一根总线几乎无所不能

　　PROFIBUS 正在统治越来越多的应用领域，其中也包括过程工业。在瑞士，就有这样的现成案例。DSM NutritionalProducts 现代化的维他命E 生产工厂采用了西门子SIMATIC PCS 7 过程控制系统，实现了可靠、不间断的运行，彻底将停机时间降低到最小。过程中的所有设备都使用PROFIBUS DP 和PA 连接成一个网络。这样做的优点是：降低了布线和调试成本，极大地简化了过程仪表的诊断工作。

　　ROFIBUS正在工厂自动化中广泛应用，并被当成集成自动化系统中执行机构、传感器和驱动器的标准。在过程工业，工厂规模一般都比其他行业的工厂规模要大，系统环境也更为复杂。人们普遍认为，统一的、完全集成的现场总线解决方案简直是不可想象的。
　　瑞士的DSM Nutritional Products公司却不这么认为。该公司放弃了保守意见，决定利用PROFIBUS技术，使其在Sisseln新建的Vitex维他命E工厂的自动化系统标准化。其原因是非常有说服力的：简单的布线、集中参数设置。另外，从现场总线设备到过程控制系统之间，诊断数据的直接传输也成为可能。

图1：位于Sisseln的新维他命E 制造厂拥有25000 吨的年生产能
力，可以满足全世界维他命E 需求量的一半。

　　由于DSM在其众多生产厂中已经使用过SIMATIC PCS 7过程控制系统，并且拥有良好的使用经验，所以在Sisseln新工厂中也决定使用该系统，当然，还要具备新的功能。基于早期在其他工厂的成功实践，DSM首次决定，将过程层面的通讯全部用PROFIBUS DP和PA技术来实现。
强调生产力
　　今天，维他命E在营养方面的应用越来越多，所以其生产规模也越来越大。在Sisseln的生产厂拥有25000吨的年生产量，是世界上最大的维他命E生产工厂。早在工厂的设计阶段，DSM的主要考虑就是生产力。这就理所当然地将自动化技术放在了一个特别重要的位置。总而言之，DSM要将这个工厂设计成为一个连续运行、停机时间最短的一个工厂。
　　这间工厂占据几层楼的空间，拥有27个分厂，每个分厂都装有其自己的SIMATIC PCS 7自动化系统。所有自动化系统都通过工业以太网连接在一起。从每一个自动化系统开始，设备的集成都由PROFIBUS DP完成，而过程仪表（包括70个Sitrans P压力变送器）则由PROFIBUS PA连接到控制系统上。
特殊任务，特殊解决方案
　　西门子解决方案供应商Controlmatic公司在实施工厂的自动化技术时，始终与DSM工程师密切合作。Controlmatic曾经实施过两个类似的PROFIBUS项目，因此， 虽然项目时间表相对比较紧张，合作各方都有信心能够取得这个项目的成功。仿真外围设备环境下的软件测试工作对项目迅速进入调试阶段作出了重要的贡献。1000多个PROFIBUS PA设备的线路测试 / 回路检查比4~20mA设备的检查还要快3至4倍。PROFIBUS模块化的结构可以接受不同的传输技术和大量的应用行规，因此它适用于工厂的所有部分，而不受任何限制。在易爆危险性区域，PROFIBUS PA还用于传感器和执行机构的供电及其同步通讯。比如，通过PROFIBUS DP，可以实现高数据量的分布式自动化结构。
　　在Sisseln，PA现场设备通过DP/PA耦合器和现场安全栅连接在一起，传统的HART现场设备通过PROFIBUS DP远程I/O系统连接，阀门则通过一个DP阀门终端连接。带有变频器的电机通过PROFIBUS DP直接连接，而过程控制系统中的其他定速电机则通过I/O卡连接。

使用PROFIBUS PA，实现直观系统诊断
　　为了给所有的工厂创造一个通用的诊断标准，简化相关的组态，SIEMENS 提出了一个将质量代码标准化的建议。该建议曾经得到PNO（PROFIBUS 用户组织）的认可。考虑到NAMUR 推荐的NE 107“现场设备的自监控和自诊断”以及NE 91“工厂资产管理”，根据NE 107 的规定，采用了4 项不同的质量代码来代表4 种不同状态的消息：“功能检查”、“设备故障”、“需要维修”，以及“不符合技术规格”。如果设备不在上述4 种状态内，则会传出第5 个代码值（相当于O K ）。
　　质量代码值的范围还可以包括12种状态，可以传送出比NE 107 规定更加精细划分的状态信息。如果需要，这些详细信息可以在维护站被再次减少为NE 107 规定的状态消息。详细的质量代码包括：在3 种状态形式下测量的参数的实际状态（好、不确定、不好），设备状态（如“本地操作”）以及同样以3 种状态表达的、供维护人员使用的信息（“要求维护”、“申请维护”或“维护警报”）。详细的故障分析（如“编码器污染33％”）可以通过SIMATIC PDM 诊断工具在非循环通讯槽中传递出来，由此防止了过量的信息，使操作员可以更加容易地对诊断消息作出反应。
　　该原则一直在SIMATIC PCS 7 系统V6.1 的维护站中实施。分级结构诊断图像可以从工厂的硬件配置中自动生成，控制系统中的所有组成部分都由统一的面板表现，无需附件的工程设计。直观的“交通灯”（绿、黄、红）信号加上纯文本信息，确保了对故障的迅速定位。对于自动跟踪维修，PCS 7 系统还提供了启动维修订单和记录维修过程的功能。



图2：在其位于Sisseln 的维他命
技术中心，D S M 主动开发小规模的综
合生产过程技术。

　　在易爆区域，出于安全的原因，总线的电源受限，每个PROFIBUS网段上连接的设备数量就受到了限制。因此，使用了PROFIBUS PA现场总线安全栅。这些安全栅确保了在输入侧的高电源供应，而在现场侧，可以实现最多4个PROFIBUS PA现场总线设备的本安连接。这样就可能在一个PROFIBUS网段上安全地连接最多24个现场总线设备。尽管每个PA网段连接的设备更多，而且和PROFIBUS DP每秒31.25千字节的主干传输速率相比，PROFI-BUS PA的传输能力比较低，但是其最大存取周期低于0.4秒。在这个水平上，工厂的所有需求都能得到满足。
诊断能力成为系统的优势
　　PROFIBUS的显著优势之一，就是可以通过网络监控具体现场设备的功能。为了实现这一点，就要在一个广泛统一的标准下传输不同的状态数据，以便对故障做出细致判断。
　　在Sisseln的维他命E生产工厂，诊断能力尤其重要。因为工厂要求不间断运行，需尽可能减少意外干扰。自动化系统必须能够预先侦测到具体零部件的故障，以避免停机。这是一个PROFIBUS可以轻易满足的要求。每一个现场总线设备的运行状况都以纯文本形式显示出来，让技术服务人员可以在某一个零部件或整个工厂出现故障前，进行预测性的干预。
　　PROFIBUS PA以与状态字节或质量代码有关的实际值，对过程或控制参数的循环通讯进行了标记。在PROFIBUS行规V3.0 PA中，有256种不同的值的定义，其中相当一部分的值被用于不同类型的设备诊断（如：传感器短路）。这虽然使有效资产管理变得困难起来，却使状态消息的内容可以非常广泛。

　　同时，还提供有一种可以降低大量诊断消息、使之达到更加容易管理的新标准（见左边的插图）。然而，在建设Sisseln项目期间，标准化的诊断尚未实现。因此，DSM开发了自己的、特殊的I/O驱动组件，包括相应的用于WinCC层可视化的软件。这个系统使维他命E生产厂可以根据NAMUR的第64项建议，评估每一个现场总线设备的诊断消息，并只记录与工厂运行真正有关的信息。