【詳細(xì)說明】
1 現(xiàn)場(chǎng)總線的概念
現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng),也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表,使它們各自具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通訊能力,采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線等作為總線,把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議,在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換,形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
現(xiàn)場(chǎng)總線是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的。隨著微處理器與計(jì)算機(jī)功能的不斷增強(qiáng)和價(jià)格的降低,計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展?,F(xiàn)場(chǎng)總線可實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成,實(shí)施綜合自動(dòng)化,形成工廠底層網(wǎng)絡(luò),完成現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信,實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與外界的信息交換。
2 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)
1983年,Honeywell推出了智能化儀表,它在原模擬儀表的基礎(chǔ)上增加了計(jì)算功能的微處理器芯片,在輸出的4~20mA直流信號(hào)上迭加了數(shù)字信號(hào),使現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的連接模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。之后,世界上各大公司推出了各種智能儀表。智能儀表的出現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)總線的誕生奠定了基礎(chǔ)。
智能儀表的出現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的數(shù)字化提供了條件,但不同廠商提供的設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,束縛了底層網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?,F(xiàn)場(chǎng)總線要求不同的廠商遵從相同的制造標(biāo)準(zhǔn),組成開放的互連網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)。
3 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)
現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用的按控制回路要求,設(shè)備一對(duì)一的分別進(jìn)行連線的結(jié)構(gòu)形式。把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,加上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有通信能力,因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室中的計(jì)算機(jī)或控制儀表,直接在現(xiàn)場(chǎng)完成,實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)既是一個(gè)開放通信網(wǎng)絡(luò),又是一種全分布控制系統(tǒng)。它把作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化的綜合自動(dòng)化功能。是一項(xiàng)以智能傳感器、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)。
現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在技術(shù)上具有以下特點(diǎn):
3.1 系統(tǒng)具有開放性和互用性
通信協(xié)議遵從相同的標(biāo)準(zhǔn),設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)信息交換,用戶可按自己的需要,把不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成開放互連的系統(tǒng)。系統(tǒng)間、設(shè)備間可以進(jìn)行信息交換,不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可以互換。
3.2 系統(tǒng)功能自治性
系統(tǒng)將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以完成自動(dòng)控制的基本功能,并可以隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀況。
3.3 系統(tǒng)具有分散性
現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的是一種全分散的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高了可靠性。
3.4 系統(tǒng)具有對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性
現(xiàn)場(chǎng)總線支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等,具有較強(qiáng)的抗干擾能力,能采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電和通信,并可以滿足安全防爆的要求。
由于現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)簡化,不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換隔離等功能單元及其復(fù)雜的接線,節(jié)省了硬件數(shù)量和投資。簡單的連線設(shè)計(jì),節(jié)省了安裝費(fèi)用。設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理能力,減少了維護(hù)工作量。設(shè)備的互換性、智能化、數(shù)字化提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。還具有設(shè)計(jì)簡單,易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。
4 幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
4.1 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)于1994年由美國Fisher-Rosemount和Honeywell為首成立。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ),取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次,并在應(yīng)用層上增加了用戶層?;饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線分H1和H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25kbps,可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射,協(xié)議符號(hào)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。傳輸信號(hào)采用曼冊(cè)斯特編碼。
4.2 LonWorks
它由美國Echelon公司推出,它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協(xié)議,采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì),并開發(fā)了本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品,被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。采用LonWorks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品,被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。