多3日在北京中國科技會堂舉辦了"現場總線的標準化與中國自動化技術發展"研討會。會議邀請了PROFIBUS、FF、WorldFIP、P-NET國際組織專家代表，介紹了國際流行現場總線技術及標準化情況。研討會上中外專家就現場總線國際標準化的發展展開了熱列討論，並提出以下見解與意見：
(1)期望IEC能儘早按預期目標完成統一標準的制定。
(2)按目前進度估計，近年內IEC很難完成預期目標。
(3)目前IEC提出的建議方案只限於過程自動化，難於滿足其它應用領域要求，不可能成為唯一標準，很可能形成多種標準體系共存。
(4)在統一標準框架下做多種通信協議接口，可能是統一標準的一種適宜的解決方案。
對我國發展現場總線技術政策，專家和代表們認為，結合我國國情，一方面應積極跟蹤IEC國際標準化的發展，開展我國的技術研究和產品開發。另一方面在統一的IEC標準未形成之前，積極開展對其它先進的現場總線技術研究，特別是對已有成熟應用經驗、應用領域覆蓋面大的現場總線技術的跟蹤研究。

1.5對面臨選擇的用戶談個人看法並提出建議
從用戶角度出發，如何面對眾多現場總線標準作出選擇，筆者在此發表個人看法，並提出一點建議以供用戶參考。
（1）標準？從標準發展的歷史看，誰的技術將成為國際標準，或在國際標準中佔有較大成份，主要取決於它在實際應用中取得多大的成果，取決於該項技術及產品在國際市場上的佔有份額。也就是說，誰能佔有市場誰將得天下。另一方面，國際標準化組織根據科學技術飛速發展現狀及廠商用戶對標準制定的要求，對標準的制定及批准手續作出相應的改變，即簡化了標準的制定程序和手續，並承認存在所謂事實上的標準，即那些在市場中已佔有較大份額、具有很大的用戶成功應用經驗的技術標準，如我們熟知的TCP/IP通信協議標準。
（2）選擇總線？在目前國際上現場總線群雄並起局面下，用戶應從實際應用工程特點出發去選擇。因為沒有一種可包羅萬象、適合所有應用領域的現場總線技術。應著重考察這種總線在本行業中的應用業績。如製造業自動化、電力自動化及過程控制自動化三個領域，在數據實時響應要求方面就大不一樣。
（3）選擇產品？用戶應儘量選擇國際知名度大、擁有用戶多、產品應用基礎好的公司產品，因為這些公司的現場總線技術被國際標準採納的可能性大。即使沒有被國際標準採納，大公司為考慮信譽，會提出原有技術與國際標準的接口，而不會置公司信譽於不顧，丟掉老客戶不管。
（4）積極跟蹤、勇於進取！如果因為國際IEC還沒有統一現場總線標準，就不敢使用這項先進技術是大可不必的。這將會使企業喪失一次儘早提高企業自動化水平的機會，或喪失一次提高本企業產品水平的機會，從而導致企業在未來同行競爭中處於劣勢。國際IEC要統一現場總線標準不是一朝一夕的事，坐等時機流逝為下策，只有積極跟蹤、勇敢進取方為企業發展上策。