天津市津达执行器有限公司          刘伟    张中远

　　摘要：简要介绍Profibus过程现场总线技术的特点和在电动执行机构行业应用的优势以及我公司现场总线型执行机构的性能特点。

关键字：Profibus  过程现场总线  FCS  DCS  电动执行机构

Profibus过程现场总线技术简介

　　随着微电子技术的快速发展，工业过程控制领域已经历了巨大的变革。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”，该系统存在易失控、可靠性低的缺点，并很快将其发展为DCS系统（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最主要的特征。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。FCS系统（Fieldbus Control System现场总线控制系统）便应运而生。　

　　目前世界上存在着大约四十余种现场总线，其中最具代表性的现场总线是PROFIBUS(Process Fieldbus)。PROFIBUS是由SIEMENS公司推出的一种开放式现场总线标准，1989年成为德国标准DIN19245，1996年成为欧洲标准EN50170，1999年12月被接受为国际标准IEC61158的一部分。用于工厂自动化系统三级网络中的底层，即车间级监控和现场设备层数据通信与控制；使用于分散的、具有通讯接口的现场受控设备对底层设备有较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统。

　　PROFIBUS遵循ISO/OSI模型，其通信模型由三层构成：物理层、数据链路层和应用层。PROFIBUS-DP使用物理层，数据链接层和用户接口，用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站地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程序循环时间短。此外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理及复杂设备在运行中参数的确定。

现场总线控制的执行机构较模拟信号控制的优势　　

　　电动执行机构是工业过程控制系统中的一个末端执行设备，主要作用是将工业过程控制系统发出的数字控制信号转换成相应的动作，达到控制阀内截流件的位置或其他调节机构位置的目的，广泛应用于电力、冶金、石化、供热、水泥、建材、轻纺、食品等行业。

　　目前工业过程控制系统主要以集散式控制系统为主，电动执行机构普遍采用4～20mA DC模拟信号作为控制信号。然而模拟控制方式所表现出来的抗干扰能力差、设备维护成本高和能源浪费已成为模拟控制系统越来越明显的缺陷。随着国际微电子技术的发展，在工业控制系统中，采用精确的数字信号进行控制来取代高误差的模拟信号控制，已经是未来发展的必然趋势，其主要特点及优势如下：

　　1.信息承载量和信息多样性的变革

　　模拟控制执行机构仅依靠于4～20mA模拟信号来传递控制与测量信号，模拟信号不但所承载的信息量是有限的

而且只限于“控制信号”的传输。现场总线型执行机构采用PROFIBUS现场总线技术，运用数字信号进行传输。不

可以传输无限量的控制信息，而且控制信号、数据信息、预警反馈信息等多种数据都可以清除的区分开来。这是

种本质的创新，从根本上解决了4～20mA在传输量和传输多样性上的瓶颈问题。

　　2.数字信号传输精度高、抗干扰能力强

模拟信号基于4～20mA在传输过程中，由于受到外界环境、传输距离等诸多因素的干扰，导致信号传输上存在误差，抗干扰一直是模拟信号传输中的一个重点问题。

现场总线型执行机构在信号的传输过程中采用CRC、WDT等多种校验、保护功能，在传输过程中利用简单的抗干扰措施便可实现很高的精度。

　　３．系统的可靠性和可维护性高

模拟信号控制的执行机构由于其内部的控制系统与上位仪表或DCS系统之间，只能通过一组输入控制线、一组输出反馈线和一组报警开关量信号线。本身不具备自我检测功能，控制室的工作人员只能不了解设备的正常工作状态，对设备的一些潜在危机一无所知。所以设备的偶然性故障导致的生产事故时常发生。

现场总线型执行机构采用先进的智能控制系统，经典的智能算法和模糊控制算法使执行机构不仅可以稳定可靠的运行，提高了本身的稳定性，而且工作人员还可以通过其预警反馈信号来了解现场设备的工作状况，对设备的使用时间、零部件使用状况、更换状况等有着非常清楚的掌握。从而提高了整个系统的可靠性和可维护性。

　　４．真正意义的实现远程控制

模拟信号控制执行机构要改变其工作状态参数，工作人员必须到现场进行设置，如果到一些高空、高温和高危险

境中调试电动执行机构，对于现场操作者来说是一项耗时费力，甚至危险的工作。然而模拟信号控制的执行机构

法解决这一问题。

现场总线型执行机构则有自己独立的智能控制系统，通过两根电缆线，工作人员完全可以在控制室里轻松对设备工作状态参数进行随意修改，实现真正的远程控制。

5.安装简便、维护费用低

每一台模拟控制执行机构都要相应的配以一组模拟输入信号线、一组模拟输出信号线和一组或几组的故障报警

线，总计十几条信号线要与上位仪表或主控制系统相连。可想而知光电缆数量就相当庞大，更何况还要进行架设

安装、调试、维修等工作。

    现场总线型执行机构采用一对N结构：一对传输线，N台设备，双向传输多个信号。这种结构使得接线、I/O卡

和隔离器数量大幅减少，安装工程周期短，维护容易，至少节省40%的各种器件、调试、维护等费用。并且如果需

增加新的现场总线型执行机构，只须并行挂接到电缆上，而无须架设新的电缆。

现场总线型执行机构的发展现状

　　目前，国外SIPOS、ROTORK等已拥有自己的现场总线控制的执行机构，国内现场总线型执行机构起步较晚，且多采用在其原有的产品的控制部分增加一个现场总线信号转换模块，控制信号仍是经过了多次的模拟到数字、数字到模拟的转换，所以并不属于真正意义上的总线型产品。国内的绝大多数厂家使用的PROFIBUS-DP智能从站产品都是进口产品，如何自行开发稳定可靠的国产PROFIBUS-DP智能从站是一个亟待解决的问题。

我公司的现场总线型电动执行机构经过全体设计人员两年多的设计研发，已于2008年初成功面世，至今已在几十个现场稳定运行，得到了用户一致的肯定和好评。本产品的核心技术已累计申请国家专利5项，本项目的研发被科技部认定为科技型中小企业创新项目，受到了国家和地方财政的资金扶植。

总之，现场总线技术代表着当前工业控制系统的最高水平，现场总线执行器具有广阔的市场前景，它的发展和应用必将给工业过程控制领域带来革命性的变化，我公司也将抓住机遇，尽最大努力给用户提供高精度、高可靠性、高性价比的产品，我们坚信随着本产品的进一步应用，在给公司带来丰厚收益的同时，也将会在一定程度上推动国内现场总线技术的发展，使我国的工业过程控制技术得到高效、高速的发展。