根据Profibus-DP现场总线控制系统的集成

1、引 言

　　现场总线以其共同的优势已成为自动操控范畴的热门。构建以现场总线底层操控网络为根底，完结企业办理、操控一体化的归纳自动化体系是企业努力完结的方针。作为企业底层网络的现场总线技能应服务于企业的方针，以完结信息的集成。

　　现场总线操控体系集成技能便是依据此目而逐步开展前进的，是用一种体系或许一个自动化渠道完结原因由多种体系调配起来才干完结一切功用的集成计划，能大大简化体系的结构，削减很多接口部件。运用集成技能克服了上位机和现场工业操控设备之间、会集与涣散之间的边界。

　　Profibus现场总线技能是敞开式、数字化、多点通讯的底层操控网，以现场总线为枢纽，能够把单个涣散的测控设备变成网络节点，构成底层现场智能设备与高层的体系信息同享，满意工业操控体系散布化、扁平化和智能化的开展要求。Profibus在现场总线的运用中占有相当大的份额，且有着重要优势，在现场总线范畴中一向占有着前锋位置。由于Profibus适用范畴的广泛性（它既适用于工业自动化中离散加工进程的运用，也适用于流程自动化中接连和批处理进程的运用），以及它的老练性、先进性和标志性，本文以Profibus作为现场总线的代表介绍现场总线操控体系的集成技能。

2、现场总线操控体系集成技能的开展

　　2.1 现场总线操控体系的发生

　　现场总线是进程操控技能、智能仪表技能和核算机网络技能三个不同范畴结合的产品，把自动操控体系和设备带进了信息网络之中，成为企业信息网络的底层，从而为完结企业信息集成和企业归纳自动化供给了可行的根底。现场总线导致了传统操控体系结构的革新，构成了新式的网络集成式全散布操控体系——现场总线操控体系（FCS）。

　　2.2 现场总线操控体系集成技能的开展

　　由于技能开展的接连性和继承性，以及不同体系研制出资和商场利益的唆使，现场总线操控体系的呈现，不会使得其他体系（如DCS，PLC等）很快消失而构成了多种体系集成的局势。现在世界上多种现场总线仍共存，现场总线的标准化是多元化的，所以有必要开展多种现场总线之间的集成技能。

　　现在Internet和Intranet（企业内部信息网络）正在把世界范围的核算机和通讯设备联成一个全球化的数据网络，发生了比孤立的网络强壮得多的功用，跟着由各种现场总线智能单元组成的现场操控网络Infranet的呈现，操控网络上的设备也接入了Internet，新一代的企业信息网络结构也随同而发生。怎么使操控网络和企业信息网络到达无缝衔接是近期企业信息网络的开展要点。现场总线操控体系的信息集成技能便是在这样的趋势下发生的。

　　由于各种现场总线技能的开展和竞赛、各种核算机干流技能在工业操控范畴的浸透和运用以及自动化技能开展的延续性和继承性，现场总线操控体系中的集成技能的研讨和开展将面临着多总线集成、多体系集成、多技能集成的局势。

3、依据Profibus-DP现场总线操控体系的集成

　　结合“北京联合大学智能操控网络技能实验室”的现场总线操控体系阐明怎么完结依据Profibus-DP现场总线操控体系的集成技能，到达Infranet、Intranet和Internet三者结合构成的测控管一体化。

　　3.1 网络构架

　　现场被控设备有两台三容器液位设备、两个皮带传输机、三台立式电炉。三容器液位操控体系是一个双输入双输出的体系，经过操控水泵阀位的开度使三容器的液位到达咱们的设定值。皮带传输机是经过操控变频器的频率来改动皮带传输机传输速度。立式电炉是一个双输入双输出的温度场操控目标，经过操控占空比来操控电炉的温度。由于被控目标较多且散布较散，所以监控体系有必要是完全的涣散和散布。

　　整个体系由三层网络构成：底层是现场设备层，中间层为监控层，上层为信息办理层。现场设备层是以Profibus-DP总线为根底，现场设备互连，集成了PLC体系的现场层散布式操控网络Infranet；监控层是处于环形工业以太网Ethernet中，从现场设备中获取数据，完结各种操控、运转参数的监测、报警和趋势剖析等功用，其他还包括操控组态的规划。它经过专门的现场总线转换器完结现场总线网段与以太网段的衔接，这种方法使体系装备愈加灵敏；信息办理层是经过学校局域网与Internet网衔接，完结散布式网络环境下的长途监控体系。

　　为何要运用Ethernet，由于现场总线是专为工业现场层设备通讯规划，它只处理了底层自动化体系的信息集成问题，并不适用于传输较很多的数据，也不容易与办理层进行集成。而以太网规划初衷便是用于数据处理的工作网，工业以太网能够到达很高的通讯速率。运用以太网的长处，结合PLC操控器及现场总线，就能够构满足涣散、全敞开的集散操控体系。

　　3.2 软硬件装备

　　现场层：因考虑到设备散布广，各工序各设备需并行地进行作业，所以用三路Profibus-DP总线构成整个底层操控网络别离对各被控目标的出产进程进行实时操控，每路总线包括一个PLC总站和若干DP从站，三路总线之间独立运转互不影响。该例中以西门子SIMATIC S7系列PLC作为Profibus总站，三台PLC经过交流机挂在Ethernet上；智能传感器、执行器、变频器等现场级设备等作为从站，选用Profibus-DP协议对现场级设备、Profibus-DP通讯模块、扩展I/O模块等与PLC进行通讯。若需添加被控目标，可依据实践需求在以太网上扩展PLC站（或其他主站）构成新的若干路总线即可，不影响以组建好的PLC站和各路总线。

　　（1）1#Profibus-DP总线操控两台三容器液位设备：PLC S7-300（CPU类型CPU 314C-2 DP）作为总站，CP 343-1通讯卡完结PLC与Ethernet的相连，两台三容器的四个液位传感器和四个电磁泵作为从站，经过Profibus-DP总线互连并与PLC总站通讯；

　　（2）2#Profibus-DP总线操控两台皮带传输机：PLC S7-400（CPU类型CPU 414-3 DP）作为总站，CP443-1通讯卡完结PLC与Ethernet的互连，由ET200M IM 153-1作为DP长途从站，经过Profibus-DP总线与PLC总站通讯，ET200M从站上挂有三个I/O模块，两台皮带传输机的四个变频器别离与ET200M站的I/O模块通讯；

　　（3）3#Profibus-DP总线操控三台立式电炉：PLC S7-400（CPU类型CPU 412-2 DP）作为总站，CP443-1通讯卡完结PLC与Ethernet的互连，由ET200S IM151-1作为DP长途从站，经过Profibus-DP总线与PLC总站通讯，ET200S从站上挂有电源模块和四个I/O模块，三台立式电炉的六个热电阻电源和六个温度传感器别离与ET200S站的I/O模块通讯。

　　监控层：由多台核算机，多个工程师站和监控站组成，可依据实践需求增设，互不影响。每个站都经过Ethernet与各PLC站相互通讯。工程师站装有Step7操控软件，该软件是西门子SIMATIC S7系列PLC的配套软件，担任体系的硬件装备组态、软件编程、参数设置等。完结上位机各站与下位机PLC站的通讯，需求运用Step7软件给Ethernet通讯的各CP模块分配好IP地址。监控站装有与西门子系列PLC配套的WinCC监控软件，完结体系的软件组态，即数据收集、数据记载、数据办理、报警、趋势、打印报表等作业。各操作员可经过操作终端具体了解各设备运转状况，完结对现场设备的实时监控，完结自动操控。

　　信息层：由学校局域网衔接Internet网构成；由高功能核算机、作业站、PC机等组成。经过核算用客户机、服务器完结一般数据库和实时数据库的集成，树立散布式数据库办理体系，到达数据同享，坚持数据的完好、互操作和一致性；在局域网内的作业站装置监控软件就可完结异地长途监控；与外界的Internet衔接完结企业内部办理层与企业长途网点的信息集成。

　　这种结合以太网技能的操控体系完结了网络集成，到达了信息传输、长途操控和监督，还可依据需求扩展监控站和PLC站。再结合运用Internet的技能就能够使该集成建成完善的企业办理、出产、进程监控的信息网络体系，完结操控网络与信息网络的严密集成，使现场设备的各信息在企业内部网乃至企业外部网都能访问到而不需到现场进行观测。

　　该操控体系实例完结了依据Profibus-DP现场总线操控体系的集成，真实完结了Intranet/Infranet/Internet测控管一体化网络体系，完结了信息化、工作自动化，到达了资源同享等。整个操控体系是模仿工厂设备而建的，运转了较长时期到达了杰出的作用，是合适现代化工作及工业进程操控的网络体系。该操控体系依据实践需求只运用了若干集成技能，而依据Profibus-DP现场总线操控体系可实施的集成计划还有很多种，应依据项目的实践需求挑选性地加以运用。现给出几种遍及运用的计划：Profibus-DP与其它总线集成，如CAN总线、LONWORKS总线等；FCS与PLC、DCS的集成；与以太网（Ethernet）的集成完结现场操控网络Infranet和企业内部信息网Intranet的互联；与OPC（OLE for Process Control）、DDE（Dynamic Data Exchange）等技能的集成完结数据等信息的同享。

4、结 论

　　依据Profibus-DP现场总线操控体系集成技能以Profibus-DP总线为底层操控网络，将Profibus-DP总线和其他各相关技能的长处集成在一起完结了与上层企业网之间的互联，使现场出产和操控信息能够及时在企业网内交流，乃至能够将相关信息发布在企业外部网上，供给了更大程度的信息同享，相关人员能方便地了解企业出产状况，有利于办理层的决议计划，还可对出产目标进行长途监控、确诊和保护等，节约很多人力物力，特别适用于大型企业，给企业带来巨大的经济效益。可是依据现场总线操控体系的集成技能完结有必要留意以下问题：1.项目是否适于运用现场总线；2.网络功能，如体系实时性，可靠性等；3.网络结构，如网络拓扑结构类型，网段最大长度等；4.有无成功运用先例；5.商场要素等。