Profibus在网络化测控系统的中的技术原理及其应用

《测控技术与测控网络系统》结课论文

Profibus在网络化测控系统的中的技术原

理及其应用

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Profibus在网络化测控系统的中的技术原理及其应用

摘要：首先简介了当前网络化测控系统的发展过程，现状，趋势，然后举例说

明PROFIBUS总线的基本原理，最后分析了PROFIBUS总线的优缺点以及发展前景。关键字：测控网络，现场总线，PROFIBUS,应用前景

一.当前网络化测控系统发展过程，现状，趋势。

网络信息技术的迅猛发展和广泛应用，使许多科学技术和生产领域发生了巨大的变革。网络信息技术与智能测控技术的结合，产生了基于网络环境的智能测控新领域，两者的融合正使信息和控制两大领域的相关理论和技术得到迅速发展。工业现场测控网络、远程智能测控、网络化分布式智能测控等正成为国内外研究的热点。这些网络化智能测控技术的发展和广泛深入应用必将极大地改变人们的生产方式、工作方式和生活方式，引起技术的、经济的、社会形态的变革。1.工业现场测控网络技术

1.1集散控制系统

早期的测控系统是由单片机、PC机、工控机等为核心的多个分散单元构成，借助于S－100或STD等总线形成测控系统，这样的测控系统由于采用集中式控制方式,系统的可靠性低,现场连线长且多,稳定性较差，抗干扰能力较弱，难以实现大范围的有效测控。之后出现了集散控制系统（DCS），其核心思想是集中监视、分散控制，上位操作员站用于集中监视管理功能。 DCS的联网手段和网

络结构均不灵活，缺乏开放性。不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intra net、Internet信息网络之间难以实现网络互连和信息共享。集散控制系统实质上是一种封闭专用的、不具互操作性的网络控制环境。

1.2现场总线控制系统

在用户对网络控制系统提出的开放化、彻底分散化和降低成本的迫切要求下，现场总线控制系统应运而生。现场总线（Fieldbus）是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络，遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型标准。现场总线控制系统（FCS）是用开放的现场总线通讯网络将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的分布式实时网络控制系统。现场总线是一种开放的、具有可互操作性的实时通讯网，FCS将控制功能彻底下

放分散到现场各控制器和仪表设备，提高了现场控制仪表设备的智能化程度和功能自治性，系统有更高的可靠性和灵活性、较低的安装及维护成本。

FCS是工作站—现场智能仪表设备的二层分布式结构，FCS废弃了DCS的控制站，把DCS控制站分散到现场仪表设备，实现了彻底的全分布式网络测控。功能的分散使得风险分散，因此FCS比DCS有较高的可靠性。

90年代兴起的现场总线技术对工业测控系统的发展带来了很大的影响，其产生的巨大经济效益使得欧美大型控制设备生产集团在近十年来围绕现场总线的国际标准展开了激烈的竞争，导致了多种标准并存的局面。国际电工委员会（I EC）在2000年1月通过了IEC61158国际标准，该标准包括8种类型的现场总线标准：FF－H1，ControlNet,Profibus,P-NET,FF-HSE,SwiftNet,WorldFIP及In terbus。每种类型的现场总线采用完全不同的通信协议，难以实现这些总线的相互兼容，这种多种现场总线并存竞争的局面还将长期存在。现场总线技术对于面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术起到了巨大的推动作用，然而其标准的多样性和开放的不彻底性又不尽人意。

1.3工业以太网

以太网技术应用于工业测控所形成的工业以太网，其最大的优势在于它应用的广泛性和开放性。作为IT领域的主流网络技术，以太网经历了近三十年的发展，已经形成了十分巨大的硬件、软件和人才资源，很多成熟的技术和产品都可以直接移植或借鉴到工业以太网上来。采用工业以太网，可以实现彻底的技术开放和标准统一，可以和企业信息网Intranet及全球互联网Internet实现无缝连接，能便利地实现管控一体化及现场测控网、Intranet、Internet三级网络的有机融合，实现先进的全企业的、跨地域的分布式管理和测控，极大地提高生产和管理效率。

以太网技术的迅猛发展为其进入工业现场测控领域奠定了坚实的基础，工业以太网成为发展的必然趋势。可以预测，工业以太网的飞速发展将结束目前在现场总线标准上的纷争，将大大提高企业自动化、网络化和信息化的水平。2.基于Internet的嵌入式系统远程测控技术

嵌入式Internet正成为当前国内外IT业发展的热点领域，也是测控网络发展的重要方向。目前，许多公司都在致力于嵌入式Internet技术的开发，已提出了多种嵌入式系统与Internet互联的解决方案。如：emWare公司的EMIT技术、Microchip公司的iPIC系列单片机、SceNIx公司的SX系列单片机、Seiko 公司的iChipS7600A芯片、P&S公司的WebchipPS2000芯片以及Dallas公司的D S80C400网络微控制器及其TINI技术等就是一些典型的产品和技术。

3.基于Multi-Agent的网络化智能测控

90年代开始，多智能体系统（MAS,Multi-AgentSystem）成为分布式人工智能的研究热点，其理论尚在不断发展和完善中。MAS由多个Agent组成，Agent

是运行于动态环境中具有较高自治能力的智能体，它可以是系统、智能节点、机器或一个软件程序等。Agent能在目标任务的驱动下主动采取包括学习、通信、社交等手段感知、适应其外部环境的动态变化，并做出相应的反应。MAS中的各Agent之间具有较为松散和相对独立的分布式关系，多Agent之间能相互对话、相互适应、协同工作，完成单个Agent不能完成的任务。MAS理论和方法是传统的、常规的测控理论和技术难以或无法解决的对复杂现场环境、分布对象进行智能测控的有效解决手段。

目前，在分布式测控领域，MAS的研究在国外逐渐增多，国内也在起步，但大多这些研究或者停留在理论层面，或者只具备不多的Agent特性，并且少有与控制算法有机融合。复杂工业过程智能测控的需求以及单元自动化系统的普遍存在、工业测控网络的发展必将加速基于Multi-Agent的网络化智能测控技术的成熟和广泛应用。

网络化智能测控技术的发展方兴未艾，是一个十分活跃和具有挑战性的领域，它是计算机与自动化学科相互交叉结合的产物，与计算机网络、自动控制、分布式人工智能等理论和技术有着密切的关系。这些理论和技术的融合发展必将促进现代智能控制新技术、新系统和新理论的产生，将广泛应用于工业测控、航空航天、交通监管、智能楼宇与家居、汽车自动控制等领域。

二.举例说明PROFIBUS总线基本原理

1.Profibus的概述

Profibus是德国于90年代初制订的国家工业现场总线协议标准，代号

DTN19245，目前Profibus现场总线技术已被列为IEC61158国际标准，是不依赖于设备生产商、开放的、国际化的现场总线标准之一，也是世界上应用最广泛的现场总线技术，应用于制造自动化、流程工业自动化、楼宇、交通、电力等领域的自动化控制系统中。