現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其特點(diǎn)

現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其特點(diǎn)
現場(chǎng)總線(xiàn)的概念是隨著(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展，數字通信網(wǎng)絡(luò )延伸到工業(yè)過(guò)程現場(chǎng)成為可能后，于1984年左右提出的。現場(chǎng)總線(xiàn)一般定義為：一種用于智能化現場(chǎng)設備和自動(dòng)化系統的開(kāi)放式，數字化，雙向串行，多節點(diǎn)的通信總線(xiàn)。其主要特征：
1．數字式通信方式取代設備級的模擬量（如4-20mA,0-5V等信號）和開(kāi)關(guān)量信號；
2．在車(chē)間級與設備級通信的數字化網(wǎng)絡(luò )；
3．現場(chǎng)總線(xiàn)是工廠(chǎng)自動(dòng)化過(guò)程中現場(chǎng)級通信的一次數字化革命；
4．現場(chǎng)總線(xiàn)使自控系統與設備加入工廠(chǎng)信息網(wǎng)絡(luò )，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )底層。使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現場(chǎng)；
5．在CIMS系統中，現場(chǎng)總線(xiàn)是工廠(chǎng)計算機網(wǎng)絡(luò )到現場(chǎng)級設備的延伸，是支撐現場(chǎng)級與車(chē)間級信息集成的技術(shù)基礎。
現場(chǎng)總線(xiàn)是工業(yè)控制系統的新型通訊標準，是基于現場(chǎng)總線(xiàn)的低成本自動(dòng)化系統技術(shù)?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的采用將帶來(lái)工業(yè)控制系統技術(shù)的革命。采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可以促進(jìn)現場(chǎng)儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統開(kāi)放化，符合工業(yè)控制系統領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢。
作為連接生產(chǎn)現場(chǎng)的儀表、控制器等自動(dòng)化裝置的通訊網(wǎng)絡(luò )，現場(chǎng)總線(xiàn)是九十年代在國際興起的新一代全分布式控制系統的核心技術(shù)。伴隨著(zhù)數字化時(shí)代的來(lái)臨，現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(Fieldbus Control System, FCS)必將成為工業(yè)自動(dòng)化的主流。
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統有如下優(yōu)點(diǎn)：
全數字化
將企業(yè)管理與生產(chǎn)自動(dòng)化有機結合一直是工業(yè)界夢(mèng)寐以求的理想，但只有在FCS出現以后這種理想才有可能高效、低成本地實(shí)現。在采用FCS的企業(yè)中，用于生產(chǎn)管理的局域網(wǎng)能夠與用于自動(dòng)控制的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )緊密銜接。此外，數字化信號固有的高精度、抗干擾特性也能提高控制系統的可靠性。
全分布
在FCS中各現場(chǎng)設備有足夠的自主性，它們彼此之間相互通信，完全可以把各種控制功能分散到各種設備中，而不再需要一個(gè)中央控制計算機，實(shí)現真正的分布式控制。
雙向傳輸
傳統的4~20mA電流信號，一條線(xiàn)只能傳遞一路信號?，F場(chǎng)總線(xiàn)設備則在一條線(xiàn)上即可以向上傳遞傳感器信號，也可以向下傳遞控制信息。
自診斷
現場(chǎng)總線(xiàn)儀表本身具有自診斷功能，而且這種診斷信息可以送到中央控制室，以便于維護，而這在只能傳遞一路信號的傳統儀表中是做不到的。
節省布線(xiàn)及控制室空間
傳統的控制系統每個(gè)儀表都需要一條線(xiàn)連到中央控制室，在中央控制室裝備一個(gè)大配線(xiàn)架。而在FCS系統中多臺現場(chǎng)設備可串行連接在一條總線(xiàn)上，這樣只需極少的線(xiàn)進(jìn)入中央控制室，大量節省了布線(xiàn)費用，同時(shí)也降低了中央控制室的造價(jià)。
多功能儀表
數字、雙向傳輸方式使得現場(chǎng)總線(xiàn)儀表可以擺脫傳統儀表功能單一的制約，可以在一個(gè)儀表中集成多種功能，做成多變量變送器，甚至集檢測、運算、控制與一體的變送控制器。
開(kāi)放性
1999年底現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議已被IEC 批準正式成為國際標準，從而使現場(chǎng)總線(xiàn)成為一種開(kāi)放的技術(shù)。
互操作性
現場(chǎng)總線(xiàn)標準保證不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品可以互操作，這樣就可以在一個(gè)企業(yè)中由用戶(hù)根據產(chǎn)品的性能、價(jià)格選用不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品，集成在一起，避免了傳統控制系統中必須選用同一廠(chǎng)家的產(chǎn)品限制，促進(jìn)了有效的競爭，降低了控制系統的成本。
智能化與自治性
現場(chǎng)總線(xiàn)設備能處理各種參數、運行狀態(tài)信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至網(wǎng)絡(luò )故障的情況下獨立工作，大大提高了整個(gè)控制系統的可靠性和容錯能力。
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統通常由以下部分組成：
現場(chǎng)總線(xiàn)儀表、控制器
現場(chǎng)總線(xiàn)線(xiàn)路
監控、組態(tài)計算機
這里的儀表、控制器、計算機都需要通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)卡、通信協(xié)議軟件連接到網(wǎng)上。因此，現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)卡、通信協(xié)議軟件是現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的基礎和神經(jīng)中樞。
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統是國家九五科技攻關(guān)的重點(diǎn)項目。
http://www.cekong.org
現場(chǎng)總線(xiàn)系統的功能安全評價(jià)大體分以下幾點(diǎn)：
(一)現場(chǎng)總線(xiàn)系統完成的功能
現場(chǎng)總線(xiàn)系統所起的作用是通信，它包括一組硬件和軟件，允許兩個(gè)或多個(gè)裝置之間信息交換。在受控過(guò)程中，它不應該傳播或建立會(huì )產(chǎn)生危險情形的錯誤:它應能找出數據的訛誤，保證實(shí)時(shí)數據的傳送，傳遞應有序，避免混亂。同時(shí)應能隨時(shí)了解可能出現的故障狀態(tài)，避免出現因通信錯誤觸發(fā)不合理的安全動(dòng)作，例如使過(guò)程在不該停止時(shí)停了下來(lái)，或使過(guò)程在出現故障時(shí)還繼續工作等。
(二)現場(chǎng)總線(xiàn)系統安全功能評價(jià)的方法
要證明一個(gè)系統或子系統是否可以用在安全領(lǐng)域，是否符合IEC61508標準，有兩個(gè)途徑:一是按照IEC61508的原則設計一個(gè)新系統;二是沿用以前已經(jīng)使用并證明是安全的系統，用"proven in use"方法來(lái)驗證?，F場(chǎng)總線(xiàn)系統的功能安全評價(jià)一般都采取第二種方法。這是一個(gè)在"使用中證實(shí)"的概念。如果一種產(chǎn)品或系統已經(jīng)在使用中，只要供應商有足夠的證據證明它是安全的，那么以后相同的產(chǎn)品或系統就允許應用在同等安全的領(lǐng)域。
IEC61508中提出的這種"proven in use"的概念對于供應商和用戶(hù)都有極大的激勵作用。目前世界上此重要的設備供應商都開(kāi)始對自己的產(chǎn)品進(jìn)行這方面認證工作。但"Proven in use"實(shí)際上有很?chē)栏竦南拗茥l件：
(l)Proven in use方法只能用于那些滿(mǎn)足相關(guān)要求的功能和接口子系統;
(2)子系統的工作條件與原子系統的工作條件完全相同或十分相近;
(3)如果子系統的工作條件不同，則需要用分析和測試的方法來(lái)論證該系統的功能安全完整性可能達到的水平，以保證該系統可用于安全領(lǐng)域;
(4)聲明的失效率有足夠的統計學(xué)數據基礎;
(5)收集有足夠的失效數據;
(6)考慮了子系統的復雜性，子系統對風(fēng)險降低的貢獻，子系統失效對整個(gè)系統可能造成的后果，新設計等

數字通信相關(guān)文章:數字通信原理