4-20mA到现场总线知识分享

步入21世纪，工厂车间发生了巨大的变化。起初
，生产车间设备极少依赖自动化
，所有流程均有人工参与操作。随着科学技术的突飞猛进
，设备也有了“智慧”，在如同人大脑的控制器的掌控中
，自行的完成了之前人工参与的操作
。不仅提高了生产质量，还解放了劳动力，安全生产真正意义上有了明确的方向。

自动控制

最早的自动控制是气动控制，气动控制器把来自工厂的压缩空气作为信号用于现场的气动设备工作

。随着电子技术的发展电子控制诞生，如今工厂普遍用的4-20mA信号则诞生20世纪50年代。

4-20mA标准信号到来
，不仅仅是满足了自动化生产的需求，还是一种低成本的自动化实现。主要信号不受影响之外

，活零点不仅方便断线故障的诊断，还能为二线制仪表提供电源保障
。

4-20mA到现场总线的趋势

从上世纪六十年代PLC的问世
，现场的继电器控制系统被逐渐的取代

。不仅简化了控制线的布局
，还减少了弱电电器硬件的使用，还方便了日后技术工人的日常检修
。到了上世纪八九十年代，现场总线被一些制造商开始关注。比如
，支持双向数字通信的PROFIBUS现场总线。从现场总线网络布局来看
，设备是系统组成部分
，现在专业的角度看
，设备和系统之间是没有什么区别，而是一个完整的整体
。

相比4-20mA，现场总线舍去了之前每个设备单独布线的烦恼，以及缺乏信息诊断，给专业技术人员快速的排出故障不便。现场总线的带来的是以一条电缆或“总线”连接多个现场设备。然后分布式IO机制将来自现场的多个输入和输出收集或分配到本地IO设备中
，数据仅通过一根电缆往返于PLC或DCS和现场设备
。体现了明显的优势是减少工程，安装
，调试和维护成本。

相同时间
，数字信号能比模拟量信号携带更多的现场信息。在总线网络中能为所有设备提供诊断信息

，有助于解决停机情况，而且可以防止停机。

如今工厂生产要求越来越高，对总线的要求也越来越苛刻
，例如要求现场总线的速度、精度和功能性全面的提高
，目的是就是利用自动化生产提高生产速度和质量及生产过程中的安全性

。因此现场总线为自动化环境提供实时性能，并随着从模拟到数字的转变
，现在有了一个可以实现不同拓扑的网络，而且每个现场总线标准都具有特定的特性
。

虽然PROFIBUS是PI组织上世纪八九十年代推出来的工厂自动化技术的产物

，如今来看
，在功能和应用方面并没有“老化”
。但随着工业以太网标准，例如PROFINET到来。带来的不仅是高宽带，还有更大的信息容量和地址空间。此外，多协议共存使现代网络体系结构和与更高级别系统的连接成为可能的构思。

PROFINET和PROFIBUS

Profibus，是一种国际化
、开放式
、不依赖于设备生产商的现场总线标准
。其传送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时
，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度

。而Profinet把Profibus的主从结构移植到以太网上
，所以profinet会有Controller和Device，他们的关系可以简单的对应于profibus的Master和Slave
。而profinet是一种新的以太网通讯系统，是由西门子公司和Profibus 用户协会开发
，是基于以太网的，所以可以有以太网的星型、树形
、总线型等拓扑结构
，不像profibus只有总线型这么孤独
。

因此具有多制造商之间的通讯能力，自动化和工程模式
，并针对分布式智能自动化系统进行了优化。其应用结果能够大大节省配置和调试费用。 PROFINET 系统集成了基于 Profibus 的系统
，提供了对现有系统投资的保护。它也可以集成其它现场总线系统。也是是一种支持分布式自动化的高级通讯系统。除了通讯功能外，PROFINET 还包括了分布式自动化概念的规范，这是基于制造商无关的对象和连接编辑器和 XML 设备描述语言。以太网 TCP/IP 被用于智能设备之间时间要求不严格的通讯
。所有时间要求严格的实时数据都是通过标准的 Profibus DP 技术传输
，数据可以从Profibus DP 网络通过代理集成到 PROFINET 系统。他也是唯一使用已有的 IT 标准，没有定义其专用工业应用协议的总线
。它的对象模式的是基于微软公司组件对象模式 (COM) 技术。对于网络上所有分布式对象之间的交互操作，均使用微软公司的DCOM 协议和标准 TCP 和 UDP 协议
。

因此，PROFINET和PROFIBUS体现的不同有性质、作用
、应用
。性质不同
，PROFIBUS是一个用在自动化技术的现场总线标准，而后者是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作用方面，PROFIBUS是用在PROFIBUS主站之间的非确定性通信。PROFIBUS DP主要是用在PROFIBUS主站和其远程从站之间的确定性通信，但仍允许主站及主站之间的通信。而PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题
。

应用方面
，PROFIBUS：用在工厂自动化的应用中

，可以由中央控制器控制许多的传感器及执行器，也可以利用标准或选用的诊断机能得知各模块的状态；应用在过程自动化系统中
，由过程控制系统监控量测设备控制，是本质安全的通信协议，可适用于防爆区域（工业防爆危险区分类中的Ex-zone 0及Ex-zone 1）。PROFINET：可以确定不同设备商提供的类似设备会有标准化的功能及使用方式。使用者的选择促进设备商的竞争，使得产品的机能提升，成本下降。