应用Profibus技术构成自动化控制系统时应考虑的几个问题

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当我们面对一个实际应用问题，希望应用现场总线技术构成一个系统时，可遵循以下步骤，逐一思考以下几个问题并给出答案或作出选择，最终即可得到一个应用现场总线技术的实际问题的解决方案。
1.项目是否适于使用现场总线技术
世上没有包治百病的灵丹妙药，任何一种先进技术，超出其适用范围也不会得到好的效果。因此可着重考虑以下几个问题：
(1) 现场被控设备是否分散？
这是决定使用现场总线技术的关键。现场总线技术适合于分散的、具有通信接口的现场受控设备的系统。现场总线的技术优势是节省了大量现场布线成本，使系统故障易于诊断与维护。对于具有集中I/O的单机控制系统，现场总线技术没有明显优势。当然，有些单机控制，在设备上很难留出空间布置大量的I/O走线，也可考虑使用总线技术。
(2) 系统对底层设备有信息集成要求？
现场总线技术适合对数据集成有较高要求的系统。如需要建立车间监控系统、如建立全厂的CIMS系统。在底层使用现场总线技术可将大量丰富的设备及生产数据集成到管理层，为实现全厂的信息系统提供重要的底层数据。
(3) 系统对底层设备有较高的远程诊断、故障报警及参数化要求？
现场总线技术适合要求有远程操作及监控的系统。
2.系统实时性要求？
所谓系统的实时性是指现场设备之间，在最坏情况下完成一次数据交换，系统所能保证的最小时间。简单地说就是现场设备的通信数据更新速度。以下实际应用可能对系统的实时性提出要求：
(1) 快速互锁连锁控制、故障保护：现场设备之间需要快速互锁连锁控制，完成设备故障保护功能。或系统实时性影响到产品加工精度。系统实时性不高，可能会导致设备损坏，或产品加工质量。
(2) 闭环控制: 现场设备之间构成闭环控制系统，系统的实时性影响到产品质量，如产品薄厚不均、大小不一、成份不同等。
影响系统实时性因素如下：
(1) 现场总线数据传输速率高具有更好的实时性。
(2) 数据传输量小系统具有更好的实时性
(3) 从站数目少系统具有更好的实时性
(4) 主站数据处理速度快使系统具有更好的实时性。
(5) 单机控制I/O方式，比现场总线方式要有更好的实时性。如图1所示：1与2之间的配合比3与4之间的配合具有更好的实时性。
(6) 在一条总线上的设备比经过网桥或路由的设备具有更好的实时性。如图1所示：3与4在同一段Profibus-DP上，而3与5位于两段不同的PROFIBUS-DP上，因此，3与4之间的配合比3与5之间的配合具有更好的实时性。同理，3或4与5之间的实时性是最差的。
(7) 有时主站应用程序的大小、计算复杂程度也影响系统响应时间，这与主站设计原理有关。

图1
如果实际应用问题对系统响应有一定的实时要求。可根据具体情况分析是否采用总线技术。 对Profibus-DP，以下数据仅供参考。当总线具有32个从站，数据传输速率为12M时，总线循环时间为1毫秒。见图2。

图2
3.有无应用先例？
有无应用先例也是决定是否采用Profibus技术的一个关键。因为，对于一个实际应用项目，技术问题复杂，很难用精确的数学分析、仿真方法给出技术可行性论证。对重大项目的决策，应用先例或应用业绩是简单而又颇具说服力的证明。一般来说，如在相同行业有类似应用，可以说明一些关键技术上已经有所保证。就笔者所知，PROFIBUS技术已在制造业、流程行业、楼宇、电力、交通等许多行业已有应用业绩。
4.采用什么样的系统结构配置
用户决定采用现场总线Profibus技术后，下一个问题就是采用什么样的系统结构配置。
(1) 系统结构形式：
¨ 分层？现场层？车间层？是否需要车间层监控？
¨ 结构（从站）？有多少从站？分布如何？从站设备如何连接？现场设备是否具备Profibus接口？可否采用分散式I/O连接从站？哪些设备需选用智能型I/O控制。根据现场设备地理分布进行分组并确定从站个数及从站功能的划分。
¨ 结构（主站）？有多少从站？分布如何？ 如何连接？
¨ 系统结构类型？见"4.3.2 根据实际应用需要的几种系统结构类型"。
(2) 选型
¨ DP？PA？FMS？根据系统是离散量控制还是流程控制，现场级选用Profibus-DP或PA？是否需要本征安全？
¨ 现场总线数据传输速率? 根据系统对实时性要求，决定现场总线数据传输速率。
¨ 车间级监控及监控站？是否需要车间级监控？选用FMS、监控站及连接形式。
¨ 主站形式？根据系统可靠性要求及工程经费，决定主站形式及产品。
5.如何与车间自动化系统或全厂自动化系统的连接。
(1) 是否需要车间及监控？
如果需要作车间级监控或需要为车间级监控留出接口，主站应配置FMS接口。控站应接到FMS网上，因此监控站也要考虑配置FMS网卡。
(2) 设备层数据如何进入车间管理层数据库？
设备层数据如Profibus-DP数据进入车间管理层数据库，首先要进入监控层FMS的监控站，监控站的监控软件包具有一个在线监控数据库，这个数据库的数据分两个部分，一是在线数据，如设备状态、数值数据、报警信息等；另一类为历史数据，是对在线数据进行了一些统计分类以后存储的数据，可作为生产数据完成日、月、年报表及设备运行记录报表。这部分历史数据通常需要进入车间级管理数据库。自动化行业流行的实时监控软件，如FIX、INTOUCH、WIZCON、WINCC、RSVIEW等，都具有MICRO系列数据库接口，如ACCESS、SYBASE、FOBASE。工厂管理层数据库通过车间管理层得到设备层数据。

王栋春

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