（天津辰力工程设计有限公司 300400）
摘要：现场总线集合了网络、自动控制、计算机、数字通信等技术方式，形成了智能、数字和多接点的通信方式。本文对现场控制技术问题进行了详细描述，其中对常用的现场总线和PROFIBUS现场总线的应用要求进行了重点阐述，为现场总线的研究提供了理论参考与借鉴。
关键词：PROFIBUS总线；应用
PROFIBUS现场总线全称为Process Field Bus,是1986年以德国西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的现场总线技术,是德国国家现场总线标准DIN19245和欧洲标准的EN50170现场总线标准,现已被列入IEC61158国际标准。PROFIBUS是一种与制造无关的、开放的广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化的现场总线标准。
目前，针对现场总线技术研究的国内外机构日益增多，其发展速度迅猛，广泛应用于楼宇自动化、现场测控系统中。每推出新一代系统都会有效解决上一代系统的缺陷，不断地更新换代。其处于计算机通讯系统末端，可将微处理器放置在传统的测量仪表中，具有数字计算和通信能力，多向传输，多支路结构，使得通信和现场设备结合成为可能。现场总线技术采用分布式控制跨网络的通信系统，可以保证通信系统的稳定性，在现场进行安装检测，缩短了控制路线，保持系统长时间安全运行。现场总线技术是集计算机、仪表、电子和网络系统发展到一定程度上的结晶。由于现在市场上的总线种类繁多，且其标准不一致，所以想实现总线兼容是困难的，以太网的研发和更广泛的发展可以有效的解决难兼容的问题，于此同时，也为现场总线的发展提供了更多的可能。
一、现场总线的特点
①开放性。现场总线系统致力于与标准达成共识，公开协议，设备厂家实时更新交换数据。②互相替换性。性能相似的设备可以进行互换。③智能化。可以在现场设备中进行工程量计算、补偿计算、测量传感等自动控制的功能。④结构模块化。去掉了DCS的输入/输出单元和控制室。采用全新的全分散性控制结构拥有更强的可靠性、灵活性，易于维修和改建。⑤组态灵活，可以获得仪表的实时状态，对信息的诊断和监控系统。
二、常用的现场总线
现已经有40多种的总线应用于各个领域，但没有一种总线可以达到全覆盖。下面列举几种特色的现场总线见表1。
①FF:基金会现场总线。现场总线基金会是非营利性的国家组织，其结构由物理层、数据层、应用层和用户层构成。它显著的特点是可以做到即插即用，及时操作和交换性能相同的设备。②PROFIBUS。包括PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA，它支持主-从、多主-多从和主-主的联络形式。PROFIBUS－DP多用于加工自动化控制的范畴，PROFIBUS－FMS应用在楼宇自动化、低压开关、纺织、可编程控制器，PROFIBUS－PA则用于过程自动化。③LONWORKS。分布式智能控制网络技术，广泛的应用在楼宇自动化、数据收集和工业控制等。④CAN。控制局域网，其显著特点是是稳定性高，灵活性强和实时性快。⑤HART。可追寻地址远程传感通道的公开通讯协议，在工业控制领域它是模拟系统转变为数字系统的过渡产品。
三、PROFIBUS现场总线通信技术
3.1 PROFIBUS协议结构
PROFIBUS现场总线对分散过程设备和网络层进行统一控制。第一、二层和用户接口采用Profibus－DP，可以保证数据快速有效的传输，用户接口的第二层功能映像由直接数据链路映像供给。协议结构如图1所示。FMS包含了应用协议，并且可以提供广的通信服务。PROFIBUS－PA数据传输采用扩展的PROFIBUS－DP协议。
3.2 PROFIBUS传输技术
PROFIBUS包括三种类型:光纤(F0)、PA的IEC1158－2传输、FMS和DP的RS485传输。①光纤传输技术。电磁干扰强的情况下使用PROFIBUS系统，光纤导体可以加大传输的距离。②PA的IEC1158－2的传输技术广泛应用于石化和化工工业，其无电流的连续传输技术，可以保证长期稳定的给现场设备供电。③FMS和DP的RS485传输。RS485使用屏蔽双绞铜线电缆，广泛应用于设施简单和高速传输的领域，RS485传输技术特点如表所示。RS485操作简单，可以增加或者减少总线结构上的站点，所有的设备均采用一样的传输速度，电缆的传输速度决定其最大的长度。
3.3 PROFIBUS总线存取协议
PA、DP和FMS采用统一的协议，PROFIBUS协议设计需要满足介质控制的两个基本要求:①限定的时间间隔内，每一个站点必须有充足的时间完成通信。②最大程度上缩短传输时间。PROFIBUS包含主-从和主-主的令牌传递形式的总线存取协议。主-从形式是在主站得到总线存取令牌的时候可以与从站通信，任何主站都可以向从站索取和发送消息，系统配置为:混合系统;主-主系统;主-从系统。令牌只适用于主—主站的通信。
3.4 PROFIBUS电缆规格要求
PROFIBUS电缆采用屏蔽双绞线，A型电缆的参数见表2。
四、PROFIBUS的应用前景
PROFIBUS技术在火电站辅机控制中得到应用，例如:四川广安电厂，PROFIBUS技术替代传统的控制技术，得到了同行业的高度赞扬;连云港新海发电站在对DCS进行改造的过程中新增PROFIBUS接口，省去中间环节直接对现场设备进行控制，缩减线路，很大程度上加大其稳定性。此外，PROFIBUS技术在润滑油生产、汽车组装、纺织等自动化制造业领域，在石化、造纸、水泥、食品等过程控制中得到广泛应用。现场总线技术存在一些缺点PROFIBUS－PA不能采用冗余网络，目前能满足火电站控制需求的装置少，软、硬件功能不强大。要着力对现存的问题进行有效解决，使现场总线技术得到广泛应用。
结语
本文对现场总线技术问题进行了综述研究，其技术概况、常用的现场总线和PROFIBUS现场总线的协议结构、传输技术、总线存取协议以及电缆规格等上述问题为现场总线技术的应用研究提供了理论依据。
参考文献
[1]王增杰,仉中举.基于PROFIBUS现场总线的加氢装置控制系统设计[J].能源与节能.2016(02).
[2]宋云召.PROFIBUS网络接地方式及其工程应用研究[J].制造业自动化.2014(02).
作者简介
赵靓（1983.9-），女，天津人，河北工业大学电气工程及自动化专业（无学位证），工程师，单位：天津辰力工程设计有限公司，研究方向：化工自控仪表选型设计及PLC配置.
论文作者:赵靓
论文发表刊物:《电力设备》2016年第3期
论文发表时间:2016/6/1
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