摘 要：介紹了現場總線集成的必要性和現場總線控制系統（FCS）集成技術的發展。結合實例說明了基于Profibus-DP現場總線控制系統集成技術的設計和實現，并給出了基于Profibus-DP現場總線控制系統的幾種集成方案。提出了現場總線集成中應注意的若干問題。 關鍵詞：現場總線控制系統;集成;Profibus-DP;可編程邏輯控制器;工業以太網 Abstract: The necessity of field bus integration technology and the development of FCS integration technology are introduced. Then the design and implement of FCS integration technology based on Profibus-DP are explained with example. And provide some ways of FCS integration technology based on Profibus-DP. Some problems about field bus integration technology are given. Keywords: FCS; Integration; Profibus-DP;PLC; Ethernet 1 引言： 　　現場總線以其獨特的優勢已成為自動控制領域的熱點。構建以現場總線底層控制網絡為基礎，實現企業管理、控制一體化的綜合自動化系統是企業致力實現的目標。作為企業底層網絡的現場總線技術應服務于企業的目標，以完成信息的集成。 　　現場總線控制系統集成技術就是基于此目而逐漸發展進步的，是用一種系統或者一個自動化平臺完成原來由多種系統搭配起來才能完成所有功能的集成方案，能大大簡化系統的結構，減少大量接口部件。應用集成技術克服了上位機和現場工業控制設備之間、集中與分散之間的界限。 　　Profibus現場總線技術是開放式、數字化、多點通信的底層控制網，以現場總線為紐帶，可以把單個分散的測控設備變成網絡節點，形成底層現場智能設備與高層的系統信息共享，滿足工業控制體系分布化、扁平化和智能化的發展要求。Profibus在現場總線的應用中占有相當大的比例，且有著重要優勢，在現場總線領域中一直占據著先鋒地位。由于Profibus適用領域的廣泛性（它既適用于工業自動化中離散加工過程的應用，也適用于流程自動化中連續和批處理過程的應用），以及它的成熟性、先進性和標志性，本文以Profibus作為現場總線的代表介紹現場總線控制系統的集成技術。 2 現場總線控制系統集成技術的發展 　　2.1 現場總線控制系統的產生 　　現場總線是過程控制技術、智能儀表技術和計算機網絡技術三個不同領域結合的產物，把自動控制系統和設備帶進了信息網絡之中，成為企業信息網絡的底層，從而為實現企業信息集成和企業綜合自動化提供了可行的基礎。現場總線導致了傳統控制系統結構的變革，形成了新型的網絡集成式全分布控制系統——現場總線控制系統（FCS）。 　　2.2 現場總線控制系統集成技術的發展 　　由于技術發展的連續性和繼承性，以及不同系統研發投資和市場利益的驅使，現場總線控制系統的出現，不會使得其他系統（如DCS，PLC等）很快消失而形成了多種系統集成的局面。目前世界上多種現場總線仍共存，現場總線的標準化是多元化的，所以必須發展多種現場總線之間的集成技術。 　　現在Internet和Intranet（企業內部信息網絡）正在把世界范圍的計算機和通信設備聯成一個全球化的數據網絡，產生了比孤立的網絡強大得多的功能，隨著由各種現場總線智能單元組成的現場控制網絡Infranet的出現，控制網絡上的設備也接人了Internet，新一代的企業信息網絡結構也伴隨而產生。如何使控制網絡和企業信息網絡達到無縫連接是近期企業信息網絡的發展重點。現場總線控制系統的信息集成技術就是在這樣的趨勢下產生的。 　　由于各種現場總線技術的發展和競爭、各種計算機主流技術在工業控制領域的滲透和應用以及自動化技術發展的延續性和繼承性，現場總線控制系統中的集成技術的研究和發展將面臨著多總線集成、多系統集成、多技術集成的局面[3]。 3 基于Profibus-DP現場總線控制系統的集成 　　結合“北京聯合大學智能控制網絡技術實驗室”的現場總線控制系統說明如何實現基于Profibus-DP現場總線控制系統的集成技術，達到Infranet、Intranet和Internet三者結合形成的測控管一體化。 　　3.1 網絡構架 　　現場被控設備有兩臺三容器液位裝置、兩個皮帶傳輸機、三臺立式電爐。三容器液位控制系統是一個雙輸入雙輸出的系統，通過控制水泵閥位的開度使三容器的液位達到我們的設定值。皮帶傳輸機是通過控制變頻器的頻率來改變皮帶傳輸機傳輸速度。立式電爐是一個雙輸入雙輸出的溫度場控制對象，通過控制占空比來控制電爐的溫度。因為被控對象較多且分布較散，所以監控系統必須是徹底的分散和分布。 　　整個系統由三層網絡構成：底層是現場設備層，中間層為監控層，上層為信息管理層。現場設備層是以Profibus-DP總線為基礎，現場設備互連，集成了PLC系統的現場層分布式控制網絡Infranet;監控層是處于環形工業以太網Ethernet中，從現場設備中獲取數據，完成各種控制、運行參數的監測、報警和趨勢分析等功能，另外還包括控制組態的設計。它通過專門的現場總線轉換器實現現場總線網段與以太網段的連接，這種方式使系統配置更加靈活;信息管理層是通過校園局域網與Internet網連接，實現分布式網絡環境下的遠程監控系統。 　　為何要使用Ethernet，因為現場總線是專為工業現場層設備通信設計，它只解決了底層自動化系統的信息集成問題，并不適用于傳輸較大量的數據，也不容易與管理層進行集成。而以太網設計初衷就是用于數據處理的辦公網，工業以太網可以達到很高的通信速率。利用以太網的優點，結合PLC控制器及現場總線，就可以構成全分散、全開放的集散控制系統。 　　3.2 軟硬件配置 　　現場層：因考慮到設備分布廣，各工序各設備需并行地進行工作，所以用三路Profibus-DP總線構成整個底層控制網絡分別對各被控對象的生產過程進行實時控制，每路總線包含一個PLC總站和若干DP從站，三路總線之間獨立運行互不影響。該例中以西門子SIMATIC S7系列PLC作為Profibus總站，三臺PLC通過交換機掛在Ethernet上;智能傳感器、執行器、變頻器等現場級設備等作為從站，采用Profibus-DP協議對現場級設備、Profibus-DP通信模塊、擴展I/O模塊等與PLC進行通訊。若需增加被控對象，可根據實際需要在以太網上擴展PLC站（或別的主站）形成新的若干路總線即可，不影響以組建好的PLC站和各路總線。 　　（1）1#Profibus-DP總線控制兩臺三容器液位裝置：PLC S7-300（CPU型號CPU 314C-2 DP）作為總站，CP 343-1通訊卡實現PLC與Ethernet的相連，兩臺三容器的四個液位傳感器和四個電磁泵作為從站，通過Profibus-DP總線互連并與PLC總站通信; 　　（2）2#Profibus-DP總線控制兩臺皮帶傳輸機：PLC S7-400（CPU型號CPU 414-3 DP）作為總站，CP443-1通訊卡實現PLC與Ethernet的互連，由ET200M IM 153-1作為DP遠程從站，通過Profibus-DP總線與PLC總站通信，ET200M從站上掛有三個I/O模塊，兩臺皮帶傳輸機的四個變頻器分別與ET200M站的I/O模塊通信; 　　（3）3#Profibus-DP總線控制三臺立式電爐：PLC S7-400（CPU型號CPU 412-2 DP）作為總站，CP443-1通訊卡實現PLC與Ethernet的互連，由ET200S IM151-1作為DP遠程從站，通過Profibus-DP總線與PLC總站通信，ET200S從站上掛有電源模塊和四個I/O模塊，三臺立式電爐的六個熱電阻電源和六個溫度傳感器分別與ET200S站的I/O模塊通信。 　　監控層：由多臺計算機，多個工程師站和監控站組成，可根據實際需求增設，互不影響。每個站都通過Ethernet與各PLC站相互通信。工程師站裝有Step7控制軟件，該軟件是西門子SIMATIC S7系列PLC的配套軟件，負責系統的硬件配置組態、軟件編程、參數設置等。完成上位機各站與下位機PLC站的通信，需要使用Step7軟件給Ethernet通信的各CP模塊分配好IP地址。監控站裝有與西門子系列PLC配套的WinCC監控軟件，實現系統的軟件組態，即數據采集、數據記錄、數據管理、報警、趨勢、打印報表等工作。各操作員可通過操作終端詳細了解各設備運行情況，實現對現場設備的實時監控，實現自動控制。 　　信息層：由校園局域網連接Internet網構成;由高性能計算機、工作站、PC機等組成。通過計算用客戶機、服務器完成一般數據庫和實時數據庫的集成，建立分布式數據庫管理系統，達到數據共享，保持數據的完整、互操作和一致性;在局域網內的工作站安裝監控軟件就可實現異地遠程監控;與外界的Internet連接實現企業內部管理層與企業遠程網點的信息集成。 　　這種結合以太網技術的控制系統實現了網絡集成，達到了信息傳輸、遠程控制和監視，還可根據需要擴展監控站和PLC站。再結合利用Internet的技術就可以使該集成建成完善的企業管理、生產、過程監控的信息網絡系統，實現控制網絡與信息網絡的緊密集成，使現場設備的各信息在企業內部網甚至企業外部網都能訪問到而不需到現場進行觀測。 　　該控制系統實例完成了基于Profibus-DP現場總線控制系統的集成，真正實現了Intranet/Infranet/Internet測控管一體化網絡體系，實現了信息化、辦公自動化，達到了資源共享等。整個控制系統是模擬工廠設備而建的，運行了較長時期達到了良好的效果，是適合現代化辦公及工業過程控制的網絡系統。該控制系統根據實際需要只運用了若干集成技術，而基于Profibus-DP現場總線控制系統可實行的集成方案還有很多種，應根據項目的實際需要選擇性地加以應用。現給出幾種普遍使用的方案：Profibus-DP與其它總線集成，如CAN總線、LONWORKS總線等;FCS與PLC、DCS的集成;與以太網（Ethernet）的集成實現現場控制網絡Infranet和企業內部信息網Intranet的互聯;與OPC（OLE for Process Control）、DDE（Dynamic Data Exchange）等技術的集成實現數據等信息的共享。 4 結論 　　基于Profibus-DP現場總線控制系統集成技術以Profibus-DP總線為底層控制網絡，將Profibus-DP總線和其他各相關技術的優點集成在一起實現了與上層企業網之間的互聯，使現場生產和控制信息可以及時在企業網內交換，甚至可以將相關信息發布在企業外部網上，提供了更大程度的信息共享，相關人員能方便地了解企業生產情況，有利于管理層的決策，還可對生產對象進行遠程監控、診斷和維護等，節省大量人力物力，特別適用于大型企業，給企業帶來巨大的經濟效益。但是基于現場總線控制系統的集成技術實現必須注意以下問題：1項目是否適于使用現場總線;2網絡性能，如系統實時性，可靠性等;3 網絡結構，如網絡拓撲結構類型，網段最大長度等;4 有無成功應用先例;5市場因素等。 參考文獻： 　　[1] 陽憲惠等.現場總線技術及其應用[M].清華大學出版社,1999 　　[2] 雷霖.現場總線控制網絡技術[M].電子工業出版社,2004 　　[3] Richard H Caro. Ethernet will transform fieldbus[J].Hydrocarbon Processing,2000,79（6）:7～9 　　[4] 馮大為，陽憲惠.從信息集成看現場總線技術的發展[J].冶金自動化,2001,6（5）:22～27 　　[5] 滕斌,王乘.以太網和現場總線的互連[J].微計算機信息，2004（10）:41～42 　　[6] A.Flammini,P.Ferrari,E.Sisinni.Sensor interfaces: from fieldbus to Ethernet and Internet[J].Sensors and Actuactor,2002（101）:194-202