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更新时间: 2023-03-26

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。

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：**会LONWOKS、PROFIBUS、CAN、HART等。其中PROFIBUS是由德国西门子公司提出并极力倡导，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****会。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称为第五代控制系统，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第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。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系统采用通信专用网络的局限，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，信息采集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****会，它是目前世界上**成功的现场总线之一。

　　在兽研所疫苗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，针对兽研所口蹄疫疫苗工程的具体情况，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C**42-5;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，然后通过总线与中央CPU相连通信。这样做的**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，在兽研所疫苗工程PLC控制系统中，冷站与动力站位于生产厂房的**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）C**42-5通讯处理器

　　C**42-5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，在疫苗工程的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WINDOWSNT4.0（WINDOWS200）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数据传输，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，在兽研所口蹄疫疫苗工程的PLC控制系统中，将其作为HMI/SCADA系统主机与S7300PLC系统之间的通讯处理器。