現場(chǎng)總線(xiàn)與控制系統
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圖 2 LAN/ fieldbus網(wǎng)絡(luò )結構
工業(yè)自動(dòng)化的標準有以下幾個(gè)方面 ：1現場(chǎng)總線(xiàn)標準 IEC61 1 58;2可編程邏輯程序語(yǔ)言IEC61 1 31— 3;3符合工業(yè)標準的硬件有開(kāi)放式結構的 PC平臺，如 ISA,Compact PCI,PC1 0 4和 VXI等；4OPC及微軟的 COM,DCOM,DNA在自動(dòng)化產(chǎn)品中應用非常廣泛，被認為是工業(yè)上的事實(shí)標準，另外，還有 Sun Connect,HTTP—HG等。
2.3 組態(tài)技術(shù)
組態(tài)技術(shù)主要指控制系統中的數據庫生成及控制算法組態(tài)。其中數據庫生成組態(tài)與各種硬件設備關(guān)系太密切，還沒(méi)有統一的標準，就 PL C本身來(lái)講，這部分一直是空白，也就是說(shuō)，PLC所能提供的只是寄存器，它需要借助第 3方或專(zhuān)用軟件將其轉換成有意義的工程參數，對于 DCS,數據測點(diǎn)定義就完備多了。同樣地，控制算法組態(tài)方面，傳統的 PL C多數只提供梯形圖邏輯及少量的功能塊，并且與IEC61 1 31— 3不兼容，而 DCS具有全面的控制算法組態(tài)技術(shù)，包括梯形圖、助記符、功能塊及順序流程圖等。第 3方軟件支持商支持 IEC61 1 31—3并可以加載到部分 PL C中。開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統理所當然應具有組態(tài)技術(shù),包括數據庫組態(tài)及控制算法組態(tài)，生成的參數及算法不僅可以在控制器中運行 (所謂 Soft PL C),還可以在遠程 I/ O或智能設備上運行，按照現場(chǎng)總線(xiàn)標準定義的功能塊可以在智能儀表及執行機構中進(jìn)行運算，以實(shí)現真正的分布式控制。
3影響控制系統可靠性的幾個(gè)因素
3. 1 嵌入式控制與控制器的可靠性：控制系統的可靠性很大一部分依賴(lài)于控制器是否可靠。 PL C,DCS有其專(zhuān)用的控制器，開(kāi)放式系統中建議的是標準的硬、軟件平臺。顯然 PC機和微軟的 Windows是一種選擇。工業(yè) PC機經(jīng)過(guò)多年的改 進(jìn)已經(jīng)比較可靠了,但故障還是會(huì )發(fā)生，其較差的運行環(huán)境適應能力和旋轉機械故障(硬盤(pán)故障)給維護帶來(lái)了困難。一種解決方案是用嵌入式 PC機如PC1 0 4結構的硬件平臺，這種平臺有較寬的運行環(huán)境,沒(méi)有硬盤(pán)，而且具有豐富的模件資源,支持以太網(wǎng)及現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口。從操作系統角度看,帶有實(shí)時(shí)擴展 (RTX)的 NT(如 Ventur Com公司提供的RTX NT)是在標準 PC平臺上用于實(shí)時(shí)控制的較佳選擇;但嵌入式控制中資源有限，即使是嵌入式NT也很難適應。Windows CE不失為一個(gè)嵌入式應用較好的選擇，特別是其 3. 0版本的推出，在確定性、實(shí)時(shí)性、優(yōu)先級擴展能力及中斷服務(wù)延時(shí)、進(jìn)程切換時(shí)間上有了顯著(zhù)的提高，過(guò)程處理循環(huán)時(shí)間降到毫秒級。事實(shí)上一些公司已生產(chǎn)出采用 Win CE的控制裝置，如 Win PL C,GE公司的 CNC,Xycom自動(dòng)化公司的 ASIC— 3000等 [4]。Win CE并不是唯一的選擇，許多實(shí)時(shí)操作系統非常成熟,已在通信Internet及電力等行業(yè)發(fā)揮了巨大作用,如p SOS,QNX,VRTX等，這些操作系統的共同特征是內核非常小,支持 BSP開(kāi)發(fā) (板級支持包 )及強大的網(wǎng)絡(luò )支撐功能,缺點(diǎn)是第 3方的支持軟件不豐富。采用嵌入式控制是提高控制器可靠性的重要保證。
3. 2 網(wǎng)絡(luò )的可靠性：現場(chǎng)總線(xiàn)從一開(kāi)始就是為連接現場(chǎng)控制設備而設計的，充分考慮了其對各種運行環(huán)境的適應能力及實(shí)時(shí)控制中對確定性的要求，只要符合其制定的規范 (如通信速度、通信距離、物理鏈接等 ),現場(chǎng)總 線(xiàn)應該是可靠的。以太網(wǎng)成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò )也可靠嗎 ?回答是肯定的。傳統的以太網(wǎng)結構使用總線(xiàn)將各個(gè)節點(diǎn)連在一起,允許同時(shí)將數據發(fā)送到網(wǎng)上，這樣就發(fā)生了沖撞，必須采用重發(fā)機制以達到相對高的成功率。這種機制導致非確定性 (non-deterministic),而控制系統需要確定性。以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展增強了其通信的確定性，首先，在網(wǎng)絡(luò )拓撲結構上，采用星形連接及交換式Hub,交換式 Hub提供數據緩沖及具有確定接收數據的網(wǎng)段智能，使數據沖撞及重發(fā)機會(huì )最小化;其次,快速以太網(wǎng) (100 Mbit/ s,1 Gbit/ s)的發(fā)展及網(wǎng)絡(luò )冗余技術(shù)使以太網(wǎng)更適應于實(shí)時(shí)應用;另外,改進(jìn)的通信協(xié)議克服了 TCP/ IP協(xié)議中的緩沖器滿(mǎn)再發(fā)送及沖撞控制中的允許“丟”包等缺點(diǎn)。
3. 3 電磁兼容性與硬件設備可靠性：控制系統要適應惡劣的運行環(huán)境,必須滿(mǎn)足一系列電磁兼容性國際標準,IEC61 0 0 0— 4標準或我國等同采用的 GB/ T 1 762 6標準定義了應達到的電氣技術(shù)指標，這些標準包括 ：1浪涌 ：IEC61 0 0 0— 4— 5(GB/ T1 762 6. 5);2振蕩波抗擾度：IEC61 0 0 0— 4—1 2 (GB/ T 1 762 6. 1 2 );3靜電放電抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4— 2 (GB/ T 1 762 6. 2 );4電快速瞬變脈沖群抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4— 4(GB/ T 1 762 6. 4);5射頻場(chǎng)感應的傳導騷擾抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4— 6(GB/ T1 762 6. 6);6射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4—3(GB/ T1 762 6. 3)。
以上指標中定義了在不同控制電壓等級下及運行環(huán)境下應達到的技術(shù)標準，滿(mǎn)足這些標準將為控制系統的可靠性提供有力的保證。
4結語(yǔ)
我們處在一個(gè)主流系統與非主流系統各行其道、共享市場(chǎng)的時(shí)代,中國進(jìn)入 WTO后,大量的外國公司產(chǎn)品及技術(shù)將瓜分中國的測控市場(chǎng)，包括電力系統自動(dòng)化領(lǐng)域，競爭最激烈的應該是廠(chǎng)站自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是水電廠(chǎng)、火電廠(chǎng)控制系統。一方面大大小小的 PL C幾乎占領(lǐng)著(zhù)整個(gè)水電廠(chǎng)監控領(lǐng)域，另一方面國外 DCS牢牢占據著(zhù)大中型火電廠(chǎng)控制系統。我們迫切需要有自己的控制系統，以及適合國情的控制系統結構、硬件資源及軟件工具。這不僅需要科研人員的不懈努力,還需要市場(chǎng)的培育及支持。有理由相信,有中國特色的先進(jìn)控制系統將在競爭激烈的自動(dòng)控制領(lǐng)域占有一席之地。(end)
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