現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與計算機控制
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3 主要現場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介
3.1 基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)FF（Foundation Fieldbus）
基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)是國際上幾家現場(chǎng)總線(xiàn)經(jīng)過(guò)激烈競爭后形成的的一種現場(chǎng)總線(xiàn)，由現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )推出。與私有的網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)協(xié)議不同，FF總線(xiàn)不附屬于任何一個(gè)企業(yè)或國家。其總線(xiàn)體系結構是參照、ISO的OSI模型中物理層、數據鏈路層和應用層，并增加了用戶(hù)層而建立起來(lái)的通信模型。FF得到了世界上幾乎所有的著(zhù)名儀表制造商的支持，同時(shí)遵守IEC的協(xié)議規劃，與IEC的現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準和草案基本-致，加上它在技術(shù)上的優(yōu)勢，所以極有希望成為將來(lái)的主要國際標準。
FF總線(xiàn)提供了Hl和H2兩種物理層標準。Hl是用于過(guò)程控制的低速總線(xiàn)，傳輸速率為31.25Kbps，傳輸距離為200m、450m、1200m、1900m四種（加中繼器可以延長(cháng)），可用總線(xiàn)供電，支持本質(zhì)安全設備和非本質(zhì)安全總線(xiàn)設備。H2為高速總線(xiàn)，其傳輸速率為1Mbps（此時(shí)傳輸距離為750m）或2.5bps（此時(shí)傳輸距離為為500m）。H1和H2每段節點(diǎn)數可達32個(gè)，使用中繼器后可達240個(gè)，Hl和H2可通過(guò)網(wǎng)橋互連。FF的突出特點(diǎn)在于設備的互操作性、改善的過(guò)程數據、更早的預測維護及可靠的安全性。
3.2 過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus
Profibus由Siemens公司提出并極力倡導，己先后成為德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170，是一種開(kāi)放而獨立的總線(xiàn)標準，在機械制造、工業(yè)過(guò)程控制、智能建筑中充當通信網(wǎng)絡(luò )。Profibus由Profibus-PA、Profibus-DP和Profibus-FMS三個(gè)系列組成。Profibus-PA （Process Automation）用于過(guò)程自動(dòng)化的低速數據傳輸，其基本特性同FF的H1總線(xiàn)，可以提供總線(xiàn)供電和本質(zhì)安全，并得到了專(zhuān)用集成電路（ASIC）和軟件的支持 。Profibus-DP與Profibus-PA兼容，基本特性同FF的H2總線(xiàn)，可實(shí)現高速傳輸，適用于分散的外部設備和自控設備之間的高速數據傳輸，用于連接Profibus-PA和加工自動(dòng)化。Profibus-FMS適用于一般自動(dòng)化的中速數據傳輸，主要用于傳感器、執行器、電氣傳動(dòng)、PLC、紡織和樓宇自動(dòng)化等。后兩個(gè)系列采用RS485通信標準，傳輸速率從9.6kbps到12Mbps，傳輸距離從1200M到l00m（與傳輸速率有關(guān)）。介質(zhì)存取控制
4、FCS對計算機控制系統的影響
傳統的計算機控制系統一般采用DCS結構。在DCS中，對現場(chǎng)信號需要進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的連接，并且I/O端子與PLC或自動(dòng)化儀表一起被放在控制柜中，而不是放在現場(chǎng)。這就需要鋪設大量的信號傳輸電纜，布線(xiàn)復雜，既費料又費時(shí)，信號容易衰減并容易被干擾，而且又不便維護。DCS一般由操作員站、控制站等組成，結構復雜，成本高。而且DCS不是開(kāi)放系統，互操作性差，難以實(shí)現數據共享。而基于PC的FCS則完全克服了這些缺點(diǎn)。
?。?）在FCS中，借助于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，所有的I/O模塊均放在工業(yè)現場(chǎng)，而且所有的信號通過(guò)分布式智能I/O模塊在現場(chǎng)被轉換成標準數字信號，只需一根電纜就可把所有的現場(chǎng)子站連接起來(lái)，進(jìn)而把現場(chǎng)信號非常簡(jiǎn)捷地傳送到控制室監控設備上，降低了成本，又便于安裝和維護，同時(shí)數字化的數據傳輸使系統具有很高的傳輸速度和很強的抗干擾能力。
?。?）FCS具有開(kāi)放性。在FCS中，軟件和硬件都遵從同樣的標準，互換性好，更新?lián)Q代容易。程序設計采用IEC1131-3五種國際標準編程語(yǔ)言，編程和開(kāi)發(fā)工具是完全開(kāi)放的，同時(shí)還可以利用PC豐富的軟硬件資源。
?。?）系統的效率大為提高。在FCS中，一臺PC可同時(shí)完成原來(lái)要用兩臺設備才能完成的PLC和NC/CNC任務(wù)。在多任務(wù)的Windows NT操作系統下，PC中的軟PLC可以同時(shí)執行多達十幾個(gè)PLC任務(wù)，既提高了效率，又降低了成本。且PC上的PLC具有在線(xiàn)調試和仿真功能，極大地改善了編程環(huán)境。
在FCS中，系統的基本結構為：工控機或商用PC、現場(chǎng)總線(xiàn)主站接口卡、現場(chǎng)總線(xiàn)輸入/輸出模塊、PLC或NC/CNC實(shí)時(shí)多任務(wù)控制軟件包、組態(tài)軟件和應用軟件。上位機的主要功能包括系統組態(tài)、數據庫組態(tài)、歷史庫組態(tài)、圖形組態(tài)、控制算法組態(tài)、數據報表組態(tài)、實(shí)時(shí)數據顯示、歷史數據顯示、圖形顯示、參數列表、數據打印輸出、數據輸入及參數修改、控制運算調節、報警處理、故障處理、通信控制和人機接口等各個(gè)方面，并真正實(shí)現控制集中、危險分散、數據共享、完全開(kāi)放的控制要求。
5 結束語(yǔ)
由前面的討論可以看出，FCS的技術(shù)關(guān)鍵是智能儀表技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。智能儀表不僅具有精度高、可自診斷等優(yōu)點(diǎn)，而且具有控制功能，必將取代傳統的4-20mA模擬儀表。連接現場(chǎng)智能儀表的現場(chǎng)總線(xiàn)是一種開(kāi)放式、數字化、多接點(diǎn)的雙向傳輸串行數據通路，它是計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)相結合的產(chǎn)物。結合PC豐富的軟硬件資源，既克服了傳統控制系統的缺點(diǎn)，又極大地提高了控制系統的靈活性和效率，形成了一種全新的控制系統，開(kāi)創(chuàng )了自動(dòng)控制的新紀元，成為自動(dòng)控制發(fā)展的必然
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