PROFIBUS现场总线技术的研究

是PROFIBUS 过程自动化的解决方案，是PROFIBUS-DP 向现场的延伸，用DP 可以将若干PA 连接在一个自动化系统中。它具有本质安全的特性，适用于本征安全要求较高场合和总线供电的站点。

PROFIBUS-PA 的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP 协议。另外，PA 还描述了现场设备行为的PA 行规。根据IEC1158-2 标准，PA 的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP 上扩展PA 网络。PROFIBUS-PA 通信速率为31.25kbps，最大距离为≤1.9km，其每一段上可连接的仪表台数≤32 台，但决定于所接入总线仪表设备的耗电量和应用的最大总线电流，只要进入总线的电流不超过规定的最大电压值和电流值，就可以保证在危险区域中运行的本质安全。

三．PROFIBUS 在控制领域的技术优势

1．总线存取协议——实时性

PROFIBUS 主站之间采用令牌传递方式，主站和从站之间采用主从方式。令牌传递程序保证每个主站在确定的时间片内得到总线访问权限，主站得到令牌以后，根据主从关系表向从站发送和索取数据信息。这种介质存取方式确保控制系统需要的实时性。例如，主频200 MHz 的CPU，300 个I/O 点的扫描周期小于50ms。

2．系统配置灵活

可根据应用对象的控制要求，灵活选择纯主—从系统、纯主—主系统或多主多从的混合系统。3 种系列的PROFIBUS 容易集成在一起，DP 和FMS 使用了同样的传输技术和总线存取协议，因而这2 套系统可在一根双绞线上同时操作；PA和DP 之间使用分段耦合器能方便地集成在一起。

3．PROFIBUS-PA 本质安全特性

PROFIBUS-PA 支持总线供电。在一条双绞线上即可实现数据通信和向现场设备供电。总线的操作电源来自单一供电装置，不再需要绝缘装置和隔离装置，即使在潜在的爆炸区维修、断开、接通现场设备也不会影响总线上的其它节点。

4．PROFIBUS 协议硬件实现方便

理论上，PROFIBUS 协议可在任何带有通用异步收发器UART 的微处理器上实现。但当传输速率高于500Kbit/s 时，最好采用专门的PROFIBUS 协议芯片实现，提供PROFIBUS 协议芯片的厂家有IAM、

四．PROFIBUS 的应用实例

以我所在的利港电厂生产过程为例，生产已经全部实现了自动控制和远程监控，运行人员在控制室内可对现场的设备进行状态监控，并且以此来对设备的运行状态进行远程控制。

现在厂里所用的控制系统主要是两种：DCS（Distributed Control System）分散控制系统和PLC（Program Logic Control）可编程逻辑控制系统。由PROFIBUS 构成的开放控制系统层次结构如下图所示。

1．现场信号处理层

通过PROFIBUS-DP 连接生产现场的变送器、执行器、阀门和各种I/O 处理模块。各个I/O 处理模块既可以与中央处理单元、电源等安装在机柜内，也可以分散安装在现场的信号箱内以便节省信号电缆、减少施工费用。现场信号处理层完成与现场信号的连接，对输入信号进行采集与转换、对输出信号进行限幅等。现场智能模块具有看门狗定时、多级隔离、自动诊断、输出反馈以及系统故障时输出切换到安全状态等功能。

2．控制层

系统控制层由多台现场控制站组成。控制站由中央处理单元、电源系统和现场总线连接的现场处理单元组成。系统控制层主要完成各种信号的综合处理（物理转换、报警检查等）、回路的计算和处理、逻辑回路的处理、先进控制算法的执行等。我们厂主要使用的控制器有ABB 公司的N90 系统，Westing House 厂家生产的Ovation DCD 控制系统和GE－Fanuc，西门子，三菱等公司生产的PLC 控制系统，根据设备类型及控制要求的不同，采用不同的控制系统对现场设备进行远程监视控制。所有的控制器和电源及通信线路都采取双路冗余控制，可以随时切换。

3．系统操作层

系统操作层通过100 Mbit/s 的冗余以太网连接工程师站，操作员站和冗余服务器。工程师站主要完成数据库、图形、控制算法、报表的组态和事故追忆、变量定义等参数配置组态及组态数据的下载，并完成在线运行监视和管理等功能。操作员站主要完成操作和监视功能，包括接受来自操作员的键盘、鼠标输入，进行画面显示切换，修改系统的运行参数，实现对系统的人工干预，如在线参数修改、控制调节等。服务器是系统处理的中心，它完成数据的采集和管理，如数据库的管理和维护，操作员站的数据申请和传送，系统级设备的管理，打印任务的管理和打印机切换，报警、日志等各种表格的管理。

4.企业管理层

系统操作层通过网关连接到企业管理层。企业管理层通过大型Client/Server 结构的工业以太网络系统与目前流行的ERP 企业资源计划软件可构成资源供应、计划