現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其控制系統縱橫談
加入技術(shù)交流群
（5）ＨＡＲＴ總線(xiàn)：ＨＡＲＴ協(xié)議是由Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ公司于１９８６年提出的通信協(xié)議。它是用于現場(chǎng)智能儀表和控制室設備間通信的一種協(xié)議。它包括ＩＳＯ／ＯＳＩ模型的物理層、數據鏈路層和應用層。ＨＡＲＴ通信可以有點(diǎn)對點(diǎn)或多點(diǎn)連接模式。這種協(xié)議是可尋址遠程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是在現有模擬信號傳輸線(xiàn)上實(shí)現數字信號通信，屬于模擬系統向數字系統轉變過(guò)程中的過(guò)渡產(chǎn)品，因而在當前的過(guò)渡時(shí)期具有較強市場(chǎng)競爭力，在智能儀表市場(chǎng)上占有很大的份額。
（6）Ｐ－ＮＥＴ現場(chǎng)總線(xiàn)：Ｐ－ＮＥＴ現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是由丹麥Ｐｒｏｃｅｓ－Ｄａｔａ Ａ／Ｓ公司研究并開(kāi)發(fā)，是一種全世界通用的開(kāi)放型標準化總線(xiàn)。它可以將生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)部分，如過(guò)程控制計算機、傳感器、執行器、Ｉ／Ｏ模塊、小型可編程控制器等，通過(guò)共用一根雙芯電纜加以連接。與傳統布線(xiàn)相比，Ｐ－ＮＥＴ現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)控制應用中具有很大的優(yōu)勢，它將簡(jiǎn)化設計和安裝，減少布線(xiàn)的數量和費用，避免各種設備故障的發(fā)生，實(shí)現更直接也更廣泛的使用功能。
Ｐ－ＮＥＴ是現場(chǎng)總線(xiàn)的一種，它不同于其它總線(xiàn)的特點(diǎn)是：（１）安裝簡(jiǎn)單；（２）成本較低；（３）用戶(hù)開(kāi)發(fā)方便，可在Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ平臺上用高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)；（４）整個(gè)系統的硬件都采用標準的商品芯片，所以改進(jìn)較快（其它的現場(chǎng)總線(xiàn)都用專(zhuān)門(mén)設計的芯片，不易改動(dòng)）；
（５）Ｐ－ＮＥＴ較之其它總線(xiàn)有許多實(shí)際上的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于食品、飼養、農業(yè)方面的應用。
（7）ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線(xiàn)：ＩＮＴＥＲＢＵＳ作為ＩＥＣ６１１５８標準之一，廣泛地應用于制造業(yè)和機器加工行業(yè)中，用于連接傳感器／執行器的信號到計算機控制站，是一種開(kāi)放的串行總線(xiàn)系統。ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線(xiàn)于１９８４年推出，其主要技術(shù)開(kāi)發(fā)者為德國的Ｐｈｏｅｎｉｘ Ｃｏｎｔａｃｔ公司。ＩＮＴＥＲＢＵＳＣｌｕｂ是ＩＮＴＥＲＢＵＳ設備生產(chǎn)廠(chǎng)家和用戶(hù)的全球性組織，目前在１７個(gè)國家和地區設立了獨立的Ｃｌｕｂ組織，共有５００多個(gè)成員。ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線(xiàn)包括遠程總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和本地總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，兩種網(wǎng)絡(luò )傳送相同的信號但電平不同。遠程總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )用于遠距離傳送數據采用ＲＳ－４８５傳輸，網(wǎng)絡(luò )本向不供電，遠程網(wǎng)絡(luò )采用全雙工方式進(jìn)行通訊，通訊速率為５００ｋ／ｓ。本地總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接到遠程網(wǎng)絡(luò )上，網(wǎng)絡(luò )上的總線(xiàn)終端ＢＴ（ＢＵＳ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）上的ＢＫ模塊負責將遠程網(wǎng)絡(luò )數據轉換為本地網(wǎng)絡(luò )數據。
ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線(xiàn)上的主要設備有總線(xiàn)終端ＢＴ（ＢＵＳ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）上的ＢＫ模塊、Ｉ／Ｏ模塊和安裝在ＰＣ或ＰＬＣ等上位主設備中的總線(xiàn)控制板?？偩€(xiàn)控制板是ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線(xiàn)上的主設備，用于實(shí)現協(xié)議的控制、錯誤的診斷、組態(tài)的存儲等功能。Ｉ／Ｏ模塊實(shí)現在總線(xiàn)控制板和傳感器／執行器之間接收和傳輸數據，可處理的數據類(lèi)型包括機械制造和流程工業(yè)的所有標準信號。
⑻ＷｏｒｌｄＦＩＰ是歐洲標準的組成部分：ＷｏｒｌｄＦＩＰ是歐洲標準ＥＮ５０１７０的三個(gè)組成部分之一Ｖｏｌｕｍｅ３，是在法國標準ＦＩＰ－Ｃ４６－６０１／Ｃ４６－６０７的基礎上采納了ＩＥＣ物理層國際標準１１５８－２發(fā)展起來(lái)的，由三個(gè)通信層組成。ＷｏｒｌｄＦＩＰ的顯著(zhù)特點(diǎn)是為所有的工業(yè)和過(guò)程控制提供帶有一個(gè)物理層的單一現場(chǎng)總線(xiàn)。底層控制系統、制造系統和驅動(dòng)系統都可直接連到控制一級的ＷｏｒｌｄＦＩＰ總線(xiàn)上，毋需采用將ＲＳ４８５和其它低速總線(xiàn)相混和的方式來(lái)接連底層設備以實(shí)現同樣的功能。
７ 結束語(yǔ)
世界上沒(méi)有能包治百病的“靈丹妙藥”，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)也一樣，其不能完全滿(mǎn)足工業(yè)現場(chǎng)控制的所有要求。因此，在我們大談現場(chǎng)總線(xiàn)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，別忘了對現場(chǎng)總線(xiàn)應注意以下幾點(diǎn)理性認識。
（１）現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的本質(zhì)是早就成熟的網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)，是伴隨這幾年互聯(lián)網(wǎng)與數字浪潮的連帶品。早在７０年代，ＰＬＣ就含有這個(gè)技術(shù)，在ＰＬＣ中稱(chēng)為遠程Ｉ／Ｏ（ＰＬＣ通過(guò)其遠程Ｉ／Ｏ模塊與多個(gè)現場(chǎng)設備通訊）。在８０年代初，由西門(mén)子等十多家公司在北海石油ＢＰ的石油鉆井平臺搞了一個(gè)稱(chēng)為高速現場(chǎng)總線(xiàn)的試驗，把所有的傳感器和執行器通過(guò)載波方式掛到一對電源線(xiàn)上與控制裝置通訊。因為石油鉆井平臺的空間有限，布線(xiàn)和線(xiàn)纜維護困難，希望減少電纜。應當注意到，只有電源線(xiàn)與通訊線(xiàn)合用，才是現場(chǎng)總線(xiàn)的意義所在?？上攵?，做到這一點(diǎn)成本是不低的。
（２）應當注意到，現場(chǎng)總線(xiàn)的本質(zhì)是現場(chǎng)傳感器和執行器等設備與控制裝置之間的通訊，它本身既不能取代現場(chǎng)設備，也不能代替ＰＬＣ／ＤＣＳ／ＩＰＣ等控制裝置。不少人取了一個(gè)新名詞“ＦＣＳ（現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統）”，并說(shuō)它取代ＤＣＳ／ＰＬＣ，是言過(guò)其實(shí)的。ＤＣＳ本身的概念就是分散控制系統，已夠廣義的了，至于，用什么來(lái)實(shí)現分散控制并沒(méi)有規定，也不好規定，所以用ＰＬＣ連網(wǎng)也可構成ＤＣＳ。只不過(guò)一些定義“ＦＣＳ”的朋友強調了“ＦＣＳ實(shí)現了徹底的分散”，事實(shí)是，徹底的分散卻變成了徹底的集中，因為實(shí)現系統功能所需的信息全部依賴(lài)總線(xiàn)來(lái)交換，總線(xiàn)的可靠性和總線(xiàn)上任一節點(diǎn)的可靠性決定了整個(gè)系統的命運。
（３）現場(chǎng)總線(xiàn)的成本大大提高了，每個(gè)傳感器都要有單獨的信號放大調理電路、Ａ／Ｄ轉換、載波與通訊電路、電源部件及其它智能部件。要使這些成本低于一對普通導線(xiàn)，恐怕不太現實(shí)。
（４）現場(chǎng)總線(xiàn)的故障確定與排除也是很難的事，因為當總線(xiàn)上的某個(gè)節點(diǎn)出故障而封鎖總線(xiàn)時(shí)，要確認是那個(gè)節點(diǎn)出故障是不容易的。只得一段一段一個(gè)一個(gè)的拔了，然后檢查。
（５）說(shuō)“ＦＣＳ”會(huì )取代ＤＣＳ和ＰＬＣ的人往往確實(shí)在工程上應用過(guò)，但仔細一看，原來(lái)多是些監測報警和簡(jiǎn)單控制?！埃疲茫印钡恼摀敲總€(gè)智能執行器自身可以具有控制裝置（ＰＬＣ、ＩＰＣ、ＤＣＳ控制站）的能力。而事實(shí)上，像大型發(fā)電廠(chǎng)，大型化工／冶金等復雜控制系統，其控制邏輯是極其復雜的，其輸入輸出，輸出與輸出之間存在千絲萬(wàn)屢的關(guān)系，如何把這些任務(wù)進(jìn)行分割分配給每個(gè)執行器是很難的。而合理的現場(chǎng)總線(xiàn)應用應是：傳感器完成信號的數字化，并進(jìn)行一些必要的預處理（如熱電偶非線(xiàn)性補償，傳感器故障診斷），執行器完成后處理和動(dòng)作，控制裝置接收傳感器的信號，進(jìn)行統一運算，將運算結果送給執行器。
（６）現場(chǎng)總線(xiàn)由于所有信息均需通過(guò)總線(xiàn)串行交換，其實(shí)時(shí)性必然受到限制。選用現場(chǎng)總線(xiàn)時(shí)，在對電纜數量有要求的場(chǎng)合十分有意義，因為現場(chǎng)總線(xiàn)能大大減少電纜。而在機電設備、小型系統、重要安全的裝置或系統以及２／３以上的被控量是短距離開(kāi)關(guān)量信號時(shí)不宜用現場(chǎng)總線(xiàn)。
（７）未來(lái)的控制系統或裝置是多種技術(shù)的復合應用，很難說(shuō)誰(shuí)能完全取代誰(shuí)。
總之，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應用于各行各業(yè)，且技術(shù)的發(fā)展很大程度上受到市場(chǎng)規律和商業(yè)利益的制約。技術(shù)標準不單是一個(gè)技術(shù)規范，也是一個(gè)商業(yè)的妥協(xié)產(chǎn)物?，F場(chǎng)總線(xiàn)不同于計算機網(wǎng)絡(luò )。使用一種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足所有行業(yè)的技術(shù)要求，恐怕有些勉強。為此，有人面向未來(lái)工廠(chǎng)自動(dòng)化提出了“以太網(wǎng)＋ＴＣＰ／ＩＰ”的解決方案。無(wú)論怎樣，現場(chǎng)總線(xiàn)將如何發(fā)展，作為從事本專(zhuān)業(yè)的人員，我們拭目以待。
評論