3.基于现场总线的先进控制系统组成

　　以工业PC机及Windows/NT为平台，加载FCS系统软件做控制器；通过现场总线连接各种现场设备，这便是基于现场总线的先进控制系统的基本组成。下面以现场总线PROFIBUS为例，虚构一个基于现场总线PROFIBUS的先进控制系统--ACSBPB（AdvancedControlSystemBasedonPROFIBUStechnology），说明基于现场总线的先进控制系统组成。

　　3.1现场总线（PROFIBUS）概况

　　现场总线PROFIBUS技术于1987年，由SIEMENS公司等13家企业和5家科研机构联合提出；1989年批准为德国标准DIN19245。经应用完善后，于1996年6月批准为欧洲现场总线标准EN50170V.2。目前，根据国际IEC标准委员会达成的关于现场总线国际标准的妥协方案，PROFIBUS现场总线标准已成为国际现场总线标准IEC61158的一个组成部分。

　　目前国际上有250多家企业，生产1600多种符合PROFIBUS标准的产品。在不同的应用领域中已有200多万个设备安装运行。应用涉及到工业自动化的各个主要领域，包括：制造业自动化（汽车制造、装瓶系统、仓储系统）楼宇自动化（供热、空调系统）、交通管理自动化、过程自动化（清洗工厂、化工和石化工厂、造纸和纺织品工业）、电力工业和电力输送（发电厂、开关装置）。PROFIBUS标准产品在欧洲现场总线产品市场占有率第一，超过40%。

　　PROFIBUS用户组织已建立了质量认证程序，在德国和美国建立了测试实验室，包括硬件测试和一致性、互操作性测试。

    3．2现场总线PROFIBUS技术概要

　　(1)PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)。PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，并有本征安全技术规范。PROFIBUS-FMS用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。

　　(2)PROFIBUS协议结构

　　PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（OpenSystemInterconnection-SIO）作为参考模型。PROFIBUS-DP、FMS、PA定义了第一、二、七层和用户接口。第三到六层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，定义了现场设备行为的行规。

　　(3)PROFIBUS传输技术

　　PROFIBUS提供了四种数据传输类型：用于DP和FMS的RS485传输、用于PA的IEC1158-2传输及光纤、红外传输。

　　(4)设备类型：二类主站（DPM2）指可进行编程、组态、诊断的设备。一类主站（DPM1）是可编程序控制器，如PLC、PC等。从站是指带开关量或模拟量的现场设备，如驱动器、阀门等。

　　(5)电子设备数据文件（GSD）

　　为了将不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，厂家必须提供GSD文件（电子设备数据库文件），描述产品的功能参数。PROFIBUS组态工具可根据将厂商提供的GSD文件将其设备集成在同一总线系统中。

　　3.3基于现场总线（PROFIBUS）的先进控制系统的结构及组成

　　基于现场总线（PROFIBUS）的先进控制系统ACSBPB是一个面向制造业自动化、现场及车间级自动化控制系统。

　　3.3.1系统网络结构

　　ACSBPB由2级网络结构组成：底层是基于PROFIBUS-DP、PA的现场级设备层控制系统；上一层是基于PROFIBUS-FMS或工业以太网及TCP/IP的车间级监控系统。监控层计算机向上支持工厂管理级网络接口及通信驱动和数据库接口。底层PROFIBUS-DP支持9.6K~12M的通信速率和中继器（REPEATER）的扩展功能。底层PROFIBUS-DP还支持基于光纤传输介质的通信；可支持点对点、总线及环形光纤网。控制器可配置成双机热备及冗余通信模式，用于对可靠性要求很高的场合。详见图2：基于现场总线（PROFIBUS）的先进控制系统ACSBPB系统网络结构图。

　　3.3.2控制器或主站

　　控制器基于通用工业PC机、Windows/NT软硬件平台。现场总线接口一般采用PCI总线的PROFIBUS网卡（自主开发）。系统控制器或主站应具备双机热备、冗余通信系统功能。

　　3.3.3ACSBPB系统软件

　　ACSBPB系统软件基于WIN/NT系统软件平台。它包含一个实时多任务操作系统内核，并为系统提供以下功能：

　　¨用于系统组态工具包

　　¨基于IEC61131程序编辑软件包和软逻辑功能模块

　　¨绘图、数据库编辑工具包和实时在线监控软件包，包括流程、棒状图、趋势图显示功能。

　　¨故障报警及记录、实时数据采集、存储、查询、统计、报表打印功能。

　　¨基于INTRANET/INTERNET技术的远程数据流浏览、远程维护功能。

　　¨支持OPC、DDE驱动接口

　　¨支持ODBC、SQL数据库接口

    3.3.4具有现场总线（PROFIBUS）接口的底层现场设备

　　(1)分散式I/O从站：通过GSD文件组态，系统可连接任何厂家制造、经过PROFIBUS标准认证的分布式I/O从站。

　　(2)智能分散式I/O-PLC从站：通过GSD文件组态，系统可连接任何厂家制造、经过PROFIBUS标准认证的智能分散式I/O从站。

　　(3)智能交直流驱动器：通过GSD文件组态，系统可连接任何厂家制造、经过PROFIBUS标准认证的智能交直流驱动器。智能交直流驱动器的参数化符合PROFIBUS-DP行规要求。

　　(4)智能执行机构：包括气动、电动执行机构。通过GSD文件组态，系统可连接任何厂家制造、经过PROFIBUS标准认证的智能执行机构。

　　(5)人机接口HMI：包括字符型和图形、CRT/LED、带/不带触摸屏。通过PROFIBUS接口，可连接一定型号的人机接口。

　　(6)传统现场设备与现场总线通信接口的软硬件：接口可以是内置式或外置式，主要用于老设备的通信连网。接口一端是标准的PROFIBUS接口，另一端视具体设备要求而定，如另一断可以是自由编程/ASIIC码的RS-232/485接口、I/O、PC/104、PCI等等。

　　(7)传感器与变送器：包括电量监测及保护装置、开关设备、温度、压力、流量变送器

　　3.3.5现场总线网络器件产品：电缆、光缆、光端机模块、PROFIBUS-DP/PA接头、PROFIBUS-PA总线接插件。

　　3.3.6不同现场总线标准协议之间的通信接口的软硬件；包括耦合器、路由、网关。

　　3.7.7专用应用软件包，包括：自动化立体仓库软件包、生产线监测系统软件包、同步控制算法软件模块、张力控制算法软件模块、船闸控制系统软件包、船闸船只最优调度算法软件等等。

　　4．基于现场总线的先进控制系统市场前景分析

　　4．1市场需求

　　目前，国内各行业竞争激烈。企业逐步认识到只有不断引入新技术才能使企业得到持续稳定地发展。企业有追求新技术、改造现有系统的需求。现场总线技术是未来自动化技术发展主流，基于现场总线的先进控制系统以其明显的技术优势和价格优势，在分布式控制系统市场中将逐步替代PLC产品。#p#分页标题#e#

　　4.2企业效益

　　（1）对现场设备制造商

　　参与基于现场总线的先进控制系统开发的现场设备制造商将本企业传统产品提高了一个技术水平。由于现场总线技术的开放性，企业开发的现场总线产品可以集成到任何现场总线控制系统中。比如，采用国外名牌控制器和自主开发生产的分布式I/O或其他现场设备集成，将组成一个性能、价格都比较平衡的系统，根据笔者经验，这种配置在国内工程项目中是很有竞争力的。企业因产品技术进步将得到更多的市场机会。

　　（2）对自动化系统集成商

　　应用现场总线的先进控制系统的自动化系统集成商有条件以系统为平台，利用自身在行业领域中的优势，开发出具有专用技术的控制系统，使系统集成增值，增加利润并扩大市场份额。

　　结束语：

　　现场总线技术以其标准化、开放性使参与其中的企业收益；一切有远见和市场头脑的自动化行业志士仁人，都不会视而不见、无动于衷、漠视它的存在。丧失机会和主动将在未来市场中淘汰出局。国内企业应吸取在PLC、DCS技术和产业化方面发展的经验教训，把握机遇，结成技术及市场同盟，开发出拥有自主知识产权、基于现场总线技术的控制系统，并在优势行业上应用推广。这样，既可带动国内自动化行业的发展，也可将国内工业自动化装备提高到一个新的水平，使我国自动化行业在未来国际自动化技术领域中及市场份额上都占有一席之地。本文的分析和观点，如能为国内自动化行业的技术专家、企业家和政府领导的决策提供有价值的参考，作者将感到十分高兴。