引 言 　　現(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點，是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點、多站的通訊系統(tǒng)，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。現(xiàn)場總線的出現(xiàn)，標志著工業(yè)控制技術領域又一個新時代的開始，并將對該領域的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。 　　保定市燃氣總公司自90年代初上馬第一套煤氣生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)以來就一直致力于工業(yè)自動化技術尤其是工業(yè)現(xiàn)場總線技術的研究。經(jīng)過多年的努力解決了其在防爆場所（Ⅱ區(qū)）應用的技術難題，并成功的將其應用在本公司天然氣貯配站自控系統(tǒng)中，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 一．工業(yè)現(xiàn)場總線技術 （一） 現(xiàn)場總線技術的由來 1．CIMS體系結構及工業(yè)數(shù)據(jù)結構的層次劃分 　　根據(jù)工廠管理、生產(chǎn)過程及功能要求，CIMS體系結構可分為5層，即工廠級、車間級、單元級、工作站級和現(xiàn)場級。簡化的CIMS則分為3層，即工廠級、車間級和現(xiàn)場級。現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設備單機控制、連機控制、通信連網(wǎng)、在線設備狀態(tài)監(jiān)測及現(xiàn)場設備運行、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、統(tǒng)計等功能，保證現(xiàn)場設備高質量完成生產(chǎn)任務，并將現(xiàn)場設備生產(chǎn)及運行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層，向工廠級MIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)。同時也可接受工廠管理層下達的生產(chǎn)管理及調度命令并執(zhí)行。因此，現(xiàn)場級與車間級監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)是實現(xiàn)工廠自動化及CIMS系統(tǒng)的基礎。 2．傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)的特點 　　傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)（包括：基于PC、PLC、DCS產(chǎn)品的分布式控制系統(tǒng)），其主要特點之一是，現(xiàn)場層設備與控制器之間的連接是一對一的（一個I/O點對設備的一個測控點）所謂I/O接線方式，傳送模擬量或開關量信息。這種結構主要存在以下幾個缺陷： 1）信息集成能力不強： 控制器與現(xiàn)場設備之間靠I/O連線連接，傳送4-20mA模擬量信號或24VDC開關量信號，并以此監(jiān)控現(xiàn)場設備。這樣，控制器獲取信息量有限，大量的數(shù)據(jù)如設備參數(shù)、故障及故障紀錄等數(shù)據(jù)很難得到。底層數(shù)據(jù)不全、信息集成能力不強，不能完全滿足CIMS系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)的要求。 2）系統(tǒng)不開放、可集成性差、專業(yè)性不強：除現(xiàn)場設備均靠標準4-20mA/24VDC連接，系統(tǒng)其它軟、硬件通常只能使用一家產(chǎn)品。不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性、互換性，因此可集成性差。這種系統(tǒng)很少留出接口，允許其它廠商將自己專長的控制技術，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去，因此，面向行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)很少。 3）可靠性不易保證：對于大范圍的分布式系統(tǒng)，大量的I/O電纜及敷設施工，不僅增加成本，也增加了系統(tǒng)的不可靠性。 4）可維護性不高：由于現(xiàn)場級設備信息不全，現(xiàn)場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能不強。另一方面也很難完成現(xiàn)場設備的遠程參數(shù)設定、修改等參數(shù)化功能，影響了系統(tǒng)的可維護性。 3．現(xiàn)場總線技術的產(chǎn)生 　　由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，許多傳感器、執(zhí)行機構、驅動裝置等現(xiàn)場設備趨于智能化，即內置CPU控制器，完成諸如線性化、量程轉換、數(shù)字濾波甚至回路調節(jié)等功能。因此，對于這些智能現(xiàn)場設備增加一個串行數(shù)據(jù)接口（如RS-232/485）是非常方便的。有了這樣的接口，控制器就可以按其規(guī)定協(xié)議，通過串行通信方式（而不是I/O方式）完成對現(xiàn)場設備的監(jiān)控。如果設想全部或大部分現(xiàn)場設備都具有串行通信接口并具有統(tǒng)一的通信協(xié)議，控制器只需一根通信電纜就可將分散的現(xiàn)場設備連接，完成對所有現(xiàn)場設備的監(jiān)控，設備層傳遞的不再是I/O（4-20mA/24VDC）信號，而是基于現(xiàn)場總線的數(shù)字信號，由數(shù)字化通信網(wǎng)絡構成現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)，這就形成了現(xiàn)場總線技術。 （二）現(xiàn)場總線技術的概念 1. 現(xiàn)場總線技術 現(xiàn)場總線技術可概括如下： ● 現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線。其中，“生產(chǎn)過程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類。 ● 或者，現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。 2. 現(xiàn)場總線技術產(chǎn)生的意義 　　現(xiàn)場總線技術是實現(xiàn)現(xiàn)場級設備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場層網(wǎng)絡通信技術。這是一次工業(yè)現(xiàn)場級設備通信的數(shù)字化革命。與傳統(tǒng)的基于一對一連線采用模擬信號傳輸?shù)默F(xiàn)場級自動化監(jiān)控系統(tǒng)相比基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機數(shù)字化通信技術，使自控系統(tǒng)加入到工廠信息網(wǎng)絡中，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場。在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是工廠計算機網(wǎng)絡到現(xiàn)場級設備的延伸，是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術基礎。 3．基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要優(yōu)點 1）增強了現(xiàn)場級信息集成能力 　　現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿足工廠自動化及CIMS系統(tǒng)的信息集成要求。現(xiàn)場總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡，它不單純取代4-20mA信號，還可實現(xiàn)設備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠程控制，還可完成遠程參數(shù)化工作。 2）開放式、互操作性、互換性、可集成性 　　不同廠家產(chǎn)品只要使用同一總線標準，就具有互操作性、互換性，因此設備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開放式，允許其它廠商將自己專長的控制技術，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去，因此，市場上將有許多面向行業(yè)特點的監(jiān)控系統(tǒng)。 3）系統(tǒng)可靠性高、可維護性好 　　基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代一對一的I/O連線，對于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說，減少了由接線點造成的不可靠因素。同時，系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設備的遠程參數(shù)設定、修改等參數(shù)化工作，也增強了系統(tǒng)的可維護性。 4）降低了系統(tǒng)及工程成本 　　對大范圍、大規(guī)模I/O的分布式系統(tǒng)來說，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設工程費用，降低了系統(tǒng)及工程成本。 （三）現(xiàn)場總線技術標準 　　現(xiàn)場總線技術得以實現(xiàn)的一個關鍵問題，是要在自動化行業(yè)中形成一個制造商們共同遵守的現(xiàn)場總線通信協(xié)議技術標準，制造商們能按照標準生產(chǎn)產(chǎn)品，系統(tǒng)集成商門能按照標準將不同產(chǎn)品組成系統(tǒng)。這就提出了現(xiàn)場總線標準的問題。目前國際上現(xiàn)有各種總線及總線標準不下二百多種。具有一定影響和已占有一定市場份額的總線有如下幾種： 1．PROFIBUS現(xiàn)場總線 　　1996年3月15日批準為歐洲標準，即DIN 50170 V.2。PROFIBUS產(chǎn)品在世界市場上已被普遍接受，市場份額占歐洲首位，年增長率25%。目前支持PROFIBUS標準的產(chǎn)品超過1500多種，分別來自國際上250多個生產(chǎn)廠家。在世界范圍內已安裝運行的PROFIBUS設備已超過200萬臺，到1998年5月，適用于過程自動化的PROFIBUS-PA儀表設備在19個國家的40個用戶廠家投入現(xiàn)場運行。其主要有以下幾個應用領域有： 制造業(yè)自動化：汽車制造（機器人、裝配線、沖壓線等）、造紙、紡織。 過程控制自動化：石化、制藥、水泥、食品、啤酒。 電力：發(fā)電、輸配電。 樓宇：空調、風機、照明。 鐵路交通：信號系統(tǒng) 2．FF現(xiàn)場總線 　　1994年由ISP 基金會和World FIP（北美）兩大集團合并成立FF基金會，其宗旨在于開發(fā)出符合IEC和ISO標準的、唯一的國際現(xiàn)場總線（Fundation Fieldbus）。目前，F(xiàn)F現(xiàn)場總線的應用領域以過程自動化為主。如：化工、電力廠實驗系統(tǒng)、廢水處理、油田等行業(yè)。 3．LONWORKS總線 　　LONWORKS現(xiàn)場總線全稱為LONWORKS NetWorks,即分布式智能控制網(wǎng)絡技術，希望推出能夠適合各種現(xiàn)場總線應用場合的測控網(wǎng)絡。目前LONGWORKS應用范圍廣泛，主要包括工業(yè)控制、樓宇自動化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等。國內主要應用于樓宇自動化方面。 4．CANBUS現(xiàn)場總線 　　CANBUS現(xiàn)場總線已由ISO/TC22技術委員會批準為國際標準ISO 11898（通訊速率小于1Mbps）和ISO 11519（通訊速率小于125Kbps）。CANBUS主要產(chǎn)品應用于汽車制造、公共交通車輛、機器人、液壓系統(tǒng)、分散型I/O。另外在電梯、醫(yī)療器械、工具機床、樓宇自動化等場合均有所應用。 5．WorldFIP現(xiàn)場總線 　　90—91年FIP現(xiàn)場總線成為法國國家安全標準。96年成為歐洲標準（EN 50170 V.3）。下一步目標是靠近IEC標準，現(xiàn)在技術上已做好充分準備。 　　WorldFIP現(xiàn)場總線采用單一總線結構來適應不同應用領域的需求，不同應用領域采用不同的總線速率。過程控制采用31.25Kbit/s,制造業(yè)為1M bit/s,驅動控制為1-2.5Mbit/s。采用總線仲裁器和優(yōu)先級來管理總線上（包括各支線）的各控制站的通信。可進行1對1、1對多點（組）、1對全體等多重通信方式。在應用系統(tǒng)中，可采用雙總線結構，其中一條總線為備用線，增加了系統(tǒng)運行的安全性。 　　WorldFIP現(xiàn)場總線適用范圍廣泛，在過程自動化、制造業(yè)自動化、電力及樓宇自動化方面都有很好的應用。 6． P-NET現(xiàn)場總線 　　P-NET現(xiàn)場總線籌建于1983年。1984年推出采用多重主站現(xiàn)場總線的第一批產(chǎn)品。1986年通信協(xié)議中加入了多重網(wǎng)絡結構和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口產(chǎn)品。1987年P-NET標準成為開放式的完整標準，成為丹麥的國家標準。1996年成為歐洲總線標準的一部分（EN 50170 V.1）。1997年組建國際P-NET用戶組織，現(xiàn)有企業(yè)會員近百家，總部設在丹麥的Siekeborg，并在德國、英國、葡萄牙和加拿大等地設有地區(qū)性組織分部。 　　P-NET現(xiàn)場總線在歐洲及北美地區(qū)得到廣泛應用，其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè)等應用領域 。 （四）如何選擇現(xiàn)場總線技術 1．現(xiàn)狀 　　現(xiàn)場總線技術問世初期，人們有一個良好的愿望，即制定一部國際自動化行業(yè)統(tǒng)一使用的現(xiàn)場總線技術標準，這樣，所有現(xiàn)場設備都可以方便實現(xiàn)互連。經(jīng)過十多年的努力，卻出現(xiàn)了一個令人們失望的結果，即1999年12月IEC 61158（TS），通過決議，將8種國際上現(xiàn)存的現(xiàn)場總線標準，合并到IEC 61158（TS）文本中，做為國際現(xiàn)場總線標準。人們沒有得到期望的統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標準。 　　面對現(xiàn)實，多數(shù)現(xiàn)場總線技術專家認為：由于自動化技術涉及的應用領域廣泛、對控制性能要求各不相同，差異很大，另一方面，現(xiàn)場設備種類繁多，涉及的技術規(guī)范和標準繁雜；因此，希望使用一種現(xiàn)場總線標準覆蓋所有自動化行業(yè)的應用是不現(xiàn)實的；多種總線技術并存的狀況將維持相當一段時間。 2．如何選擇 面對多種總線技術并存，用戶如何選擇呢？ 1）技術指標：一些敏感的技術指標，如傳輸介質（電纜、光纖、無線）、數(shù)據(jù)傳輸速率、實時性、總線控制方式及功能（主從、多主、令牌、廣播、同步）。 2）行業(yè)：現(xiàn)場總線技術在其特定行業(yè)中具有明顯優(yōu)勢；如LONWORKS在樓宇自動化、CAN在車輛及船舶系統(tǒng)、PROFIBUS在制造業(yè)、FF在化工流程行業(yè)等。 3）業(yè)績：現(xiàn)場總線在行業(yè)中的應用業(yè)績。 二．PROFIBUS現(xiàn)場總線標準 （一）概貌 1. PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。廣泛適用于制造業(yè)自動化，流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。 2. PROFIBUS由三個兼容部分組成，即 PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery） PROFIBUS-PA（Process Automation） PROFIBUS-FMS （Fieldbus Message Specification） 3. PROFIBUS – DP: 是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代24VDC或4－20mA信號傳輸。 4. PORFIBUS－PA：專為過程自動化設計，可使傳感器和執(zhí)行機構聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。 5. PROFIBUS－FMS：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡，是一個令牌結構的實時多主網(wǎng)絡。 6. PROFIBUS是一種用于工廠自動化中車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術。可實現(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和通信，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案。 7. 與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標準EN50170作保證，并經(jīng)實際應用驗證具有普遍性。目前已應用的領域包括加工制造．過程控制和自動化等。PROFIBUS開放性和不依賴于廠商的設想，已在10多萬成功應用中得以實現(xiàn)。市場調查確認，在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場超過40％。PROFIBUS有國際著名自動化技術裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術優(yōu)勢并能提供廣泛的、優(yōu)質的新產(chǎn)品和技術服務。 （二） 基本特性 1．協(xié)議結構 　　PROFIBUS協(xié)議結構是根據(jù)ISO7498國際標準，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡（Open System Interconnection-SIO）作為參考模型的，該模型共有七層。（注：第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，第三－六層未使用，第七層為應用層。） 1） PROFIBUS－DP：定義了第一．二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS－DP設備的設備行為。 2） PROFIBUS－FMS：定義了第一．二．七層，應用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低層接口（Lower Layer Interface － LLI）。FMS包括了應用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務。LLI協(xié)調不同的通信關系并提供不依賴設備的第二層訪問接口。 3） PROFIBUS－PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的PROFIBUS－DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158－2標準，PA的傳輸技術可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網(wǎng)絡。 2．傳輸技術 PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型： 1）用于DP和FMS的RS485傳輸。 2）用于PA的IEC1158－2傳輸。 3）光纖 （三） PROFIBUS控制系統(tǒng)的幾種配置形式 1.現(xiàn)場級 1）總線接口型：現(xiàn)場設備不具備PROFIBUS接口，采用分散式I／O作為總線接口與現(xiàn)設備連接。這種形式在應用現(xiàn)場總線技術初期容易推廣。如果現(xiàn)場設備能分組，組內設備相對集中，這種模式會更好地發(fā)揮現(xiàn)場總線技術的優(yōu)點。 2）單一總線型：現(xiàn)場設備都具備PROFIBUS接口。這是一種理想情況。可使用現(xiàn)場總線技術，實現(xiàn)完全的分布式結構，可充分獲得這一先進技術所帶來的的利益。就目前來看，這種方案設備成本會較高。 3）混合型：現(xiàn)場設備部分具備PROFIBUS接口。這將是一種相當普遍的情況。這時應采用PROFIBUS現(xiàn)場設備加分散式I／O混合使用的辦法。無論是舊設備改造還是新建項目,希望全部使用具備PROFIBUS接口現(xiàn)場設備的場合可能不多，分散式I／O可作為通用的現(xiàn)場總線接口，是一種靈活的集成方案。 2．監(jiān)控級 　　根據(jù)實際需要及經(jīng)費情況，通常有如下幾種結構類型： 1）結構類型1：以PLC或控制器做一類主站，不設監(jiān)控站，但調試階段配置一臺編程設備。這種結構類型，PLC或控制器完成總線通信管理，從站數(shù)據(jù)讀寫，從站遠程參數(shù)化等工作。 2）結構類型2：以PLC或控制器做一類主站，監(jiān)控站通過串口與PLC一對一的連接。這種結構類型，監(jiān)控站不在PROFIBUS網(wǎng)上，不是二類主站，不能直接讀取從站數(shù)據(jù)和完成遠程參數(shù)化工作。監(jiān)控站所需的從站數(shù)據(jù)只能從PLC控制器中讀取。 3）結構類型3：以PLC或其它控制器做一類主站，監(jiān)控站（二類主站）連接在PROFIBUS總線上。這種結構類型，監(jiān)控站在PROFIBUS網(wǎng)上作為二類主站，可完成遠程編程，參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。 4）結構類型4：使用 PC機加PROFIBUS網(wǎng)卡做一類主站，監(jiān)控站與一類主站一體化。這是一個低成本方案，但PC機應選用具有高可靠性，能長時間連續(xù)運行的工業(yè)級PC機。對于這種結構類型，PC機故障將導致整個系統(tǒng)將癱瘓。另外，通信廠商通常只提供一個模板的驅動程序，總線控制．從站控制程序．監(jiān)控程序可能要由用戶開發(fā)，因此應用開發(fā)工作量可能會較大。 5）結構類型5：堅固式PC機（COMOPACT COMPUTER）＋PROFIBUS網(wǎng)卡＋SOFTPLC的結構形式。如果結構類型4中PC機換成一臺堅固式PC機（COMOPACT COMPUTER），系統(tǒng)可靠性將大大增強，足以使用戶信服。 　　近來出現(xiàn)一種稱為SOFTPLC的軟件產(chǎn)品，是將通用型PC機改造成一臺由軟件（軟邏輯）實現(xiàn)的PLC。這種軟件將PLC的編程、應用程序運行、在線監(jiān)控和操作員監(jiān)控站圖形界面開發(fā)等功能集成到一臺堅固式PC機上，形成一個PLC與監(jiān)控站一體的控制器工作站。 6）結構類型6：使用兩級網(wǎng)絡結構，這種方案充分考慮了未來擴展需要，比如要增加幾條生產(chǎn)線即擴展出幾條DP網(wǎng)絡，車間監(jiān)控要增加幾個監(jiān)控站等，都可以方便進行擴展。采用了兩級網(wǎng)絡結構形式，充分考慮了陰影部分的擴展余地。 三．在保定市天然氣貯配站的應用 　　保定市燃氣總公司天然氣儲配站于2002年3月建成并投入使用，它擔負著保定市居民、公共福利及工業(yè)用戶的天然氣供氣任務。設計能力1億米3/年，全站包括高-中壓A及高-中壓B兩套調壓設備及4個2000米3的高壓貯罐。本站計算機監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與控制設備、計算機下位系統(tǒng)、計算機上位系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡組成，預留與公司調度中心的接口，完成壓力的調節(jié)控制、貯氣送氣控制、儲氣量實時檢測、溫度檢測、流量檢測、加臭控制及報警連鎖控制等內容。是我公司SCADA系統(tǒng)中的遠程操作站。 （一） 網(wǎng)絡結構及技術標準 1． 網(wǎng)絡結構 　　結合我公司天然氣貯配站監(jiān)控系統(tǒng)具體情況，我們采用了星型拓撲與總線型拓撲相結合的混合型網(wǎng)絡結構，網(wǎng)絡結構見附圖。 2． 技術標準 　　通過對多種現(xiàn)場總現(xiàn)技術標準的綜合比較并結合天然氣行業(yè)的特點我們采用了PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術。整個監(jiān)控網(wǎng)絡分為兩級。一級網(wǎng)絡以PLC做為一類主站，監(jiān)控站（二類主站）連接在PROFIBUS總線上可完成遠程編程，參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。二級為現(xiàn)場級網(wǎng)絡，由于現(xiàn)場設備不具備PROFIBUS接口，采用分散式I／O作為總線接口與現(xiàn)場設備連接。 （二）設備選型 1．現(xiàn)場I/O站的選擇 　　現(xiàn)場I/O站將現(xiàn)設備信號進行處理轉化為數(shù)字信號，通過現(xiàn)場總線接口與上位系統(tǒng)進行通訊。我們經(jīng)過各方面的比較，選用TURCK公司的EXCOM系列產(chǎn)品。 　　EXCOM產(chǎn)品是是遠程I/O技術、安全柵技術與現(xiàn)場總線技術的組合，是可以直接安裝在危險1區(qū)的本安型現(xiàn)場總線部件。該系統(tǒng)由母板、及插在它上面的電源模塊、網(wǎng)關模塊、I/O模塊組成。 　　電源及網(wǎng)關模塊均采用雙電源雙網(wǎng)關配置，大大增加了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。所有模塊均支持在線熱插撥，而且不用借助任何工具。系統(tǒng)可以自動檢查新模塊是否與原模塊相同，系統(tǒng)支持替代值編程，方便了缺損模塊的更換。 　　網(wǎng)關提供了一個擴展了的PROFIBUS-DP的診斷功能，可向用戶提供包括每一個通道的錯誤指示的全方位的診斷功能，另外，每一個模塊均帶有LED可指示整個模塊各接入回路的狀態(tài)，根據(jù)指示燈的顏色指示正常、錯誤及開關量輸入/輸出的開關狀態(tài)，極大地方便了模塊設備的維護與維修。 　　靈活的擴充性能，方便于現(xiàn)場設備的擴充。當增加現(xiàn)場設備時可直接在母板插槽上安裝相應的模塊，連接到現(xiàn)場設備，更改相應的控制程序即可，而不需要再挖溝敷設現(xiàn)場I/O站到監(jiān)控室的電纜。由于模塊的品種少功能強，因此不必再采購大量的備品備件，只需少量的備件即可滿足維修維護的需要。 　　目前已經(jīng)形成生產(chǎn)規(guī)模并投放市場的現(xiàn)場I/O設備的生產(chǎn)廠家較多，如SEMENS、TURCK、WAGO，國內沈陽自動化所的FF產(chǎn)品可供選擇。 2．PLC的選型 考慮到以下幾個因素： 1） PLC為系統(tǒng)核心設備必須具有高可靠性及易維護性。 2） 安裝在非防爆區(qū)。 3） 具有最佳性能價格比。 　　我們決定采用西門子公司的S7-400系統(tǒng)中的412-2作為系統(tǒng)的主控PLC。它是西門子公司為工業(yè)控制設計的高端PLC，它通過PROFIBUS-DP總線完成與現(xiàn)場總線設備的通訊、監(jiān)控任務，還完成對本地現(xiàn)場總線設備的監(jiān)控，同時通過MPI多點通訊協(xié)議高可靠、高質量地完成與上位機的通訊任務，從而在不降低系統(tǒng)可靠性的基礎上進一步降低設備投資。S7-400組成雙網(wǎng)結構并結合冗余軟件包和系統(tǒng)熱備控制軟件完成對現(xiàn)場設備進行控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠運行。 （三）不足之處 1. 有些儀表，執(zhí)行器的選用與現(xiàn)場總線技術不夠配套，如閥門的電動執(zhí)行器，天然氣泄漏探頭、和流量檢測儀表，未能選用帶有總線接口的產(chǎn)品，使現(xiàn)場總線技術節(jié)省電纜的優(yōu)越性未能最大限度的體現(xiàn)出來。建議國內相關儀表和執(zhí)行器廠家盡快提高產(chǎn)品的適應性。 2. 應用于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的本安型現(xiàn)場I/O產(chǎn)品品種目前為數(shù)還不多，尚未形成規(guī)模。可供選擇的余地還不大，價格還偏高。 四．結論 　　通過我公司儲配站對總線控制技術的應用可以看出，總線控制技術在天然氣儲配站系統(tǒng)中有著無以倫比的優(yōu)勢，其采用的冗余技術不但擴充性強，易于維護管理，穩(wěn)定性好，而且節(jié)省電纜，減少了施工費用、安全柵及接線端子機柜的購置費用，同時今后的維護費用及運行費用也將有很大程度的降低。因此，總線控制技術在天然氣儲配站系統(tǒng)中具有極其廣泛的應用前景。