PROFIBUS产品开发及总线桥技术研讨会

由中国机电一体化技术应用协会主办的“2003FA/PA（第七届）国际现代工厂/过程自动化技术与装备展览会”于2003年10月19日在京闭幕。展会期间中国现场总线PROFIBUS技术资格中心(CPCC)唐济扬老师做了精彩的“PROFIBUS产品开发及总线桥技术讲座”。



■在自动化行业，工业以太网目前是比较热门的话题。现场总线发展至今，已经有许多新的技术出现。唐济扬老师首先对现场总线技术、PROFIBUS、工业以太网在中国的发展情况做了简单回顾。
1988年唐老师本人第一次由一篇文章了解到现场总线技术概念，当时认为这很遥远：如果将cpu嵌入在仪表中价格一定非常昂贵。

1996年底由SEIMENS公司向中国自动所化提出现场总线技术。2000年4月－9月，CATETA、CPO、CPCC及SEIMENS、E+H、TURCK等联合举办了10个城市（北京、上海、广州、南京、武汉、重庆、西安、沈阳、深圳、乌鲁木齐）的技术交流会。会上主要介绍现场总线的技术概念，这对现场总线技术、PRPFIBUS技术应用推广起到了很大的推动作用。2001年底中国PROFIBUS现场总线产品市场占有率第一，国际上也呈现类似的趋势。

一种技术要在中国生根，中国企业就必须有自己的产品开发能力。2001年8月，经过多方努力，“中国PROFIBUS产品测试实验室”建立，这标志着中国具有了PROFIBUS产品开发、技术支持和产品测试能力。

现场总线标准
随着多种现场技术的出现，现场总线标准成为自动化行业内比较突出的一个问题，人们期待一种统一的现场总线技术标准问世，1998年，对IEC61158(TS)进行投票，由于IEC61158(TS)只包含了Process Control部分，因此IEC61158(TS)没有通过投票，1999年12月,IEC611582委员会通过妥协方案，即IEC61158(TS)+AddProcols方案；其中AddProtocols含ControlNET、PROFIBUS、P-Net、FFHSE、SwiftNet、WprldFIP、Interbus

以太网进入工业自动化领域
1、以太网及TCP/IP通信技术在IT行业获得了很大的成功, 成为IT行业应用中首选的网络通信技术
2、在自动化行业，国际现场总线技术标准化工作没有达到人们理想中的结果，以太网及TCP/IP技术逐步在自动化行业中得到应用并发展成为一种技术潮流

以太网在自动化行业中的应用应该分为两个方面问题，或者说两个层次的问题。
（1）工厂自动化技术与IT技术结合，与互联网Internet技术结合，成为未来可能的制造业电子商务技术、网络制造技术雏形。大多数专家们对自动技术这种发展趋势给予肯定的评价。
（2）以太网在对实时性、安全性要求不高的工业过程控制底层，也就是设备层或称为现场层得到一定应用。

以太网在自动化领域的应用
1、车间级生产信息集成：主要由专用生产设备、专业测试设备、条码器、PC机及以太网设备组成；主要功能是完成车间级生产信息及产品质量信息的管理。
2、管理层信息网络：即支撑工厂管理层MIS系统的计算机网络。主要完成如ERP的信息管理系统。
3、SCADA系统：特别是一些区域广泛、含有计算机广域网技术、无线通信技术的SCADA系统,如城市供水或污水管网的SCADA系统、水利水文信息监测SCADA系统等。
4、个别的控制系统网络：个别要求高可靠性和一定实时性的分布控制系统也采用以太网+TCP/IP技术，并获得很好的效果；如发电厂的计算机监测系统。

PROFFIBUS技术的发展
1、重点发展PROFIBUS_DP、-PA放弃FMS，推出新技术：PROFInet.2004年西门子公司将联合CPCC在全国北京、上海、广州等地进行技术交流讲座，主要为了推新技术PROFInet。



2、DPV0→DPV1→DPV
与DPV0相比：
增加：非周期数据存取（用于II类主站、-PA）、等时同步及从站之间直接通信（用于运动控制）。
3、PROFIBUS-PA
物理层：IEC61158-2、本征安全
应用层：非周期数据存取实现远程用户参数化功能
用户层：设备行规，实现设备互换性。
4、与以太网技术结合的PROFInet
将PROFIBUS总线和其他现场总线集成到PROFInet



■对现场总线做了简单回顾后，唐老师提出了现场总线在国内应用过程中主要面临一些问题：
面对多种网络协议并存的问题
目前市场上存在的总线技术有：PROFIBUS-DP、PA、FROFInet、FF、ControlNET、DeviceNet、INTERBUS、MODBUS(MD/232/465/TCP)、MD+、Ethernet、LonWorks、CAN、RS-485…….

由于多种现场总线协议并存，多种行业甚至企业通信标准并存，特别是在传统企业设备技术改造项目中需要保留大量的现役设备，而且都需要连接到现场总线的控制系统中；因此，用户不得不面对将多种总线，各种通信协议产品接入同一种现场总线技术难题。

目前采用的具有现场总线通信能力的设备、仪表主要是国外进口产品，价格较高；国产现场设备多数不具有现场总线通信能力，不能接入现场总线系统。因此，现场总线的进一步大规模的应用推广受到限制。如何帮助我国仪表及现场设备制造企业尽快开发出具有现场总线接口的产品，是目前需要解决制约现场总线技术应用的关键问题之一。

■为了解决现场总线在应用中存在的问题，中国现场总线PROFIBUS技术资格中心(CPCC)提出产品概念--现场总线桥，现场总线桥主要是实现多种协议设备互连。
PROFIBUS总线桥将不具备PROFIBUS通信能力的传统仪表和现场设备接入PROFIBUS现场总线系统。
嵌入式PROFIBUS总线桥：专为自主开发PROFIBUS-DP产品的厂家，以OEM方式提供嵌入式PROFIBUS接口；
PROFIBUS协议总线桥：主要功能是将各种通信协议标准的仪表，现场设备连接到PROFIBUS总线上。


PROFIBUS协议总线桥：将具有RS232/485CAN及MODBUS等专用通信协议的接口设备连接到PROFIBUS总线上，使设备成为PROFIBUS总线上的一个从站。见图,应用总线桥PB-B-XXXX将设备连接到PROFIBUS总线上。



嵌入式PROFIBUS总线桥：总线桥系列产品中的OEM类产品，专为自主开发PROFIBUS产品（如自动化仪表、驱动器、智能测量设备等）的厂家，以OEM方式提供嵌入式PROFIBUS接口；使用本项目产品，开发工程师不必了解PROFIBUS技术细节，可以在短时间内（如一至二个月）推出具有自主知识产权的PROFIBUS产品。



■针对现场总线桥的技术，唐济扬老师谈到了从事PROFIBUS产品开发和系统集成可供选择的解决方案以及可能面对的问题。
首先从事PROFIBUS产品开发有以下几种方案：
(1) 单片机+ UART软件的解决方案
(2) 使用PROFIBUS通信专用ASIC
(3) 应用总线桥技术的解决方案
(4) 嵌入式PROFUBUS接口方案
唐老师并分别从实现方法、技术局限性、开发者需具备的基础知识、方案优劣比较等方面对以上方案进行了分析与详细的阐述。并特别详细介绍了应用ASIC芯片开发PROFIBUS产品的技术，并分析提出这一方案的主要问题软件，目前PROFIBUS主站在国内还没有很好的解决方案。

最后唐济扬老师就嵌入式总线桥开发PROFIBUS产品的解决方案做了详细的介绍，其中包括产品特点及技术特性。



论坛现场气氛热烈，整个技术讲座进行了近3个小时，座无虚席，连过道都挤满了热心的听众。会后，唐济扬老师认真回答了广大听众的各种疑问。