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· 用户可以自己择优选择，达到较佳集成。

         3.2拓扑结构

    网络的拓扑结构主要有总线拓扑和自由拓扑两种结构：

（1）总线式拓扑结构

总线式拓扑结构如图1所示。所有站点不需要经交换设备，可直接连接到传媒体上（即总线），即所有站点共享一条公共的传输媒体，任何一个站点都能在此媒体上发送传播，并能被所有站点接收，由于所有站点共享一条公共传输媒体，所有在某一时刻只能有一个站点能够发送，与其他站点的发送相竞争，故由载波监听多路访问/冲突检测的媒体访问控制器来控制。总线拓扑是由一条主干线和若干条分支线及两个总线（bus）终端匹配器。 

（2）自由拓扑式结构

自由拓扑式结构如图2所示。其通讯信道上只有一个终端匹配器，通讯信道可以是总线星型、环型和混合型，所有的站点可直接连接到传输媒体（环）上，在环上循环地传输一个特定的位串（称为令牌），获得令牌的站点才有权发送，若无发送则把令牌传给下一个站点。如：Lonworks 支持多种拓扑结构，选择不同的收发器可构成星型环型、树型、混合型，而寻址由协议来解决，这样使得现场互联更加灵活。

3.3网络物理介质

    在构造网络时，必须了解构成网络物理介质的特性，正确选择网络的物理介质，进行较优化的布线设计、安装与测试，以使所构成的网络具有高的性能价格比。网络的传输媒体通常采用双绞线（有屏蔽和无屏蔽）、同轴电缆（细缆和粗缆）和光缆，而对现场总线网络采用高质无屏蔽双绞线取代同轴电缆时，有利于解决数据高速传输，降低线间串扰和电磁辐射等，并能便于治理系统的扩充。因光缆具有保密性强、体积小、重量轻、不怕电磁干扰、通讯容量大、通讯间隔远等

优点，在现场总线的互联网中采用廉价的塑料光缆是一种性能价格比高的设计方案。但在网络结构设计中首要的是根据所采用现场总线支持的物理介质，如：Lonwor-ks支持多种介质就是其主要的技术特点之一，对于不同的传输介质的支持是通过收发器(Transceiver)实现的，在一个通讯信道上，只能使用相同类型的收发器产品，才可以直接连接。目前使用较多的收发器是FTT—10（非总线供电）和LPT—10（总线供电），对于终端匹配器的使用应引起足够的重视，尤其是在通讯电缆比较短时，若不使用终端匹配器会使网络吞吐率下降20%—30%。终端匹配器的数目由网络总线的拓扑结构决定，总线的拓扑结构的不同，网络的覆盖范围有非常大的差异。

         3.4网络协议

        网络协议是指用于网络之间相互沟通、传输信息所要共同遵守的基础。网络协议有**网络协议和非**（标准）网络协议之别。现场总线通讯协议基本遵照ISO/OSI参考模型，主要实现*1（物理层）、2（数据链路层）、7（应用层）层功能。OSI模型是建立在七层协议基础上，作为一个起始点以发展计算机通讯标准。每层都有一定等级功能，具有规定的高层或低层的接口；

为提供一定功能通讯标准，并不一定所有的层都需要。当与很好定义的程序模块连接时，该模块定义了数据意义及格式，OSI模块将提供一个多卖主相互操纵的高水平工具。一个典型的开放系统结构可以应用在产业和贸易的控制系统上，按照布置，所有的开放系统元件，使用标准协议作为本系统语言，*翻译，可以相互通讯。

        物理层采用EIA-RS232、EIA-RS422/RS485等协议。由于在某些情况下，现场传感器、变送器要从现场总线“窃取”电能作为它们的工作电源，因此对总线上数字信号的强度（驱动能力）、

传输速率、信噪比以及电缆尺寸、线路长度等都提出一定要求。

    数据链路层考虑到现场设备故障较多，更换频繁，所以数据链路层媒体访问控制多采用受控访问（包括轮询和令牌）协议，通常，各PCU、PLC作为主站，传感器、变送器等作为从站。另外，须支持点对点、点对多点和广播通讯方式。

应用层解决的是应用什么样的高级语言（或过程控制语言）作为面向用户的编程（或组态）语言的题目，其中包括设备名称、网络变量与配置（捆绑）关系，参数与功能调用及相关说明等，一般应具有符合IEC1131-3标准的图形用户界面（GUI）。

         4  以太网与现场总线技术的比较

(1)  物理层比较

(2) 介质访问控制方式比较

　　现场总线介质访问控制方式：

　　现场总线的介质访问控制方式要满足产业控制网络的要求，即通讯的实时性和确定性。确定性指站点每次得到网络服务间隔和时间是确定的；实时性指网络分配给站点的服务时间和间隔可以保证站点完成它确定的任务。

　　目前现场总线技术采用的介质访问控制方式主要有：令牌、主从、生产者/客户（producer/consumer）。

　　以太网介质访问控制方式：

CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)是以太网（或IEEE802.3）采用的介质访问控制方式。

             5 结束语

    任何一种现场总线都有各自适合的领域，并且各领域又有各自的都有其特点。有实力的厂商会投资很多相关技术，例如ABB、Siemens都有自己的现场总线产品，市场、技术是都是导向因素。以太网良好会进进产业现场，下放到车间层，成为车间层的控制网络，而不是以前的纯治理网。因此，下一代控制的目标是由对产品的宏观控制（经济控制，如本钱控制、运作控制、质量控制、财资控制）到细节控制（如制造控制），即人机化接口与治理信息系统的较大融合。

现场总线介绍  

定义：

是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现

场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 。

主要用于：

制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。

2003年4月，IEC61158 Ed.3现场总线标准*3版正式成为国际标准，规定10种类型的现场总线。

Type 1 TS61158现场总线

Type 2 ControlNet和Ethernet/IP现场总线

Type 3 Profibus现场总线

Type 4 P-NET现场总线

Type 5 FF HSE现场总线

Type 6 SwiftNet现场总线

Type 7 World FIP现场总线

Type 8 Interbus现场总线

Type 9 FF H1现场总线

Type 10 PROFInet现场总线

现场总线的技术特征

(1) 全数字化通信

(2) 开放型的互联网络

(3) 互可操作性与互用性 

(4) 现场设备的智能化 

(5) 系统结构的高度分散性

(6) 对现场环境的适应性

现场总线的特点

现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。

通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。

功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。

控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。

现场总线的优点

现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域；

一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用；

节省维护开销；

提高了系统的可靠性；

为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。

现场总线技术的发展趋势

从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：

一是寻求统一的现场总线国际标准

二是Industrial Ethernet走向工业控制网络 

统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展较成功的网络技术 ，过去一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA技术（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的进展。

随着FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，可以预见Ethernet技术将会十分迅速地进入

工业控制系统的各级网络。 

工业以太网的发展

国际上形成的工业以太网技术的四大阵营：

主要用于离散制造控制系统的是：

Modbus-IDA工业以太网

Ethernet/IP工业以太网

PROFInet工业以太网

主要用于过程控制系统的是：

Foundation Fieldbus HSE工业以太网

随着科学技术的快速发展，过程控制领域在过去的两个世纪里发生了巨大的变革。150多年前出现的基于5－13psi的气动信号标准（PCS，Pneumatic Control System气动控制系统），标志着控制理论初步形成，但此时尚未有控制室的概念；20世纪50年代，随着基于0－10mA或4－20mA的电流模拟信号的模拟过程控制体系被提出并得到广泛的应用，标志了电气自动控制时代的到来，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础，设立控制室、控制功能分离的模式也一直沿用至今；20世纪70年代，随着数字计算机的介入，产生了“集中控制”的中央控制计算机系统，而信号传输系统大部分是依然沿用4－20mA的模拟信号，不久人们也发现了伴随着“集中控制”，该系

统存在着易失控、可靠性低的缺点，并很快将其发展为分布式控制系统（DCS，Distributed Control System分布式控制系统）；微处理器的普遍应用和计算机可靠性的提高，使分布式控制系统得到了广泛的应用，由多台计算机和一些智能仪表以及智能部件实现的分布式控制是其较主要的特征，而数字传输信号也在逐步取代模拟传输信号。随着微处理器的快速发展和广泛的应用，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，产生了以微处理器为核心，使用集成电路代替常规电子线路，实施信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能的智能设备。设备之间彼此通信、控制，在精度、可操作性以及可靠性、可维护性等都有更高的要求。由此，导致了现场总

线的产生。

现场总线的实质和优点

1984年，现场总线的概念得到正式提出。IEC（International Electrotechnical Commission,国际电工**）对现场总线（Fieldbus）的定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。

不同的机构和不同的人可能对现场总线有着不同的定义，不过通常情况下，大家公认现场总线的本质体现在以下六个方面：

现场通信网络 

用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络。

现场设备互联 

依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联。

互操作性 

用户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路，从而可以自由地集成FCS。

分散功能块 

FCS 废弃了DCS 的输入/输出单元和控制站, 把DCS 控制站的功能块分散地分配给现场仪表, 从而构成虚拟控制站，彻底地实现了分散控制。

通信线供电 

通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量, 这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表, 与其配套的还有安全栅。

开放式互联网络 

现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可以实现网络

数据库的共享。

从以上内容我们可以看到，现场总线体现了分布、开放、互联、高可靠性的特点，而这些正是DCS系统的缺点。DCS通常是一对一单传送信号，其所采用的模拟信号精度低，易受干扰，位于操作室的操作员对模拟仪表往往难以调整参数和预测故障，处于“失控”状态，很多的仪表厂商自定标准，互换性差，仪表的功能也较单一，难以满足现代的要求，而且几乎所有的控制功能都位于控制站中。FCS则采取一对多双向传输信号，采用的数字信号精度高、可靠性强，设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态，用户可以自由按需选择不同品牌种类的设备互联，智能仪表具有通信、控制和运算等丰富的功能，而且控制功能分散到各个智能仪表中去。由此我们可以看到FCS相对于DCS的巨大进步。

也正是由于FCS的以上特点使得其在设计、安装、投运到正常生产都具有很大的优越性：首先由于分散在前端的智能设备能执行较为复杂的任务，不再需要单的控制器、计算单元等，节省了硬件投资和使用面积；FCS的接线较为简单，而且一条传输线可以挂接多了设备，大大节约了安装费用；由于现场控制设备往往具有自诊断功能，并能将故障信息发送至控制室，减轻了维护工作；同时，由于用户拥有高度的系统集成自主权，可以通过比较灵活选择合适的厂家产品；整体系统的可靠性和准确性也大为提高。这一切都帮助用户实现了减低安装、使用、维护的成本，较终达到增加利润的目的。

现场总线的现状

由于各个国家各个公司的利益之争，虽然早在1984年国际电工技术**/国际标准协会（IEC/ISA）就着手开始制定现场总线的标准，至今统一的标准仍未完成。很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。目前现场总线市场有着以下的特点：

多种现场总线并存 

目前世界上存在着大约四十余种现场总线，如法国的FIP，英国的ERA，德国西门子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、*、**、农业和楼宇等领域，大概不到十种的总线占有８０％左右

的市场。

各种总线都有其应用的领域 

每种总线大都有其应用的领域，比如FF、PROFIBUS-PA适用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域；LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet适用于楼宇、交通运输、农业等领域；DeviceNet、PROFIBUS-DP适用于加工制造业，而这些划分也不是**的，每种现场总线都

力图将其应用领域扩大，彼此渗透。

每种现场总线都有其国际组织和支持背景 

大多数的现场总线都有一个或几个大型跨国公司为背景并成立相应的国际组织，力图扩大自己的影响、得到更多的市场份额。比如PROFIBUS以Siemens公司为主要支持，并成立了PROFIBUS国际用户组织WorldFIP以Alstom公司为主要后台，成立了WorldFIP国际用户组织。

多种总线成为国家和地区标准 

为了加强自己的竞争能力，很多总线都争取成为国家或者地区的标准，比如PROFIBUS已成为德国标准，WorldFIP已成为法国标准等。

设备制造商参与多个总线组织 

为了扩大自己产品的使用范围，很多设备制造商往往参与不止一个甚至多个总线组织。

各个总线彼此协调共存 

由于竞争激烈，而且还没有哪一种或几种总线能一统市场，很多重要企业都力图开发接口技术，使自己的总线能和其他总线相连，在国际标准中也出现了协调共存的局面。

工业自动化技术应用于各行各业，要求也千变万化，使用一种现场总线技术也很难满足所有行业的技术要求；现场总线不同于计算机网络，人们将会面对一个多种总线技术标准共存的现实世界。技术发展很大程度上受到市场规律、商业利益的制约；技术标准不仅是一个技术规范，也是一个商业利益的妥协产物。而现场总线的关键技术之一是彼此的互操作性，实现现场总线技术的统一是所有用户的愿望。

主流现场总线简介

下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。

1基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）

这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9

月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。

基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和50

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　5、HART 

　　HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的缩写。较早由Rosemout公司开发并得到80多家着名仪表公司的支持，于1993年景立了HART通讯基金会。这种被称为可寻址远程传感高速通道的开放通讯协议，其特点是现有模拟信号传输线上实现数字通讯，属于模拟系统向数字系统转变过程中产业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。 

HART通讯模型由3层组成 :物理层、数据链路层和应用层。物理层采用FSK(FrequencyShiftKeying)技术在 4～20mA模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用Bell202国际标准;数据传输速率为1200bps,逻辑“0”的信号频率为2200Hz，逻辑“1”的信号传输频率为 1200Hz。 

　　数据链路层用于按HART通讯协议规则建立HART信息格式。其信息构成包括开头码、显示终

端与现场设备地址、字节数、现场设备状态与通讯状态、数据、奇偶校验等。其数据字节结构为1个起始位，8个数据位，1个奇偶校验位，1个终止位。应用层的作用在于使HART指令付诸实现，即把通讯状态转换成相应的信息。它规定了一系列命令;按命令方式工作。它有 3类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备理解、执行的命令;第二类称为一般行为命令，它所提供的功能可以在很多现场设备 (尽管不是全部 )中实现，这类命令包括较常用的现场设备的功能库;第三类称为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能，这类命既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所占。在一个现场设备中通常可发现同时存在这3类命令。HART支持点对点主

从应答方式和多点广播方式。按应答应方式工作时的数据更新速率为2～3次/ｓ,按广播方式工作时的数据更新速率为 3～4次 /ｓ,它还可支持两个通讯主设备。总线上可挂设备数多达 15个，每个现场设备可有256个变量，每个信息较大可包含4个变量。较大传输间隔3000m，HART采用同一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记治理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术，来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发**接口。但由于这种模拟数字混信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通讯接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本安防爆要求。 

　　6、RS-485 

尽管ＲＳ-485不能称为现场总线，但是作为现场总线的*，还有很多设备继续沿用这种通讯协议。采用RS-485通讯具有设备简单、低本钱等上风，仍有一定的生命力。以RS-485为基础的OPTO-22命令集等也在很多系统中得到了广泛的应用。 

　　四、现场总线技术展看与发展趋势 

　　发展现场总线技术已成为产业自动化领域广为注的焦点课题，国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢，走上开放发展的征程，这对我国现场总线控制系统的

发展是个较好的机会，也是一次严重的挑战。现场总线技术是控制、计算机、通讯技术的交叉与集成，涉及的内容十分广泛，笔者以为应不失时机地抓好我国现场总线技术与产品的研究与开发。自动化系统的网络化是发展的大趋势，现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。现在网络技术日新月异，发展十分迅猛，一些具有重大影响的网络新技术必将进一步融合到现场总线技术之中，这些具有发展远景的现场总线技术有:智能仪表与网络设备开发的软硬件技术 ;组态抗术，包括网络拓扑结构、网络设备、网段互连等;网络治理技术，包括网络治理软件、网络数据操纵与传输 ;人机接口、软件技术;现场总线系统集成技术。现场总线属于尚在发展之中的技术，

我国在这一技术领域还刚刚起步，了解国际上该项技术的现状与发展动向，对我国相关行业的发展，对自动化技术、设备的更新，无疑具有重要的作用。总体说来，自动化系统与设备将朝着现场总线体系结构的方向前进，这一发展趋势是肯定的。既然是总线，就要向着趋于开放同一的方向发展，成为大家都遵守的标准规范，但由于这一技术所涉及的应用领域十分广泛，几乎覆盖了所有连续、离散产业领域，如过程自动化、制造加工自动化、楼半自动化、家庭自动化等等。大千世界，众多领域，需求各异，一个现场总线体系下可能不止容纳单一的标准。另外，从以上介绍也可以看出，几大技术均具有自己的特点，已在不同应用领域形成了自己的上风。加上贸易利益的驱使，它们都各自正在十分激烈的市场竞争中求得发展。有理由以为:在从现在起的未来 10

ａ内，可能出现几大总线标准共存，甚至在一个现场总线系统内，几种总线标准的设备通过路由网关互连实现信息共享的局面。在连续过程自动化领域内，今后10ａ内，FF基金会现场总线将成为主流发展趋势，LonWorks将成为有力的竞争对手，HART作为过渡性产品也能有一定的市场。这3种技术是从这一领域的产业需求出发，其用户层的各种功能是连续过程设计的，而且充分考虑到连续产业的使用环境，如支持总线供电，可满足本质安全防爆要求等。另外，FF基金会几乎集中了世界上主要自动化仪表制造商;LonWorks形成了全面的分工合作体系。这些因素对成为这一领域的主流技术是十分关键的。 

　由于HART建立在目前广泛采用的模拟系统之上，它可以充分照顾到现有设备和已有投资的效益，技术上也充分考虑连续过程使用环境的需要。目前它已经占有一定的市场份额，其技术本身还在不断完善与更新，如进步传输速率等。目前国外HART仪表的市场份额还在不断增长，呈上升趋势，但是它究竟是过渡性产品，其生存周期不会很长。国内则由于很多项目都是新项目，所以对兼容性的考虑较少，而对先进性的考虑较多，相信HART在国内的市场份额不会很大。国内市场

与国外市场会有比较大的差异。一方面国外市场上占上风的产品会不断渗透到国内;另一方面，由于国内厂商的规模相对较小，研发能力较差，更多的是依靠技术供给商的支持，比较轻易受现场总线技术供给商 (芯片制造商等)对国内的支持和市场推广力度的影响。国内目前仅LonWorks技术有实质性的市场活动，所以大部分国内厂商将首先将接受LonWorks技术。尽管FF号称仪器仪表行业的未来标准，但是由于没有明确的市场策略和在国内的积极的市场活动，市场份额将会受到很大影响。而且事实表明，所有的现场总线基金会(FF)会员在研制符合FF标准的同时，都同时推出采用LonWorks技术的应用，由此可见LonWorks技术的生命力十分顽强。在离散制造加工领域

由于行业应用的特点和历史原因，其主流技术会有一些差别。Profibus和CAN在这一领域具有较强的竞争力。他们已经在这一领域形成了自己的上风。 

　　在楼宇自动化、家庭自动化、智能通讯产品等方面，LonWorks则具有特的上风。由于LonWorks技术的特点，在多样化控制系统的应用上将会有较大的发展。 

　　现场总线技术的兴起，开辟了工厂底层网络的新天地。它将促进企业网络的快速发展，为企业带来新的效益，因而会得到广泛的应用，并推动自动化相关行业的发展。

Profibus-DP快速连接标准电缆，总线电缆径向对称设计，答应采用剥线工具，可以快速、方便的装配总线连接器。标准总线电缆专门为装配设计

l         实心裸铜线导体，2芯并合成对，芯线红绿二色。

l         铝箔、裸金属丝编织双层屏蔽，PVC外护套，外观紫色，软电缆外观为绿色。

l         符合VDE 0472标准；B类试验（IEC332.1）。

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l         工作参数：单线传输较大规格：1000m，加中继器可延长至10000m

订货型号:6XV1830-0EH10

DP软电缆订货型号：6XV1830-3EH10

PROFIBUS—DP 现场总线在粘胶短纤维生产中的应用  

    1 概述

　　粘胶短纤维生产工艺特点是连续和批量皆有，生产流程长，控制要求高，因此整个生产工艺过程控制采用ABB公司生产的Freelance 2000DCS控制系统，配置了5台操纵站、5套过程控制站和2套现场总线控制站，1套工程师站和1套治理站，I／0总点数约2100点，系统框图如图1所示。

　　粘胶的原液经纺丝后形成丝束，丝束通过一道牵伸、二道牵伸、三道牵伸，再送到切断机切断成为粘胶短纤维。因此丝束要连续通过纺丝机、牵伸机和切断机，所以丝束从纺丝机到切断机的速度同步控制对粘胶短纤维生产质量和产量非常关键。以往速度同步采用机械同步方式，这种方式假如要改变产品品种或产量较繁锁，产品质量也难以保证。随着变频调速技术的发展，现在都采用单马达分别驱动机器，通过变频调速来达到同步。本文着重介绍DCS与变频调速系统以及PLC子系统之间的现场总线通讯。

2 现场总线控制站（FC）简介 

　　现场总线控制站由CPU模件、电源模件，以及多达4个支持即插即用的现场总线模件组成。支持的现场总线有：PROFIBUS—DP，Modbus，Freelance 2000 CANI／O总线，Open CAN—Bus，Foundation Fieldbus，HART。一个FC可插4块现场总线接口模件（模件类型可以不同），连接496台现场总线设备。如插人一块PRO—FIBUS—DP总线接口模件并作为主站，可连接126个PROFIBUS—DP从站，通讯速率可达12Mbit／s。现场（总线）控制站通过系统网络DigiNet S（Ethernet）与整个Freelance 2000系统通讯。

　　现场总线控制站除了对现场I／O信号采用总线通讯外，其控制功能与普通的PS站相同。

3 PROFIBUS—DP总线子系统

　　DCS系统配有2台现场总线控制站（FC），其中一台装有两块PROFIBUS DP接口模件，连接两条PRO—FIBUS—DP电缆，一条连接一道过滤机控制用S7—200PLC，另一条连接纺丝1系列的计量泵、导丝盘、一牵伸机、二牵伸机、三牵伸机的逆变器，以及切断机控制用S7—300PLC；另一台装有一块PROFIBUS—DP接口模件，连接一条PROFIBUS—DP电缆，连接纺丝2系列的计量泵、导丝盘、一牵伸机、二牵伸机、三牵伸机的逆变器，以及切断机控制用S7—300 PLC。PROnBuS—DP总线子系统框图如图2所示。

4 PROFIBUS—DP网络组态 

　　（1）在FC组态中插进PROFIBUS—DP接口模件，即PROFIBUS—DP子系统的主站。

　　（2）插进PROFIBUS—DP的现场总线设备，即PRO—FIBUS—DP子系统的从站，输进从站的节点序号（1～126）及节点地址号（0～125）。

　　（3）导人从站设备的GSD文件，不同的从站设备有不同的GSD文件，GSD文件中规定了从站设备有关的参数，如数据格式、数据类型、I／O通道数等。所以，从站设备必须带电子版的GSD文件。

　　（4）定义PROFIBUS—DP主站通讯参数，设定通讯速率为1.5Mbit/s（在9.6k-12Mbit/s），设定BUS地址为1（在0-125之间）等。

　　（5）定义每个 的参数，如设计位号（变量）、数据类型、用途描述等，类似于定义常规的I／O卡通道。

5 PROFIBUS—DP的通讯信号

5．1 一道过滤机

　　一道过滤机共有l2台，每2台过滤机和l台粘胶供给泵组成一组，共6组，每组通讯的信号如表1所示。

5.2 纺丝计量泵、导丝盘、一牵伸机、二牵伸机、三牵伸机

　　各设备的马达逆变器的信号类型和数目均相同，其通讯的信号如表2所示。 

5．3 切断机

　　每个系列有2台切断机，其通讯的信号如表3所示。

6 纺丝牵伸比控制

　　纺丝计量泵、导丝盘、一牵伸机、二牵伸机、三牵伸机各马达速度的协调控制（牵伸比）在生产过程中是非常重要的，它将直接影响到产品的质量和产量。

　　牵伸比是通过控制马达速度比来实现的，以二牵伸马达速度为基准，其它马达的速度与其按一定的比例同步变化。不同的产品牵伸比不尽相同，某一产品的牵伸比如下：

　　计量泵一导丝盘      +12％

　　导丝盘→一牵伸机    +18％

　　一牵伸机→二牵伸机  +12％

　　二牵伸机→三牵伸机  一2％

　　纺丝牵伸比的控制以及与切断机的速度协调等功能均在Fc中实现，其控制任务执行周期为lOOms。在DCS操纵站上可对马达速度进行设定，在现场也设有马达速度升降按钮、启停按钮、速度显示等，这些信号通过纺丝工段的PS站（4#PS）进进DCS。

7

PROFIBUS–DP作用及功能  

     PROFIBUS – DP

　　PROFIBUS – DP的DP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。它与PROFIBUS-PA(Process Automation )、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同组成了PROFIBUS标准。

　　简介

　　1.PROFIBUS –DP作用

　　于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站(PLC)程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态.诊断和报警处理。

　　①传输技术：RS-485双绞线.双线电缆或光缆。波特率从9.6K bit/s到12M bit/s。

　　②总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送。支持单主或多主系统。总线上较站点(主-从设备)数为126。

　　③通信：点对点(用户数据传送)或广播(控制指令)。循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送。

　　④运行模式：运行.清除.停止。

　　⑤同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步;锁定模式：输入同步。

　　⑥功能：DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。各DP从站的动态激活和可激活。DP从站组态的检查。强大的诊断功能，三级诊断诊断信息。输入或输出的同步。通过总线给DP从站赋予地址。通过部线对DP主站(DPM1)进行配置，每DP从站的输入和输出数据较大为246字节。

　　⑦可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD=4进行。DP从站带看门狗定时器(Watchdog Timer)。对DP从站的输入/输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。

　　⑧设备类型：第二类DP主站(DPM2)是可进行编程.组态.诊断的设备。第一类DP主站(DPM1)是*可编程控制器，如PLC.PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器.阀门等.

　　(1)

　　①速率：在一个有着32个站点的分布系统中，PROFIBUS-DP对所有站点传送512 bit/s 输入和512bit/s输出，在12Mbit/s时只需1毫秒。

　　② 诊断功能：经过扩展的PROFIBUS-DP诊断能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级：

　　·本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高.压力过低。

　　·模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。

　　·通过诊断操作：一个单输入/输出位的故障。

　　(2)

　　PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上较多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数.站地址.输入/输出地址.输入/输出数据格式.诊断信息格式及所使用的总线参数。每个 PROFIBUS-DP系统可包括以下三种坏同类型设备：

　　① 一级DP主站(DPM1)：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站(如DP从站)交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。

　　② 二级DP主站(DPM2)：二级DP主站是编程器.组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。

　　③ DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备(I/O设备.驱动器.HMI.阀门等)。

　　④ 单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。

　　⑤ 多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互立的子系统。每个子系统包括一个DPMI.*的若干从站及可能的DPM2设备。任何一个主站均可读取DP从站的输入/输出映象，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。

　　(3)

　　系统行为

　　系统行为主要取决于DPM1的操作状态，这此状态由本地或总线的配置设备所控制。主要有以下三种状态：

　　·停止：在这种状态下，DPM1和DP从站之间没有数据传输。

　　·清除：在这种状态下，DPM1读取DP从站的输入信息并使输出信息保持在故障安全状态。

　　·运行：在这种状态下，DPM1处于数据传输阶段,循环数据通信时，DPM1从DP站读取输入信息并向从站写入输出信息。

　　① DPM1设备在一个预先设定的时间间隔内，以有选择的广播方式将其本地状态周期性地发送到每一个有关的DP从站。

　　② 如果在DPM1的数据传输阶段中发生错误，DPM1将所有有关的DP从站的输出数据立即转入清除状态，而DP从站将不在发送用户数据。在次之后,DPM1转入清除状态。

　　(4)

　　DPM1和DP从站间的循环数据传输

　　DPM1和相关DP从站之间的用户数据传输是由DPM1按照确定的递归顺序自动进行。在对总线系统进行组态时，用户对DP从站与DPM1的关系作出规定，确定哪些DP从站被纳入信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。

　　DMP1和DP从站之间的数据传送分三个阶段：参数设定.组态.数据交换。在参数设定阶段，每个从站将自己的实际组态数据与从DPM1接受到的组态数据进行比较。只有当实际数据与所需的组态数据相匹配时，DP从站才进入用户数据传输阶段。因此，设备类型.数据格式.长度以及输入输出数量必须与实际组态一致。

　　(5)

　　DPM1和系统组态设备间的循环数据传输

　　除主-从功能外，PROFIBUS-DP允许主-主之间的数据通信，这些功能使组态和诊断设备通过总线对系统进行组态。

　　(6)

　　同步和锁定模式

　　除DPM1设备自动执行的用户数据循环传输外，DP主站设备也可向单的DP从站.一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令通过有选择的广播命令发送的。使用这一功能将打开DP从站的同步及锁定模式，用于DP从站的事件控制同步。

　　主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在这种模式中，所编址的从站输出数据锁定在当前状态下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接收到输出的数据，但它的输出状态保持不变;当接收到下一同步命令时，所存储的输出数据才发送到外围设备上。用户可通过非同步命令退出同步模式。

　　锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。锁定模式将从站的输入数据锁定在当前状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以更新。用户可以通过非锁定命令退出锁定模式。