【正文】 IBUS 產品演示及認證的實驗室。 過程控制自動化：石化、制藥、水泥、食品、啤酒。 樓宇：空調、風機、照明。低速總線（ H1）協(xié)議已于 1996 年發(fā)表。 1997 年 5 月建立了中國現場總線（ FF）專業(yè)委員會，并籌建FF 現場總線產品認證中心。如：化工、電力廠實驗系統(tǒng)、廢水處理、油田等行業(yè)。目前LONGWORKS 應用范圍廣泛，主要包括工業(yè)控制、樓宇自動化、數據采集、SCADA 系統(tǒng)等。 CANBUS 現場總線 CANBUS現場總線已由 ISO/TC22技術委員會批準為國際標準 IOS 11898（通訊速率小于 1Mbps）和 ISO 11519（通訊速率小于 125Kbps）。另外在電梯、醫(yī)療器械、工具機床、樓宇自動化等場合均有所應用。 96 年成為歐洲標準（ EN 50170 ）。 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。過程控制采用 ,制造業(yè)為 1M bit/s,驅動控制為 ?？蛇M行 1 對 1 對多點（組）、 1 對全體 等多重通信方式。 WorldFIP 現場總線適用范圍廣泛，在過程自動化、制造業(yè)自動化、電力及樓宇自動化方面都有很好的應用。 1984 年推出采用多重主站現場總線的第一批產品。 1987 年推出 PNET 的多重接口產品。 1996 年成為歐洲總線標準的一部 分（ EN 50170 ）。 PNET 現場總線在歐洲及北美地區(qū)得到廣泛應用，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)等應用領域。 現場總線 PROFIBUS 協(xié)議由 PROFIBUSDP、 PROFIBUSFMS 和 PROFIBUSPA 三個兼容部分組成。主站對總線具有控制權，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權，取得控制權的主站可向從站發(fā)送、獲取信息。（ 2）PROFIBUSFMS 主要解決車間級的通用型通信任務 ,可以提供靈活而大量的通信服務 。 PROFIBUS 的協(xié)議結構 PROFIBUS 協(xié)議結構是根據 ISO7498 國際準，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網絡（ Open System Interconnection— SIO）作為參考模型的。當處于數據發(fā)送狀態(tài)時，該層接受數據鏈路層 （ DLL） 下發(fā)的數據，并將以某種電氣信號進行編碼并發(fā)送 。 第二層 :數據鏈路層 （ Data Link Layer） 定義了一系列服務于應用層的功能和向下與物理層的接口，使用物理層的服務，提供了介質存取控制功能、信息傳輸的差錯檢驗。 數據鏈路層是現場總線的核心。為了突出實時性，現場總線沒有采用以往 IEE802. 4 標準中定義的分布式物理通道管理，而是采用了集中式管理方式。 第三層 :應用層 （ Fieldbus Application Layer） 為用戶提供了一系 列的服務，擁有簡化或實現分布式控制系統(tǒng)中應用進程之間的通信，同時為分布式現場總線控制系統(tǒng)提供了應用接口的操作標準，實現了系統(tǒng)的開放性。 第四層 :用戶 （ User Layer） 是專門針對工業(yè)自動化領域現場裝置的控制和具體應用而設計的，它定義了現場設備數據庫間互相存取的統(tǒng)一規(guī)則，用戶憑標準功能塊可組態(tài)成系統(tǒng)，實現用戶的應用程序，這是使現場總線標準超過一項通信標準而成為一項系統(tǒng)標準的關鍵，也是使現場總線控制系統(tǒng)開放與可互操作性的關鍵。系統(tǒng)管理負責完成設備地址分配、功能塊執(zhí)行調度、時鐘同步和標記定位等功能。第三到七層未加描述。 （ 2） PROFIBUSFMS：定義了第一、二、七層，應用層包括現場總線信息規(guī)范（ Fieldbus Message SpecificationFMS ） 和 低 層 接 口 （ Lower Layer Interface— LLI）。 LLI 協(xié)調不同的通信關系并提供不依賴設備的第二層訪問接口。另外， PA 還描述了現場設備行為的 PA 行規(guī)。使用連接器可在 DP上擴展 PA 網絡。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。除周期性用戶數據傳輸外， PROFIBUSDP 還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理。波特率從 2Mbit/s。支持單主或多主系統(tǒng)。 （ 3） 通信：點對點（用戶數據傳送）或廣播（控制指令）。 （ 4） 運行模式：運行、清除、停止。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。各 DP 從站的動態(tài)激活和可激活。強大的診斷功能，三級診斷信息。通過總線給 DP 從站賦予地址。每 DP 從站的輸入和輸出數據最大為 246 字節(jié)。 DP 從站帶看門狗定時器（ Watchdog Timer）。 DP 主站上帶可變定時器的用戶數據傳送監(jiān)視。第一類 DP 主站（ DPM1）是中央可編程序控制器，如 PLC、 PC 等。 PROFIBUSDP 基本特征 （ 1） 速率：在一個有著 32 個站點的分布系統(tǒng)中， PROFIBUSDP 對所有站點傳送 512 bit/s 輸入和 512 bit/s 輸出，在 12M bit/s 時只需 1 毫秒。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。 本站診斷操作：本站設備的一般操作狀態(tài)，如溫度過高、壓力過低。 模塊診斷操作：一個站點的某具體 I/O 模塊故障。 通道診斷操作：一個單獨輸入 /輸出位的故障。在同一總線上最多可 連接 126 個站點。每個 PROFIBUSDP 系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設備： （ 1）一級 DP 主站（ DPM1）：一級 DP 主站是中央控制器，它在預定的信息周期內與分散的站（如 DP 從站）交換信息。 （ 2）二級 DP 主站（ DPM2）：二級 DP 主站是編程器、組態(tài)設備或操作面板，在 DP 系統(tǒng)組態(tài)操作時使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。 具體介紹如下 : PLC(智能型 1/0) : PLC 自身有程序存儲器， PLC 的 CPU 部分執(zhí)行程序并按程序指令驅動 I/O，可以作為 Profibus 的一個從站。主站可以通過通信間接控制從站 PLC 的 I/O 接口。分散式 I/O 不具有程序存儲和程序執(zhí)行，通信適配器部分接收主站指令，按主站指令驅動 I/O，并將 I/O 輸入及故障診斷 等信息返回給主站。 驅動器、傳感器、執(zhí)行機構等現場設備 :即帶 Profibus 接口的現場設備，可由主站在線完成系統(tǒng)配置、參數修改、數據交換等功能。 （ 4）單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運行階段，只有一個活動主站。這些主站與各自從站構成 相互獨立的子系統(tǒng)。任何一個主站均可讀取 DP 從站的輸入 /輸出映像 ， 但 是 只有一個 DP 主站允許對DP 從站寫入數據。 總線接口型 :現場設備不具備 Profibus 接口，采用分散式 I/O 作為總線接口與現場設備連接。如果現場設備能分組，組內設備相對集中，這種模式會更好地發(fā)揮現場總線技術的優(yōu)點。這是一種理想情況。不過，在目前這種方案設備成本可能較高。在較長的一段時期內，這將是相當普遍的。不管舊設備改造還是新建項目，希 望全部使用具備 Profibus 接口的設備的場合可能不是很多，分散式 I/O 可作為通用的現場總線接口，是一種靈活的集成方案。 為合算。 按實際應用需要分 根據實際需要及投入資金情況，通常有如下幾種結構類型 : （ 1） 以 PLC 或控制器作為一類主站，不設監(jiān)控站，調試階段配置一臺編程設備。 （ 2） 以 PLC 或控制器作為一類主站，監(jiān)控站通過串口與 PLC 一對一連接。監(jiān)控站所需的從站數據只能從 PLC 或控制器讀取。在這種結構類型中，監(jiān)控站完成遠程編程、參數化以及在線監(jiān)控功能。這 是一個低成本方案。另外，通信模板廠商通常只提供一個模板的驅動程序，總線控制程序、從站控制程序、監(jiān)控程序可能要由用戶開發(fā)，工作量比較大。此方案和方案 （ 4） 比較，可靠性將大大提高。 Soft PLC 是將 PLC 的編程 (IEC1131)及應用程序運行功能，和操作員監(jiān)控站的圖形監(jiān)控開發(fā)、在線監(jiān)控功能集成到一臺堅固式 PC 機上，形成一個 PLC 與監(jiān)控站一體的控制器工作站。當希望應用現場總線技術構建一個系統(tǒng)時，應著重考慮以下幾個問題 : 現場被控設備是否分散這是決定是否使用現場總線技術的關鍵?，F場總線的優(yōu)勢在于節(jié)省大量的現場布線成本，使系統(tǒng)故障易于診斷與維護。當然，有些單機控制，在很難有空間用于大量的 I/O 走線時，也可以考慮使用現場總線。在底層使用現場總線技術可將大量豐富的設備及生產數據集成到管理層，為實現全廠的信息系統(tǒng)提供重要的底層數據。 系統(tǒng)實時性要求 系統(tǒng)的實時性是指現場設備之間在最壞情況下完成一次數據交換，系統(tǒng)所能保證的最小時間。如果實際應用問題對系統(tǒng)響應有一定的實時性要求，可根據具體情況考慮決定是否采用現場總線技術。這里主要包括兩點需要考慮 :一是系統(tǒng)的結構形式，一是總線的選型?？梢愿鶕F場設備地理分布進行分組并確定從站個數及從站功能的劃分 ；（ 3） 有無主站，有多少，如何劃分，如何連接。 如何與車 間 或全廠自動化系統(tǒng)連接 要實現與車間自動化系統(tǒng)或全廠自動化系統(tǒng)的連接，設備層數據需要進入車間管理層數據庫。一是在線數據，如設備狀態(tài)、數值數據、報警信息等 。這部分歷史數據通常需要進入車間級管理數據庫。工廠管理層數據庫通過車間管理層得到設備層數據。近年來在自來水行業(yè)的應用也越來越普遍，基于現場總線的水廠自動化控制系統(tǒng)，它采用了計算機數字化通信技術，使水處理工藝過程參數及設備加入到信息網絡，成為企業(yè)信息網絡的底層，這樣公司級信息溝通的覆蓋范圍便一直延伸到了生產現場。 水廠自控系統(tǒng)現場總線結構形式 ` 圖 5 現場總線結構形式 以 PLC 為一類主站， PC 機監(jiān) 控為二類主站連接至 PROFIBUS 總線上，二類主站可完成遠程編程、參數化及在線監(jiān)控功能等 （如圖 5 所示） 。 圖 6 水廠 PROFIBUS 控制系統(tǒng)網絡結構圖 選擇該網絡構成形式，其理由如下： （ 1） 水廠處理生產工藝流程的各個環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間、環(huán)節(jié)內部需檢測的參數與各個現場被控設備之間都相對 比較分散，且項目 (系統(tǒng) )對各個工藝環(huán)節(jié)的數據集成有較高的要求，除要達到遠程操作、診斷、監(jiān)控、參數化功能外，還必須為整個系統(tǒng)提供豐富的現場設備及生產數據，為全公司的信息系統(tǒng)提供重要的底層數據。 （ 2） 為確保實際應用項目 (系統(tǒng) )的成功實施，現場總線 PROFIBUS 的一些關鍵性技術能否在水行業(yè)得到正常應用，主要是看它在本行業(yè)是否有應用先例，經過調研，確認 PROFIBUS 不僅在制造、電力等方面，在水行業(yè)也已有成功的應用，且有相當的業(yè)績。對四個 PLC 工作主站，考慮到系統(tǒng)功能的要求及用戶的需要，每站分別配置了一臺計算機和網卡作監(jiān)控主站。 （ 1） 主站選擇 1） 選擇 S7300 系列的 CPU3152DP 為一類主站，它帶有一個 DP 和一個 MPI 接口，速率為 ， 數據傳輸距離 1200M，可連接 I/0 數目： DI/DO 1024 AI/AO 128 2） 選擇 CP3435 通信處理器，將 PLC 連接到 BROFIBUS 上，數據傳輸速率為 ， 。 （ 1） 從站選擇 選擇 S7200 系列的 CPU2152DP 為智能型 I/O 從站，最大數據傳輸速率為 12M， 本身帶有 14DI/10DO， 亦可擴展到 62DV58DO 或 12AV4AO。 操作系統(tǒng)為 WINDOWS NT WORKSTATION Ver , KERNEL SP4 0監(jiān)控平臺使用美國 Intellution 公司的 FIXMMI 工業(yè)控制軟件，直接嵌入 NT 操作系統(tǒng)內部。直觀的組態(tài)圖形可以使調度答理人員監(jiān)視到現場工藝動態(tài)流程 。設備的啟停及閥門的動作情況 。包括水位的設定 。數據記錄功能記錄了各測量點 200 天的數據，完全滿足了歷史查詢的需要。調度主站操作系統(tǒng)設有操作員權限，即考慮到調度操作的方便，又有效地防止了關人員的誤操作。一泵房 PLC 通過 PROFIBUS 接受二泵房 PIE 采集的清水池水位，出廠水流量等數據，對一泵房機組進行全自動閉環(huán)控制，二泵房則通過網絡根據調度室確定的指令及流量、壓力、設備狀況進行自動控制。 我國于八十年代開始引進法國 DEGREMONT(德利滿 )公司開發(fā)的 V 型濾池， V 型濾池過濾和濾料再生的自動控制是濾池正常生產運行的保障。其功能是 :實現六套系統(tǒng)恒水過濾 ； 濾池反沖自動化、實現調度對工藝的實時監(jiān)控。 S7— 200PLC 控制六個濾池的反沖泵和風機系統(tǒng)，完成對六個濾池反沖的自動控制。濾池的過濾就是通過它們測出濾池的水位和水頭損失，將水位值及濾后水閥門的開啟度送入 PLC，經 PLC 中PID 模塊運算，調節(jié)濾后水調節(jié)閥實現水位的恒定，設計中應用 PID 模塊，僅采用比例、積分控制，關閉微分回路，較好的實現了恒水位控制。當過濾達到過濾周期或濾池壓差 (水頭 )設定值時，濾池提出反沖洗請求， S7 300 根據濾池的優(yōu)先秩序，組成一個請求反沖洗隊列。當一只濾池正在反沖洗時 .其它濾池請求反沖洗的信號則存入公用的 PLC 中，然后再按存儲秩序，對濾池依次進行反沖洗。 濾池反沖洗時， PLC 的控制過程 :打開反沖洗排水閥，當濾池水位下降到洗砂排水槽頂時，關閉濾后水控制閥；啟動鼓風機， 5 秒鐘后，打開濾池反沖洗氣閥，對濾池進行 1 分鐘氣預沖；打開反沖洗水閥，啟動反沖洗水泵 ，進行 7 分鐘的 氣水 同時反沖洗；關閉反沖洗氣閥， 5 秒鐘后，停鼓風機，打開空氣隔膜閥排氣，進行 5 分鐘清水反沖漂洗后，停反沖水泵。整個反沖洗過程歷時約 25 分鐘。反沖過程執(zhí)行時間可由監(jiān)控微機改變或 TD200 現場操作。V 型濾池自控部分設