工業(yè)控制的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
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2.現場(chǎng)總線(xiàn)強調在惡劣環(huán)境下數據傳送的完整性、可靠性：現場(chǎng)總線(xiàn)具有在粉塵、高溫、潮濕、振動(dòng)、酸(堿)腐蝕，特別是電磁和無(wú)線(xiàn)電干擾等的工業(yè)環(huán)境長(cháng)時(shí)間、連續、可靠、完整傳送數據的能力。能夠抗工業(yè)電網(wǎng)的浪涌、失波、跌落和尖峰干擾等。在可燃或易爆場(chǎng)合，還要求現場(chǎng)總線(xiàn)具有本質(zhì)安全性能
二、標準與非標準現場(chǎng)總線(xiàn)。
市場(chǎng)上出現了三十多種牌號的現場(chǎng)總線(xiàn)及其系統，并且都稱(chēng)是真正的現場(chǎng)總線(xiàn)，可應用于各種領(lǐng)域。實(shí)際上，市場(chǎng)上的現場(chǎng)總線(xiàn)應分為標準和非標準兩種。
1.標準現場(chǎng)總線(xiàn)是符合IEC(國際電工技術(shù)委員會(huì ))現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議模型框架，具有近似標準數字信號制的現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，這些主要有IEC61158、FF(基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn))、LonWorks、Pro-tibus、WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)。適用于過(guò)程控制、制造自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化等。
2.非標準現場(chǎng)總線(xiàn)，其余的現場(chǎng)總線(xiàn)都可看作是非標準現場(chǎng)總線(xiàn)，它們大多具有專(zhuān)用標準，適于專(zhuān)用領(lǐng)域。不會(huì )向國際標準靠攏。
三、FCS與DCS
基于FF的FCS(現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統)將取代傳統DCS(分布式控制系統)成為控制系統主角。下面就幾個(gè)主要方面進(jìn)行對比。
1.數字化
1)FCS：全數字化，純數的通信使過(guò)程控制具有更高的可靠性。在FCS中，從傳感器、變送器到調節器，一直是數字信號，這就使得更復雜、更精確的信號處理得以實(shí)現。普通的噪音很難扭曲現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統里的數字信號。數字通信的查錯功能可檢出傳輸中的誤碼。
2)DCS：半數字化，在傳統DCS系統里，溫度和壓力變送器須將它們測到的原始數字信號在送入DCS前轉換成4-20mA模擬信號，在模擬系統中，噪音及其他信號扭曲無(wú)法被檢測。
2.可互操作性：采用具有可互操作性和現場(chǎng)總線(xiàn)系統，用戶(hù)可以在性能、價(jià)格、質(zhì)量和售后服務(wù)等因素基礎上，選擇最好的硬件產(chǎn)品，并省時(shí)省力地將它們集成為一體。
1)現場(chǎng)總線(xiàn)自動(dòng)化設備的可互操作性主要是通過(guò)對功能模塊及其參數的標準化而實(shí)現，具有極好的可互操作性。
2)大多數用于DCS和智能型變送器間的通信協(xié)議是DCS制造商獨家采用的專(zhuān)用封閉系統。
3.分散性
1)FCS：采用的是完全分散式體系，它的控制全部分散到現場(chǎng)，控制回路由現場(chǎng)設備實(shí)現。
2)DCS：采用一個(gè)或多個(gè)"控制單元"對多回路進(jìn)行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每個(gè)控制板上又有多個(gè)回路的半分散式體系。
4.可靠性、可維護性和經(jīng)濟性
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統采用數字總線(xiàn)式通信線(xiàn)路代替傳統DCS中一對一的I/O連線(xiàn)，對于大規模I/O系統來(lái)說(shuō)，減少了由連線(xiàn)帶來(lái)的不可靠，同時(shí)降低了布線(xiàn)成本，與傳統DCS技術(shù)相比，可節省電纜、調試、維護成本40%以上。
5.現場(chǎng)總線(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為可以取代DCS的新型的FCS控制系統。DCS與FCS并存是可能的，但DCS并不適合與現場(chǎng)總線(xiàn)集成。如果現場(chǎng)總線(xiàn)連接到DCS上，它的大多數優(yōu)勢便無(wú)法發(fā)揮出來(lái)。因為分布在現場(chǎng)設備中的功能塊組態(tài)、狀態(tài)、診斷、校驗、設備自身信息以及來(lái)自現設備的管理信息等均無(wú)法完全映射到DCS中。
四、EIC(電氣傳動(dòng)、儀表、計算機)一體化
在由現場(chǎng)總線(xiàn)構成的控制系統FCS中，儀表已發(fā)展成為具有綜合功能的智能儀表，也就是具有過(guò)去實(shí)現儀表控制的DCS的功能?，F場(chǎng)控制器實(shí)際上是過(guò)去PLC功能的分散，它代替了用于電氣傳動(dòng)控制的PLC。從以上兩點(diǎn)不難看出，現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS，正是一個(gè)實(shí)現電氣傳動(dòng)控制、儀表控制和計算機控制一體化的系統結構，而這種結構恰恰是鋼鐵工業(yè)自動(dòng)化用的較多而又急需的控制系統結構。
五、現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)展情況
目前，較為流行的現場(chǎng)總線(xiàn)有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART(過(guò)渡協(xié)議)等，這些現場(chǎng)總線(xiàn)和過(guò)渡協(xié)議在我國(主要是北京)都有了代表處或掛靠單位，并且大多數都有不同程度的開(kāi)發(fā)和應用。其中FF和HART列入"九五"攻關(guān)項目，參加現場(chǎng)總線(xiàn)智能儀表的研究開(kāi)發(fā)單位主要有：西安儀表集團、上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、上海自動(dòng)化儀表股份公司、重慶川儀集團、北京華控技術(shù)公司等，專(zhuān)門(mén)攻克HART協(xié)議和FF協(xié)議通信軟硬件技術(shù)難關(guān)。
1.開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品主要有：
1)HART變送器(包括智能溫度變送器、智能壓力變送器、智能流量變送器)；
2)HART智能電動(dòng)執行機構；
3)HART網(wǎng)橋；
4)現場(chǎng)設備管理系統軟件；
5)FF現場(chǎng)總線(xiàn)和CAN總線(xiàn)園卡、接口等HART的攻關(guān)任務(wù)已基本完成，今年就可驗收。FF的攻關(guān)明年上半年可完成并驗收。
目前，較流行的現場(chǎng)總線(xiàn)中，FF、Profibus、LonWorks、CANHART協(xié)議書(shū)籍報刊上介紹的比較多，其中HART和LonWorks在我國開(kāi)發(fā)和應用較多。下面只簡(jiǎn)單介紹一下WorldFIP的情況。
2.WorldFIP:WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)不論高速還是低速，只有一套通信協(xié)議，可以不需要任何網(wǎng)橋或網(wǎng)關(guān)，低速與高速的銜接只用軟件完成。
WorldFIP組織認為，它的生產(chǎn)者/使用者(Producer/Consumer)模式和總線(xiàn)仲裁器(BUSAr-biter)的調度方式特別適合工業(yè)過(guò)程控制的現場(chǎng)總線(xiàn)系統。它的很多優(yōu)點(diǎn)都與此有關(guān)。FF與IEC標準草案都采用了這種通信模式，只是名稱(chēng)不同。FF稱(chēng)為發(fā)布方/接收方(Publi-sher/Subscriber)與鏈接調度器(LAS)，實(shí)際方式與WorldFIP基本一致。這也說(shuō)明了為什么WorldFIP支持IEC標準，因為他們向IEC靠攏在技術(shù)上是比較容易的。
目前，WorldFIP的應用領(lǐng)域為：輸電、鐵路運輸、地鐵、化工、空間技術(shù)、汽車(chē)制造等。1998年5月，WorldFIP組織在中國建立了技術(shù)推廣中心，并把注意力放在中國的能源和鐵路兩個(gè)將大力發(fā)展的領(lǐng)域。
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