現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）技術(shù)簡(jiǎn)介（二）

1.2.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
目前，公認(rèn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概念描述如下：現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。其中，"生產(chǎn)過(guò)程"包括斷續(xù)生產(chǎn)過(guò)程和連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程兩類。
或者，現(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。

1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)生的意義
（1）現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；是一次工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備通信的數(shù)字化革命?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可使用一條通信電纜將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（智能化、帶有通信接口）連接，用數(shù)字化通信代替4-20mA/24VDC信號(hào)，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制、監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程參數(shù)化等功能。
（2）傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用一對(duì)一連線的、4-20mA/24VDC信號(hào)，信息量有限，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自控系統(tǒng)成為工廠中的"信息孤島"，嚴(yán)重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。
（3）基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化通信技術(shù)，使自控系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的延伸，是支撐現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.2.3基于現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)
基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)如圖1-3所示：

此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：

圖3：基于現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)



1.2.4基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)
（1）增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)信息集成能力
現(xiàn)場(chǎng)總線可從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿足工廠自動(dòng)化及CIMS系統(tǒng)的信息集成要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，它不單純?nèi)〈?-20mA信號(hào)，還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。
（2）開(kāi)放式、互操作性、互換性、可集成性
不同廠家產(chǎn)品只要使用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，就具有互操作性、互換性，因此設(shè)備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開(kāi)放式，允許其它廠商將自己專長(zhǎng)的控制技術(shù)，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去，因此，市場(chǎng)上將有許多面向行業(yè)特點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)。
（3）系統(tǒng)可靠性高、可維護(hù)性好
基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代一對(duì)一的I/O連線，對(duì)于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，減少了由接線點(diǎn)造成的不可靠因素。同時(shí)，系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能，可完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化工作，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。
（4）降低了系統(tǒng)及工程成本
對(duì)大范圍、大規(guī)模I/O的分布式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設(shè)工程費(fèi)用，降低了系統(tǒng)及工程成本。

1.3現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，是要在自動(dòng)化行業(yè)中形成一個(gè)制造商們共同遵守的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制造商們能按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)品，系統(tǒng)集成商門能按照標(biāo)準(zhǔn)將不同產(chǎn)品組成系統(tǒng)。這就提出了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題。
國(guó)際上著名自動(dòng)化產(chǎn)品及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)廠家，意識(shí)到現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是未來(lái)發(fā)展方向，紛紛結(jié)成企業(yè)聯(lián)盟，推出自己的總線標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品，在市場(chǎng)上培養(yǎng)用戶、擴(kuò)大影響，并積極支持國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。能否使自己總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在未來(lái)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中占有較大比例成份，關(guān)系到該公司相關(guān)產(chǎn)品前途、用戶的信任及企業(yè)的名譽(yù)。而歷史經(jīng)驗(yàn)證明：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都是采用一個(gè)或幾個(gè)市場(chǎng)上最成功的技術(shù)為基礎(chǔ)。因此，各大國(guó)際公司在制定現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的竟?fàn)?，體現(xiàn)了各公司在技術(shù)領(lǐng)先地位上的競(jìng)爭(zhēng)，而其最終還是要?dú)w結(jié)到市場(chǎng)實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)。
據(jù)說(shuō)目前國(guó)際上現(xiàn)有各種總線及總線標(biāo)準(zhǔn)不下二百多種。具有一定影響和已占有一定市場(chǎng)份額的總線有如下幾種：
1.3.1PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線
1996年3月15日批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，即DIN50170V.2。PROFIBUS產(chǎn)品在世界市場(chǎng)上已被普遍接受，市場(chǎng)份額占?xì)W洲首位，年增長(zhǎng)率25%。目前支持PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品超過(guò)1500多種，分別來(lái)自國(guó)際上250多個(gè)生產(chǎn)廠家。在世界范圍內(nèi)已安裝運(yùn)行的PROFIBUS設(shè)備已超過(guò)200萬(wàn)臺(tái)，到1998年5月，適用于過(guò)程自動(dòng)化的PROFIBUS-PA儀表設(shè)備在19個(gè)國(guó)家的40個(gè)用戶廠家投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。
1985年組建了PROFIBUS國(guó)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(gè)地區(qū)性的用戶組織，企業(yè)會(huì)員近650家。1997年7月組建了中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS）專業(yè)委員會(huì)，并籌建現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS產(chǎn)品演示及認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室。
PROFIBUS主要應(yīng)用領(lǐng)域有：
.制造業(yè)自動(dòng)化：汽車制造（機(jī)器人、裝配線、沖壓線等）、造紙、紡織。
.過(guò)程控制自動(dòng)化：石化、制藥、水泥、食品、啤酒。
.電力：發(fā)電、輸配電。
.樓宇：空調(diào)、風(fēng)機(jī)、照明。
.鐵路交通：信號(hào)系統(tǒng)
1.3.2FF現(xiàn)場(chǎng)總線
1994年由ISP基金會(huì)和WorldFIP(北美)兩大集團(tuán)合并成立FF基金會(huì)，其宗旨
在于開(kāi)發(fā)出符合IEC和ISO標(biāo)準(zhǔn)的、唯一的國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線（FundationFieldbus）。低速總線（H1）協(xié)議已于1996年發(fā)表。已完成開(kāi)發(fā)的高速總線（H2）擬于1998年內(nèi)發(fā)表。1997年5月建立了中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）專業(yè)委員會(huì)，并籌建FF現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品認(rèn)證中心。
目前，F(xiàn)F現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域以過(guò)程自動(dòng)化為主。如：化工、電力廠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、廢水處理、油田等行業(yè)。
1.3.3LONWORKS總線
LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線全稱為L(zhǎng)ONWORKSNetWorks,即分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，希望推出能夠適合各種現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用場(chǎng)合的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。目前LONGWORKS應(yīng)用范圍廣泛，主要包括工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等。國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化方面。
1.3.4CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線
CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線已由ISO/TC22技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IOS11898（通訊速率小于1Mbps）和ISO11519（通訊速率小于125Kbps）。CANBUS主要產(chǎn)品應(yīng)用于汽車制造、公共交通車輛、機(jī)器人、液壓系統(tǒng)、分散型I/O。另外在電梯、醫(yī)療器械、工具機(jī)床、樓宇自動(dòng)化等場(chǎng)合均有所應(yīng)用。
1.3.5WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線
90~91年FIP現(xiàn)場(chǎng)總線成為法國(guó)國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。96年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170V.3）。下一步目標(biāo)是靠近IEC標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在技術(shù)上已做好充分準(zhǔn)備。WorldFIP國(guó)際組織在北京設(shè)有辦事處，即WorldFIP中國(guó)信息中心，負(fù)責(zé)中國(guó)的技術(shù)支持。
WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線采用單一總線結(jié)構(gòu)來(lái)適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，不同應(yīng)用領(lǐng)域采用不同的總線速率。過(guò)程控制采用31.25Kbit/s,制造業(yè)為1Mbit/s,驅(qū)動(dòng)控制為1-2.5Mbit/s。采用總線仲裁器和優(yōu)先級(jí)來(lái)管理總線上（包括各支線）的各控制站的通信?？蛇M(jìn)行1對(duì)1、1對(duì)多點(diǎn)（組）、1對(duì)全體等多重通信方式。在應(yīng)用系統(tǒng)中，可采用雙總線結(jié)構(gòu)，其中一條總線為備用線，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線適用范圍廣泛，在過(guò)程自動(dòng)化、制造業(yè)自動(dòng)化、電力及樓宇自動(dòng)化方面都有很好的應(yīng)用。
1.3.6P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線
P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線籌建于己于1983年。1984年推出采用多重主站現(xiàn)場(chǎng)總線的第一批產(chǎn)品。1986年通信協(xié)議中加入了多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口產(chǎn)品。1987年P(guān)-NET標(biāo)準(zhǔn)成為開(kāi)放式的完整標(biāo)準(zhǔn)，成為丹麥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。1996年成為歐洲總線標(biāo)準(zhǔn)的一部分（EN50170V.1）。1997年組建國(guó)際P-NET用戶組織，現(xiàn)有企業(yè)會(huì)員近百家，總部設(shè)在丹麥的Siekeborg，并在德國(guó)、英國(guó)、葡萄牙和加拿大等地設(shè)有地區(qū)性組織分部。
P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線在歐洲及北美地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域。

1.4如何面對(duì)眾多的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)
面對(duì)國(guó)際上各種流派的現(xiàn)場(chǎng)總線及標(biāo)準(zhǔn)，為深入研究國(guó)外先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)，形成符合我國(guó)國(guó)情的和現(xiàn)實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)體系，保護(hù)我國(guó)生產(chǎn)企業(yè)和用戶的投資效益，我國(guó)儀表標(biāo)準(zhǔn)化行業(yè)的主管單位-儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所遵循標(biāo)準(zhǔn)化工作程序，于己于1998年7月22日至多3日在北京中國(guó)科技會(huì)堂舉辦了"現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化與中國(guó)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展"研討會(huì)。會(huì)議邀請(qǐng)了PROFIBUS、FF、WorldFIP、P-NET國(guó)際組織專家代表，介紹了國(guó)際流行現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化情況。研討會(huì)上中外專家就現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展展開(kāi)了熱列討論，并提出以下見(jiàn)解與意見(jiàn)：
(1)期望IEC能盡早按預(yù)期目標(biāo)完成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的制定。
(2)按目前進(jìn)度估計(jì)，近年內(nèi)IEC很難完成預(yù)期目標(biāo)。
(3)目前IEC提出的建議方案只限于過(guò)程自動(dòng)化，難于滿足其它應(yīng)用領(lǐng)域要求，不可能成為唯一標(biāo)準(zhǔn)，很可能形成多種標(biāo)準(zhǔn)體系共存。
(4)在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)框架下做多種通信協(xié)議接口，可能是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的一種適宜的解決方案。
對(duì)我國(guó)發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)政策，專家和代表們認(rèn)為，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，一方面應(yīng)積極跟蹤IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，開(kāi)展我國(guó)的技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。另一方面在統(tǒng)一的IEC標(biāo)準(zhǔn)未形成之前，積極開(kāi)展對(duì)其它先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)研究，特別是對(duì)已有成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋面大的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的跟蹤研究。

1.5對(duì)面臨選擇的用戶談個(gè)人看法并提出建議
從用戶角度出發(fā)，如何面對(duì)眾多現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)作出選擇，筆者在此發(fā)表個(gè)人看法，并提出一點(diǎn)建議以供用戶參考。
（1）標(biāo)準(zhǔn)？從標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的歷史看，誰(shuí)的技術(shù)將成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，或在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中占有較大成份，主要取決于它在實(shí)際應(yīng)用中取得多大的成果，取決于該項(xiàng)技術(shù)及產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的占有份額。也就是說(shuō)，誰(shuí)能占有市場(chǎng)誰(shuí)將得天下。另一方面，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織根據(jù)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展現(xiàn)狀及廠商用戶對(duì)標(biāo)準(zhǔn)制定的要求，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的制定及批準(zhǔn)手續(xù)作出相應(yīng)的改變，即簡(jiǎn)化了標(biāo)準(zhǔn)的制定程序和手續(xù)，并承認(rèn)存在所謂事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，即那些在市場(chǎng)中已占有較大份額、具有很大的用戶成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如我們熟知的TCP/IP通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。
（2）選擇總線？在目前國(guó)際上現(xiàn)場(chǎng)總線群雄并起局面下，用戶應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用工程特點(diǎn)出發(fā)去選擇。因?yàn)闆](méi)有一種可包羅萬(wàn)象、適合所有應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。應(yīng)著重考察這種總線在本行業(yè)中的應(yīng)用業(yè)績(jī)。如制造業(yè)自動(dòng)化、電力自動(dòng)化及過(guò)程控制自動(dòng)化三個(gè)領(lǐng)域，在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)響應(yīng)要求方面就大不一樣。
（3）選擇產(chǎn)品？用戶應(yīng)盡量選擇國(guó)際知名度大、擁有用戶多、產(chǎn)品應(yīng)用基礎(chǔ)好的公司產(chǎn)品，因?yàn)檫@些公司的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采納的可能性大。即使沒(méi)有被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采納，大公司為考慮信譽(yù)，會(huì)提出原有技術(shù)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的接口，而不會(huì)置公司信譽(yù)于不顧，丟掉老客戶不管。
（4）積極跟蹤、勇于進(jìn)??！如果因?yàn)閲?guó)際IEC還沒(méi)有統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，就不敢使用這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)是大可不必的。這將會(huì)使企業(yè)喪失一次盡早提高企業(yè)自動(dòng)化水平的機(jī)會(huì)，或喪失一次提高本企業(yè)產(chǎn)品水平的機(jī)會(huì)，從而導(dǎo)致企業(yè)在未來(lái)同行競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。國(guó)際IEC要統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)不是一朝一夕的事，坐等時(shí)機(jī)流逝為下策，只有積極跟蹤、勇敢進(jìn)取方為企業(yè)發(fā)展上策。