摘要：本文以沱牌污水处理项目为依托，理论与实际结合解决了现场所遇到的profibus、modbus、工业以太网相集成的问题，实现了不同现场总线的兼容通信和上位机统一监控，提出了组件化的方法来适应未来的现场监控系统。

关键词：现场总线；profibus；modbus；兼容通信 

作者简介：龙剑（1980-），男，四川泸州人，通信与信息系统硕士研究生，主要从事网络化测控技术及应用研究。  

1  流行现场总线介绍

现场工艺是由许多相关工艺段组成，根据控制的需求和厂家的要求，有可能采用不同的现场总线。各种现场总线都有其应用的优势，基金会总线应用到现场级，lonworks总线用到楼宇，can总线用在汽车方面等等。总线协议是一个大的集合，针对现场情况和应用场合又有自身的特点。以在中国应用最广泛的profibus协议为例，profibus协议就有dp、pa、fms三种。最早的为profibus-fms协议，定义了osi模型的第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范和低层接口。fms主要用于上位机和控制器之间的通信，是处于信息层的西门子早期总线。profibus-dp只使用了iso/osi标准通信模型的第一层（物理层）和第二层（数据链路层），高速的数据传送特别适合可编程控制器与现场分散的i/o设备之间的通信。dp主要是过程控制级的通信，分为三个版本，v0、v1、v2。v0包括周期数据交换、站、模块和诊断功能以及四种中断类型。v1包括面向过程自动化的增强功能，特别是非周期数据通讯，用于智能设备的参数分配、操作、可视化和中断控制，允许使用工程工具进行在线访问。v2包括更高级的功能主要面向驱动器技术的需求。profibus-pa使用扩展的profibus-dp协议进行数据传输并具备本质安全和总线供电。modbus总线协议相对简单，就主要由源地址、目的地址、几个功能码和crc数据校验组成。modbus协议的开放性和二次开发性已经在实践中证明了其应用的灵活性。工业以太网的速度优势使其在控制领域迅速发展，但其csma/cd机制使其在应用时必须和tcp/ip相结合，以达到系统可靠性的标准，保证实时数据的通信。

2  西门子自身总线协议（profibus）的兼容

    profibus-dp协议是用于i/o级的简单主从协议，主站之间采用逻辑令牌环来循环得到总线的控制权。profibus-pa总线上主要是用于挂接一些现场仪表。西门子的step7组态软件进行网网络组态时要添加dp/pa耦合的模块将两中网络连接起来。pa的数据传输采用扩展的profibus－dp协议。根据iec1158－2标准，pa的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。污水处理中生化池上的ph仪表、污泥浓度仪、溶氧仪可挂到pa上。仪表通信协议是hart协议，携带模拟量信号，dp总线上传输的数字信号，对叠加的0.5ma模拟量信号解调后，数据进行profibus-dp协议的封装经总线传到cpu进行处理由上位机查询。dp/pa耦合模块的作用是网关。这种方式在无从站时运行问题不大，但加入从站后并存在从站之间的dx通信后，网络的实时性能不能得到有效的保证，有时从站数据的刷新达到了3-4s。这存在数据传输的效率和同步问题，西门子的profibus速度在实验室的数据12mbit/s，实际的现场环境决定了根本不能达到该速度，必须进行大量的冗余编码，性能甚至比不上512kb/s的controlnet。同步的方式采用的是主站向从站广播，从站根据主站的同步信息来与主站同步。在多主系统中相互通信的从站与所属的主站必须同步，主站的同步和从站的同步需要一定的时间。

通讯的基本原理是使用osi模型的不同层作为子集。该转换中只涉及到