現場總線技術的工業以太網在制藥業中應用

現場總線技術自80年代末問世，就出現了以不同實體倡導的標準，典型代表有：基金會LONWOKS、PROFIBUS、CAN、HART等。其中PROFIBUS是由德國西門子公司提出并極力倡導，已經先后成為德國國家標準DIN19245和歐洲標準EU50170。在中國也組建了PROFIBUS現場總線專業委員會。本文以西門子的PLC為例,以生物制藥工程為背景，闡述了現場總線技術在生物制藥行業實際應用中所解決的一些問題。

一、現場總線技術

　　 現場總線是80年代末、90年代初國際上形成的，用于生產現場、在微機化測量控制設備之間的實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。

　　 現場總線系統FCS稱為第五代控制系統，人們一般把50年代前的氣動信號控制系統PCS稱作第一代，把4～20mA等電動模擬信號控制系統稱為第二代，把數字計算機集中式控制系統稱為第三代，而把70年代中期以來的集散式分布控制系統DCS稱作第四代。現場總線控制系統FCS作為新一代控制系統，一方面，突破了DCS系統采用通信專用網絡的局限，采用了基于公開化、標準化的解決方案，克服了封閉系統所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中與分散相結合的集散系統結構，變成了新型全分布式結構，把控制功能徹底下放到現場。現場總線技術的出現，實現了工程自動化，制造自動化，信息采集自動化等領域的現場智能設備之間的互聯通信，實現了生產過程現場控制設備與更高信息管理層互聯通信，此外，FCS還可以通過網關與企業的上級管理網絡相連，以便管理者掌握第一手資料，為決策提供依據。為徹底打破自動化系統的信息孤島創造了條件。

　　 1.現場總線PROFIBUS的分類

　　 目前世界流行的現場總線及總線標準有很多種，其中PROFIBUS現場總線是歐洲標準，其產品在世界市場上已被普遍接受，在中國也組建了PROFIBUS現場總線專業委員會，它是目前世界上最成功的現場總線之一。

　　 在獸研所疫苗工程的工廠自動化控制系統中，不涉及車間級通信任務和本安型過程自動化，因此重點應用PROFIBUS-DP。

　　 2.西門子S7-300系列PLC的PROFIBUS有關產品。

　　 西門子PLC為PROFIBUS通信提供了多種CP通訊功能模塊，針對獸研所口蹄疫疫苗工程的具體情況，分區域、分功能選用了7臺PLC-300，CPU為315-ZDP，涉及到的通訊處理器為組成現場級PROFIBUS的DP從站ET200M;用于PLC之間通訊及人機接口的CP342-5;用于PROFIBUS-PA到PG/PC系統接口的CP-5613。現將其分述如下：

　　 1)DP從站ET-200M

　 　ET-200M以PROFIBUSDPslave拼成主從式的I/O分布式PLC現場總線系統。

　　 由于其可做為CPU的遠程分布式I/O，通過現場總線與CPU的通信距離長達1.2KM,因此可根據現場實際情況將具體為從站設置在控制設備附近，然后通過總線與中央CPU相連通信。這樣做的最大好處就是大大減少了現場信號傳至中央控制柜的距離，降低了I/O布線的成本，提高了工程施工效率，同時由于PROFIBUS-DP的總線循環時間不到10ms，它的控制實時性決不會因此而降低，在獸研所疫苗工程PLC控制系統中，冷站與動力站位于生產廠房的最北端，主要工藝設備集中于北端的冷站機房內，但還有相當一部分現場信號是在生產廠房的南端車間，如工藝溫度、壓力信號，和地下技術夾層，如冷站和4臺冷卻水泵。為了解決這一矛盾，為將PLC的CPU中央控制柜設置在北端的冷站機房內，又在生產廠房南端的地下技術夾層設置其DP站ET200M，將所有有關的現場信號先送到DP站處理，DP站通過總線連接與冷站內的中央控制柜實現通訊。其間的通信距離約為120m，處理的現場信號在50點左右，用ET200M遠程分布式I/O，很好的解決了這一問題，大大降低了工程施工成本。

　　 2)CP342-5通訊處理器

　　 CP342-5是連接西門子S7-300到PROFIBUS-DP總線系統的通訊處理器，他可作為DP主站式從站為系統提供PROFIBUS-DP、S7通訊、S5單元通訊，編程器和HMI系統通訊等功能，在疫苗工程的PLC控制系統中，它主要為S7-300與HMI系統的通訊組網服務。

　　 3)CP-5613通訊處理器

　　 CP5613用于在具有PCI槽內的WINDOWSNT4.0(WINDOWS200)下，將SIMATICPG/PC和AT兼容PC連接到PROFIBUS。由于CP5613是作為PROFIBUS-DP主站運行的，它將過程圖象存儲在DPRAM內(CP上的存儲區)，且硬件自律地處理高性能的數據傳輸，因此其可減輕計算機主機的CPU負荷，提高計算機主機用于其他計算機或網絡處理器的性能，在獸研所口蹄疫疫苗工程的PLC控制系統中，將其作為HMI/SCADA系統主機與S7300PLC系統之間的通訊處理器。