SIEMENS西门子珠海授权代理商

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 现场总线技术自80年代末问世，就出现了以不同实体倡导的标准，典型代表有：基金会LONWOKS、PROFIBUS、CAN、HART等。其中PROFIBUS是由德国西门子公司提出并较力倡导，已经先后成为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EU50170。在中国也组建了PROFIBUS现场总线专业**。本文以西门子的PLC为例,以生物制药工程为背景，阐述了现场总线技术在生物制药行业实际应用中所解决的一些问题。

      一、现场总线技术

      现场总线是80年代末、90年代初国际上形成的，用于生产现场、在微机化测量控制设备之间的实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。

      现场总线系统FCS称为*五代控制系统，人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作**代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为*二代，把数字计算机集中式控制系统称为*三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作*四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信**网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。现场总线技术的出现，实现了工程自动化，制造自动化，信息自动化等领域的现场智能设备之间的互联通信，实现了生产过程现场控制设备与更高信息管理层互联通信，此外，FCS还可以通过网关与企业的上级管理网络相连，以便管理者掌握**手资料，为决策提供依据。为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。

      1.现场总线PROFIBUS的分类

      目前世界流行的现场总线及总线标准有很多种，其中PROFIBUS现场总线是欧洲标准，其产品在世界市场上已被普遍接受，在中国也组建了PROFIBUS现场总线专业**，它是目前世界上较成功的现场总线之一。

      在兽研所工程的工厂自动化控制系统中，不涉及车间级通信任务和本安型过程自动化，因此重点应用PROFIBUS-DP。

     2.西门子S7-300系列PLC的PROFIBUS有关产品。

      西门子PLC为PROFIBUS通信提供了多种CP通讯功能模块，针对兽研所口蹄疫工程的具体情况，分区域、分功能选用了7台PLC-300，CPU为315-ZDP，涉及到的通讯处理器为组成现场级PROFIBUS的DP从站ET200M；用于PLC之间通讯及人机接口的CP342-5;用于PROFIBUS-PA到PG/PC系统接口的CP-5613。现将其分述如下：

      1）DP从站ET-200M

     ET-200M以PROFIBUSDPslave拼成主从式的I/O分布式PLC现场总线系统。

      由于其可做为CPU的远程分布式I/O，通过现场总线与CPU的通信距离长达1.2KM,因此可根据现场实际情况将具体为从站设置在控制设备附近，然后通过总线与*CPU相连通信。这样做的较大好处就是大大减少了现场信号传至中央控制柜的距离，降低了I/O布线的成本，提高了工程施工效率，同时由于PROFIBUS－DP的总线循环时间不到10ms，它的控制实时性决不会因此而降低，在兽研所工程PLC控制系统中，冷站与动力站位于生产厂房的较北端，主要工艺设备集中于北端的冷站机房内，但还有相当一部分现场信号是在生产厂房的南端车间，如工艺温度、压力信号，和地下技术夹层，如冷站和4台冷却水泵。为了解决这一矛盾，为将PLC的CPU中央控制柜设置在北端的冷站机房内，又在生产厂房南端的地下技术夹层设置其DP站ET200M，将所有有关的现场信号先送到DP站处理，DP站通过总线连接与冷站内的中央控制柜实现通讯。其间的通信距离约为120m，处理的现场信号在50点左右，用ET200M远程分布式I/O，很好的解决了这一问题，大大降低了工程施工成本。

      2）CP342-5通讯处理器

      CP342-5是连接西门子S7-300到PROFIBUS－DP总线系统的通讯处理器，他可作为DP主站式从站为系统提供PROFIBUS－DP、S7通讯、S5单元通讯，编程器和HMI系统通讯等功能，在工程的PLC控制系统中，它主要为S7-300与HMI系统的通讯组网服务。

      3）CP-5613通讯处理器

      CP5613用于在具有PCI槽内的bbbbbbSNT4.0（bbbbbbS200）下，将SIMATICPG/PC和AT兼容PC连接到PROFIBUS。由于CP5613是作为PROFIBUS－DP主站运行的，它将过程图象存储在DPRAM内（CP上的存储区），且硬件自律地处理高性能的，因此其可减轻计算机主机的CPU负荷，提高计算机主机用于其他计算机或网络处理器的性能，在兽研所口蹄疫工程的PLC控制系统中，将其作为HMI/SA系统主机与S7300PLC系统之间的通讯处理器。

      二、现场总线技术和工业以太网在生物制药行业中的应用

      1、系统综述

      本项目自动化网络主张采用西门子SIMATICNET系列产品。整个网络以工业以太网（用于区域和单元联网的国际标准）和PROFIBUS现场总线（用于现场区域和单元网络的标准）为重要组成部分，可完成工厂通讯，数据通讯和过程/现场自动化通讯等不同层次，不同性能的复杂联网任务。

      网络系统共分为3层结构，分别为：现场控制层、过程监控层、生产管理和市场经营管理层。

      1）现场控制层

      PROFIBUS是一种用于过程自动化的现场总线技术，其灵活的网络配置和对分布式I/O设备的总线连接方式使得控制系统在布线方面的工程成本大幅度降低，工程实施大大简化，系统可靠性和系统功能大大提高。

      PROFIBUS的通讯协议完全满足规范化和标准化的要求，它的开放性允许来自不同制造商的标准化部件实现兼容和集成。

      我所的现场I/O控制采用PROFIBUS-DP总线进行I/O分布式配置，共分8个PLC单元。PLC-1～PLC-3为52号建筑新风机组和空调机组的控制单元。PLC-4担负着52号建筑空调冷站工艺冷站和动力站的监控任务。PLC-5为52号建筑的照明和变配电系统的控制单元。PLC-6将对53号建筑的空调机组和冷站进行监控。PLC-7为52号建筑的工艺设备控制单元，主要控制设备有：转瓶机、柜，干燥箱等。PLC-8为能源监控单元，主要完成对我所空压站、纯水处理站、工业蒸汽、水塔等动力设施的监视或控制。

      对悬浮培养、灭活、乳化、分装等工艺过程的监视或控制，将视我所配置的工艺处理控制设备通讯接口状况，或集成于PLC-7的PROFIBUS-DP总线上（此时要求这些工艺处理控制设备接口满足PROFIBUS通讯协议），或集成于工业以太网上（此时要求这些工艺处理控制设备接口满足TCP/IP通讯协议）。

      2）过程监控层

      上述8个控制单元全部挂接于PROFIBUS总线上，以完成与上位操作站或彼此之间的通讯处理，从而形成整个网络系统的过程监控层。

      根据8个控制单元的不同功能，在PROFIBUS总线上设置了4个独立操作站和1个WINCC服务器。4个独立操作站分别为：HVAC系统操作站、照明/变配电系统操作站、工艺设备控制操作站和能源监控操作站。HVAC系统操作站针对PLC-1～PLC-4，PLC6这5个控制单元，照明/变配电系统操作站针对PLC-5控制单元，工艺设备控制操作站针对PLC-7控制单元，能源监视系统操作站针对PLC-8控制单元。这些操作站将安装SIMATICWINCC视窗控制中心以生成用户所需的多种SA功能—工艺过程图形、报警信息处理、数据收发、记录和曲线、图表显示、数据存储和报表生成、打印输出等。

      所有8个控制单元的数据信息将通过WINCC服务器传输至工业以太网的相关数据服务器中，以供系统的全集成使用。

      考虑到我所未来的规划项目的升级，在PROFIBUS总线层上预留了以下系统的网络接口：

本系统是基于Phoenix Contact公司的自动化产品配置而成的。主要配置如下：

PPC工业计算机：PPC 5115
TP触摸屏显示器：TP 15T
PLC控制器：ILC 370 ETH 2TX-IB，带2个以太网端口、1个RS232端口。
总线分支模块：IBS IL 24 RB-T-PAC
总线藕合器BK：IBS IL 24 BK-T/U-PAC
各种Inline I/O模块：IB IL 24 DI 16-NPN-PAC，IB IL 24 DI 2-NPN-PAC，IB IL 24 DI 32/HD-NPN-PAC，IB IL 24 DI 4-PAC，IB IL 24 DO 2-2A-PAC，IB IL 24 DO 2-NPN-PAC，IB IL 24 DO 32/HD-NPN-PAC，IB IL 24 DO 4-PAC，IB IL 24 DO 8-NPN-PAC，IB IL 24 TEMP 2 RTD-PAC， IB IL AI 2/SF-PAC，IB IL AO 2/U/BP-PAC，IB IL CNT-PAC等。

4.4 系统软件配置

系统软件配置包括bbbbbbs NT操作系统、IBS OPC SERVER、Diag+故障诊断软件、轨道参数记录及打印程序、上位机软件Visu+、下位机编程软件PC WORX 5。

4.4.1 上位机软件

本系统采用Visu+作为上位软件。对于过程的组态，所有的Phoenix Contact公司的HMI设备均使用强大的组态软件Visu+，它除了完全的SA功能（例如：操作与监控、趋势图、报警信息等）之外，同时还提供诸如：数据、记录、配方管理、数据库连接、企业资源计划系统（ERP）连接等。Visu+软件的开发接口设计清晰、操作直观、所有的组态画面元素能够的通过鼠标点击或拖拽实现。

4.4.2 IBS OPC SERVER软件

OPC适用于可视化的标准运行阶段接口。通过INTERBUS OPC服务器，这个接口可以用于INTERBUS主站和PC WORX编程控制系统、PC接口和嵌入式解决方案中。通过这种方式，可以简单地与使用OPC客户端的可视化软件相连接，如Genesis 32，Visu+等。

4.4.3 Diag+故障诊断软件

INTERBUS提供了操作舒适的全面诊断功能，并且Diag+软件工具完全支持这些功能。通过Diag+，可以实现简单而全面的诊断，也可以实现基本的INTERBUS功能。Diag+可以作为独立的诊断工具来操作，也可以作为ActiveX组件将INTERBUS诊断集成在设备和系统的可视化软件中。图形化设计使得诊断功能可采用低分辨率显示，因此也适用于小型手持诊断设备。这些诊断可以通过INTERBUS主站上的任意接口（以太网、V.24和ISA/PCI总线）来完成。这样，通过一个INTERBUS主站，就可以从任何位置对控制系统网络中的每个控制系统实现诊断。这意味着INTERBUS系统的诊断变得更加简便和通用。

4.4.4 下位机编程软件配置

本系统采用PC WORX 5作为下位机编程软件。下位机编程软件PC WORX 5为控制系统提供了一个现代化开发工具。当PC WORX 5连接到现场总线的控制系统上时，它不仅提供了符合IEC 61131-3标准和IEC 61131-5标准的方便编程工具，还可方便进行INTERBUS组态。PC WORX 5还包括对INTERBUS的简易诊断。

4.4.5 轨道参数记录及打印程序

轨道参数记录及打印程序是为实现铁路大型养路机械电气控制系统中传统记录仪功能而开发的一个**程序。它可以实现轨道参数的、查询、分析及打印。

5 结束语

在当今科学技术迅猛发展的时代，各种新技术、新产品、新的控制理念不断涌现。铁路大型养路机械产品电气控制系统的设计思路也应跟上科技发展的步伐，采用新的设计理念和目前世界上比较先进的控制技术。

过去，总线在铁路大型养路机械电气控制系统中已经有成功的应用。如在普拉塞—陶依尔公司生产的CEM 100型架线车上全套使用RS-485工业总线控制系统；在CMG-16型道岔打磨车上使用以RS-485工业总线为主、结合Profibus-DP现场总线的控制系统；在CPH型道岔铺换机组上使用以“无线+无线+ CANBUS总线+PLC”的“一对多”控制系统；以“PLC+本地I/O”组成的程序控制系统，也在D0832捣固车上使用，经过半年多的试验，获得成功。

现在，工业计算机技术、PLC技术、现场总线技术、网络技术均获得了较大的发展和广泛的应用。本文提出的基于PPC工业计算机、PLC及INTERBUS现场总线的铁路大型养路机械电气控制系统，它集成了柴油机监视控制、高速走行监视控制、作业监视控制等，它实现了集中监视、集中处理、分散控制，在铁路大型养路机械上则是一种新的设计和尝试。它应用于作业工况较差的稳定车上，将全面检验系统的各项指标：可靠性、稳定性、抗冲击性能、经受高温、高湿的能力，特别是抗频率振动性能力。如果该套控制系统在新型稳定车上的应用获得成功，那么，它的设计理念和方法在铁路大型养路机械上全面推广使用便成为可能；它作为一种完全不同于普拉塞—陶依尔公司铁路大型养路机械产品电气控制系统的设计理念和方法，将成为今后具有自主知识产权新产品开发的新的模式和方向