現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用摘要： 現(xiàn)場(chǎng)總線作為一種開放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系 統(tǒng)，近年來得到了迅猛的發(fā)展和應(yīng)用。 為此本文闡述了現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā) 展和多現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用。關(guān)鍵字： 現(xiàn)場(chǎng)總線 自動(dòng)化控制系統(tǒng)1 概述在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)急速發(fā)展的今天， 特別是考慮到現(xiàn)場(chǎng)總線 已經(jīng)普遍地滲透到自動(dòng)控制的各個(gè)領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)， 現(xiàn)場(chǎng)總線必將成為電 工自動(dòng)控制領(lǐng)域主要的發(fā)展方向之一。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一直是國際上各 大公司激烈競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域；并且國外大公司已經(jīng)在大力拓展中國市場(chǎng)，發(fā)展我國的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品已經(jīng)刻不容緩。 現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)自動(dòng)化技術(shù) 的影響意義深遠(yuǎn)。 當(dāng)今可以認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)總線是提高自動(dòng)化系統(tǒng)整體水平 的基礎(chǔ)技術(shù)

2、，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)影響重大。因此，要在自動(dòng)化領(lǐng)域中推廣應(yīng) 用和發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線是近年來自動(dòng)化領(lǐng)域中發(fā)展很快的互連通信網(wǎng)絡(luò)， 具有 協(xié)議簡(jiǎn)單開放、容錯(cuò)能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高、安全性好、成本低、適于頻 繁交換等特點(diǎn)。目前，國際上各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)總線有幾百種之多，統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。較著名的有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）、 HART現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN現(xiàn)場(chǎng)總線、LONWORKS場(chǎng)總線、PROFIBU現(xiàn)場(chǎng)總線、 MODBUSPHEOND公司的 INTERBUS AS- INTERFAC總線等。自動(dòng)化控制系統(tǒng)就是通信網(wǎng)絡(luò)把眾多的帶有通信接口的控制設(shè) 備、檢測(cè)元件、 執(zhí)行器件與主計(jì)算機(jī)連接起來，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化 管理

3、，實(shí)現(xiàn)集中數(shù)據(jù)處理、 集中監(jiān)控、集中分析和集中調(diào)度的新型生 產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。從目前國內(nèi)外自動(dòng)化控制系統(tǒng)所應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線來看，主要有PROFIBUSMODBUSLONWORKST、HART CAN等現(xiàn)場(chǎng)總線。以上系統(tǒng)基本上都是采用單一的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)， 即整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中只 采用一種現(xiàn)場(chǎng)總線，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造比較單一?，F(xiàn)場(chǎng)總線已不僅僅是一個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域或新技術(shù)問題， 在研究它的 同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)改變了我們的觀念；如何去看待現(xiàn)場(chǎng)總線，要 比研究它的技術(shù)細(xì)節(jié)更為重要。1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)一項(xiàng)權(quán)威報(bào)告聲稱現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用將使控制系統(tǒng)的成本下降67；巨大的商業(yè)利益直接導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)巨大的市場(chǎng)

4、， 并且促使傳統(tǒng) 市場(chǎng)萎縮，從而引發(fā)技術(shù)進(jìn)步。這些對(duì)于我們行業(yè)來說都很重要，因 為我們正處在新舊市場(chǎng)交替的關(guān)口。1.2. 現(xiàn)場(chǎng)總線是一場(chǎng)技術(shù)革命現(xiàn)場(chǎng)總線帶來了觀念的變化， 我們以往開發(fā)新產(chǎn)品， 往往只注意 產(chǎn)品本身的性能指標(biāo)， 對(duì)于新產(chǎn)品與其它相關(guān)產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)就考慮比較 少一點(diǎn)。 這樣對(duì)于電工行業(yè)這樣一個(gè)比較保守的行業(yè)來說， 新產(chǎn)品就 不那么容易地被用戶接收。 而現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品卻恰恰相反， 它是一個(gè)由 用戶利益驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)， 用戶對(duì)新產(chǎn)品應(yīng)用的積極性比生產(chǎn)商更高。 然 而，現(xiàn)場(chǎng)總線新產(chǎn)品的開發(fā)也與傳統(tǒng)產(chǎn)品不同； 它是從系統(tǒng)構(gòu)成的技 術(shù)角度來看問題， 它注重的是系統(tǒng)整體性能的提高， 不強(qiáng)求局部最優(yōu)，

5、而是整體的配合。 這種配合在主控計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行下能使控制系統(tǒng)應(yīng) 用新的理論來發(fā)揮最大的效能； 這一點(diǎn)是傳統(tǒng)產(chǎn)品很難做到的。 現(xiàn)場(chǎng) 總線的“負(fù)跨越 （指在技術(shù)水平提高的同時(shí)， 掌握和應(yīng)用這項(xiàng)新技術(shù) 的難度卻降低了）”的特性使它的推廣更加容易。2. 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展2.1 自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展過程2.1.150 多年前第一代過程控制體系是基于 513psi 的氣動(dòng)信 號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（氣動(dòng)控制系統(tǒng) PCS， Pneumatic Control System ）。簡(jiǎn)單的 就地操作模式，控制理論初步形成，尚未有控制室的概念。2.1.2 第二代過程控制體系（模擬式或ACS,Analog ControlSystem）是

6、基于010mA或4 20mA的電流模擬信號(hào)，這一明顯的進(jìn) 步，在整整 25 年內(nèi)牢牢地統(tǒng)治了整個(gè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。它表征了電氣 自動(dòng)控制時(shí)代的到來。 控制理論有了重大發(fā)展， 三大控制論的確立奠 定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)； 控制室的設(shè)立， 控制功能分離的模式一直沿用 至今。2.1.3 第三代過程控制體系 (CCS，Computer Control System).70 年代開始了數(shù)字計(jì)算機(jī)的應(yīng)用， 產(chǎn)生了巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)， 人們?cè)跍y(cè)量， 模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用，從而產(chǎn)生了第三代過程控制體系(CCS Computer Control System)。這個(gè)被稱為第三代過程控制體 系是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一次革命，

7、 它充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的特長(zhǎng)， 于是人 們普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)能做好一切事情， 自然而然地產(chǎn)生了被稱為“集中 控制”的中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 需要指出的是系統(tǒng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)依 然是大部分沿用4-20mA的模擬信號(hào)，但是時(shí)隔不久人們發(fā)現(xiàn)，隨著 控制的集中和可靠性方面的問題， 失控的危險(xiǎn)也集中了， 稍有不慎就 會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。所以它很快被發(fā)展成分布式控制系統(tǒng)( DCS)。2.1.4 第四代過程控制體系( DCS， Distributed Control System 分布式控制系統(tǒng))：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器的普 遍使用， 計(jì)算機(jī)技術(shù)可靠性的大幅度增加， 目前普遍使用的是第四代 過程控制體系

8、(DCS或分布式數(shù)字控制系統(tǒng))，它主要特點(diǎn)是整個(gè) 控制系統(tǒng)不再是僅僅具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)， 而是由幾臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些智能 儀表和智能部件構(gòu)成一個(gè)了控制系統(tǒng)。 于是分散控制成了最主要的特 征。除外另一個(gè)重要的發(fā)展是它們之間的信號(hào)傳遞也不僅僅依賴于 4 -20mA勺模擬信號(hào)，而逐漸地以數(shù)字信號(hào)來取代模擬信號(hào)。2.1.5 第五代過程控制體系（ FCS，F(xiàn)ieldbus Control System 現(xiàn) 場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）：FCS是從DCS發(fā)展而來，就象DCS從 CCS發(fā)展過 來一樣，有了質(zhì)的飛躍?！胺稚⒖刂啤卑l(fā)展到“現(xiàn)場(chǎng)控制”；數(shù)據(jù)的 傳輸采用“總線”方式。但是FCS與 DCS的真正的區(qū)別在于FCS有更 廣闊

9、的發(fā)展空間。2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線崛起的過程80 年代，微處理器及其相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得數(shù)據(jù)傳送環(huán) 節(jié)成為DCS發(fā)展的瓶頸。1982年，現(xiàn)場(chǎng)總線的概念首先在歐洲提出， 兩年后于 1984年各國開始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。1986年由 Rosemount提出的通訊協(xié)議 HART（Highway Addressable Remote Transducer,可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路），主要是在 4 20mA的DC 信號(hào)上疊加 FSK（ Frepuency Shift Keying, 頻率調(diào)制鍵控）數(shù)字信 號(hào)，結(jié)果取得了很好的效果，同時(shí) Interbus 等簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)總線也都 取得了成功。這樣DS

10、C的發(fā)展的重點(diǎn)落在了現(xiàn)場(chǎng)總線上， 開始了被稱 為第五代過程控制體系（ FCS， Fieldbus Control System 現(xiàn)場(chǎng)總線 控制系統(tǒng)）的時(shí)代。FCS是從DCS發(fā)展而來，有一個(gè)量變到質(zhì)變的過程。從表面上來 看，F(xiàn)CS與 DCS%別僅僅在于從“分散控制”發(fā)展到“現(xiàn)場(chǎng)控制”； 數(shù)據(jù)的傳輸從“點(diǎn)到點(diǎn)”采用“總線”方式。 其實(shí)不然， 當(dāng)時(shí)系統(tǒng)論 的觀點(diǎn)已被廣泛地接受， 人們開始以大系統(tǒng)的概念來看待整個(gè)過程控 制體系。系統(tǒng)的增大，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的通訊技術(shù)急劇發(fā)展；于是科技界充分認(rèn)識(shí)到在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展中起過重要作用的總線技術(shù)可以大 大地推進(jìn)控制系統(tǒng)的發(fā)展。整個(gè)控制系統(tǒng)就象是一臺(tái)巨大的“計(jì)算機(jī)”按

11、總線方式運(yùn)行，這樣資源的共享成了 FCS的主要發(fā)展空間，于 是現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)運(yùn)而生，并且以前所未有的激烈程度展開了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)基礎(chǔ)：現(xiàn)場(chǎng)總線以數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，在 3C 技術(shù)即計(jì)算機(jī)(Computer)、控制(Co ntrol )、通信(Commu nication)的基礎(chǔ)上， 大量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制的信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控 制功能從控制室移至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備， 一大批數(shù)字化、 智能化的高新技術(shù)產(chǎn) 品應(yīng)運(yùn)而生，自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)以嶄新的面貌呈現(xiàn)在廣大用戶面 前。一般認(rèn)為“現(xiàn)場(chǎng)總線是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)， 是用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工業(yè)總線。按照國際電

12、工委員會(huì) IEC61158 的標(biāo)準(zhǔn)定義：“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制 室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、 串行、 多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為 現(xiàn)場(chǎng)總線。從現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS Fieldbus Control System)的角度 來看，它的通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將是ISO的通訊模型的七層結(jié)構(gòu)(一般簡(jiǎn)化 為三層，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層)。2.4 各種現(xiàn)場(chǎng)總線與標(biāo)準(zhǔn)2.4.1 IEC 1984 年提出現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)的草案。 1993 年才通 過了物理層的標(biāo)準(zhǔn) IEC11582。2.4.2 SP50 IEC/ISA SP50 國際總線規(guī)范由 Honeywell 等公司共 同開發(fā)。1984 年美

13、國儀表協(xié)會(huì) ISA( Instrument Society of America) 下屬的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施( Standard and Practice )第 50 組，簡(jiǎn)稱 ISA/SP50 開始制定現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，1992年IEC批準(zhǔn)了 SP50的物理層標(biāo)準(zhǔn)。2.4.3 Profibus, 過程現(xiàn)場(chǎng)總線， 1987年德國聯(lián)邦科技部集中了Siemens等13家公司的5個(gè)研究所成立了一個(gè)專門委員會(huì)開始制定Profibus。1991年4月完成了制定工作，在 DIN19245中發(fā)表，對(duì)其 進(jìn)行了論述從而正式為德國現(xiàn)場(chǎng)總線的國家標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在是歐洲標(biāo)準(zhǔn) pr ENS50170的三個(gè)組成部分之一。被工業(yè)界稱為“德國

14、派”。2.4.4 ISP 和 ISPF 1992 年 由 Siemens,Foxboro,Rosemount,Fisher,Yokogawa,ABB 等公司成立 ISP 組織( Interoperable System Project, 可互操作系統(tǒng)規(guī)劃)，是一 個(gè)以 Profibus 為基礎(chǔ)制定的現(xiàn)場(chǎng)總線， 1993 年成立 ISPF(ISP Foundation,ISP 基金會(huì))。2.4.5 World FIP 工 廠 儀 表 世 界 協(xié) 議 ，1993 年 由Honeywell,Bailey 等公司牽頭成立 FI P (Facto ry InstrumentationProtocol )

15、， 120 家公司加盟，以法國標(biāo)準(zhǔn) 46602/603/604/606 為 基礎(chǔ)制定. 該標(biāo)準(zhǔn)與德國的 Profibus 同時(shí)在歐洲投票通過為歐洲標(biāo) 準(zhǔn) pr EN50170, 成為三個(gè)組成部分之一。被工業(yè)界稱為“法國派”。2.4.6 FF （Fielbdus Foundation, 現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)） 1994 年 6 月ISPF和World FIP握手言和成立了 FF,總部設(shè)在美國Texas州的 Austin ，有會(huì)員 120 家，它是一個(gè)非商業(yè)化的公正的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 和協(xié)會(huì)組織，無專利許可要求，供任何人使用（ World FIP 的歐洲部 分在1995年3月才參加）。低速總線H1已進(jìn)入實(shí)

16、用階段。FF發(fā)展 的主要障礙來自 Profibus 的商業(yè)利益。2.5 幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線2.5.1 CAN 由德國 Robert Basch 以及幾個(gè)集成電路制造商一起開發(fā)，最初是專門為汽車工業(yè)設(shè)計(jì)，后來推廣到各個(gè)領(lǐng)域 . 目前已由 ISO/TC22技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)為 ISO11898 （通信速率小于 IMbpS和 £011519（通信速率小于等于125kbps）。CAN是現(xiàn)場(chǎng)總線中唯一被 批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。 值得注意的是一些微處理器的生產(chǎn)商也 在微處理器芯片中附加CAN的接口，并且成為一種潮流。而其他現(xiàn)場(chǎng) 總線的協(xié)議芯片基本上是以專用的芯片來供應(yīng)，這樣CAN在低成本方面優(yōu)

17、勢(shì)明顯，此外CAN技術(shù)在抗干擾技術(shù)方面頗有特色。2.5.2 L0N works （ Local 0peration Network ）局部操作網(wǎng)絡(luò)； 1991 年 3 月由美國的 Echelon 公司推出，是一種“智能網(wǎng)”，核心 技術(shù)是節(jié)點(diǎn)由神經(jīng)元芯片（含三個(gè) CPU構(gòu)成，帶有OSI的七層網(wǎng)模 型，適應(yīng)面最廣，開發(fā)工具約 10 30 萬，價(jià)格較貴。據(jù)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的 40用于工業(yè)控制， 30用于樓宇自動(dòng)化。2.5.3 Hart 和HCF 1986年由Rosemount提出的通訊協(xié)議 HART （Highway Addressable Remote Transducer, 可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù) 通路）

18、，主要是在 420mA的DC言號(hào)上疊加FSK（Frequency Shift Keying ,頻率調(diào)制鍵控）數(shù)字信號(hào)，是現(xiàn)場(chǎng)總線的過渡性協(xié)議，它對(duì) 于現(xiàn)場(chǎng)總線的形成有重大影響，但是在電器行中發(fā)展的可能性很小。2.5.4 一些可能對(duì)電器行業(yè)產(chǎn)生影響的低層次的現(xiàn)場(chǎng)總線：如：Bitbus,Interbus,AS Interface,DEVICE Net,VXL 等等。3. 多現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)目前，在一些工程中通常的做法是在某種現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)上開發(fā) 能連接其他公司現(xiàn)場(chǎng)總線的接口產(chǎn)品。 由于現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)尚未建 立，多種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線枚不勝數(shù)， 需要開發(fā)大量的接口產(chǎn)品才能滿 足不同工程需要。 如果僅以 F

19、F、CAN、LONWOR、KPSROFIBUSDP、MODBUS 五種著名現(xiàn)場(chǎng)總線為例， 要使它們中任意兩種不同現(xiàn)場(chǎng)總線能統(tǒng)一于 一個(gè)智能化配電系統(tǒng)中， 僅是協(xié)議轉(zhuǎn)換器這種接口產(chǎn)品就要有二十種 之多，如果一個(gè)系統(tǒng)中有三種或三種以上不同現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品， 那麻煩 則更大。不少企業(yè)， 包括一些國際上的大公司為了解決來自不同廠家 的產(chǎn)品兼容性問題，都投入了巨大的精力和財(cái)力，但成效甚微。隨著自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，帶有通信接口的產(chǎn)品應(yīng)用 量越來越大，而且隨著用戶對(duì)智能化控制系統(tǒng)可靠性和靈活性的更高 要求，加上各現(xiàn)場(chǎng)總線本身的特點(diǎn)以及相關(guān)的產(chǎn)品品種繁多， 因此在 智能化配電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中， 采用一種現(xiàn)場(chǎng)

20、總線總線的智能化產(chǎn)品往 往不能滿足應(yīng)用的全面要求， 多現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品共存于一個(gè)智能化控制 系統(tǒng)已成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題。由于多現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中不同類型的產(chǎn)品均配專用的通信協(xié)議， 有 的廠家還專門為自己的產(chǎn)品開發(fā)了專用的通信卡、 通信控制器等專用 設(shè)備，因此，整個(gè)系統(tǒng)中的產(chǎn)品由于通信協(xié)議不同無法直接和主控單 元進(jìn)行通信，這嚴(yán)重防礙智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)智能設(shè)備的選 擇。對(duì)應(yīng)用而言 , 如果在一個(gè)智能化控制系統(tǒng)中每一種智能化產(chǎn)品均 選擇其專用的通信卡或通信控制器， 一個(gè)智能化控制系統(tǒng)將變得支離 破碎，組態(tài)性和靈活性均較差，使得系統(tǒng)的性能價(jià)格比不高，而且在 系統(tǒng)進(jìn)行改造或升級(jí)時(shí)，將要花費(fèi)用戶更多的時(shí)間和

21、費(fèi)用。因此，多 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在一個(gè)智能化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用已成為一個(gè)重要的研 究課題。對(duì)于智能化自動(dòng)化控制領(lǐng)域來說，它的現(xiàn)場(chǎng)總線有一定的特殊 性。同時(shí)它又不能完全脫離上層現(xiàn)場(chǎng)總線。 對(duì)于智能化控制系統(tǒng)的現(xiàn) 場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，特別是過程自動(dòng)化系統(tǒng)將不得不面對(duì)幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線其原 因是：3.1 實(shí)際上過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)和高中壓電網(wǎng)控制系統(tǒng)存在各種 不同的現(xiàn)場(chǎng)總線。3.2 建筑自動(dòng)化系統(tǒng)在推廣 Lonworks 現(xiàn)場(chǎng)總線，用于智能大廈。3.3FF 有國家的大力支持，也許是重要的發(fā)展方向。3.4CAN的價(jià)格優(yōu)勢(shì)對(duì)低壓電器有很大的吸引力。3.5Profibus 已經(jīng)有了不少應(yīng)用。這是一個(gè)需要認(rèn)真考慮的現(xiàn)實(shí)。智能化召

22、開系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)是個(gè)多層次的網(wǎng)絡(luò) , IEC62026 本 身就包含各種現(xiàn)場(chǎng)總線。 IEC62026 明確表示了高層的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò) 由IEC/SC65C考慮。FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的一個(gè)重要的發(fā)展方向 是多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； 向下連接低層次的現(xiàn)場(chǎng)總線， 智能化控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)需要多層次的網(wǎng)絡(luò)。 而智能設(shè)備需要非常靈活地與各種 總線、控制對(duì)象等的配合控制和交換信息。 實(shí)現(xiàn)各種總線相互間的轉(zhuǎn) 換也是解決現(xiàn)場(chǎng)總線之爭(zhēng)的途徑之一。目前，在一些工程設(shè)計(jì)中通常的做法是在某種現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)上 開發(fā)能連接其他公司現(xiàn)場(chǎng)總線的接口產(chǎn)品。 由于現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)尚 未建立，多種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線枚不勝數(shù)， 需要開發(fā)

23、大量的接口產(chǎn)品才 能滿足不同工程需要。 如果僅以 FF、CAN、LONWOR、KSPROFIBUSDP、 MODBU五種著名現(xiàn)場(chǎng)總線為例，要使它們中任意兩種不同現(xiàn)場(chǎng)總線 能統(tǒng)一于一個(gè)智能化配電系統(tǒng)中， 僅是協(xié)議轉(zhuǎn)換器這種接口產(chǎn)品就要有二十種之多，如果一個(gè)系統(tǒng)中有三種或三種以上不同現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn) 品，其技術(shù)復(fù)雜程度和管理、維護(hù)、擴(kuò)展等因素都是影響現(xiàn)場(chǎng)總線在 智能化控制系統(tǒng)中推廣應(yīng)用， 國際上的個(gè)大公司為了解決來自不同廠 家的產(chǎn)品兼容性問題，都投入了巨大的精力和財(cái)力，但成效甚微。針對(duì)上述在智能化控制系統(tǒng)開發(fā)中遇到的實(shí)際問題， 在工程中的 解決方案是做一個(gè)統(tǒng)一而簡(jiǎn)單的子網(wǎng)： 一個(gè)簡(jiǎn)單的子網(wǎng)可能解決自動(dòng)

24、化控制系統(tǒng)的大部分控制問題。 各智能化設(shè)備的各種現(xiàn)場(chǎng)總線接口的 配合可以通過相應(yīng)的協(xié)議芯片來解決。 統(tǒng)一的子網(wǎng)可能使整個(gè)行業(yè)的 開發(fā)成本最低， 開發(fā)速度最快。 為此提出了通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制 器這種全面的解決方案， 通過硬件和軟件的方法共同對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議 進(jìn)行處理， 解決智能化控制系統(tǒng)中多現(xiàn)場(chǎng)總線的兼容性問題， 其目的 是為了能將不同現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品和諧地融入一個(gè)系統(tǒng)中， 充分發(fā)揮不 同產(chǎn)品的長(zhǎng)處，為那些希望使用不同廠家優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的用戶提供更大的 靈活性。通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的通用通信管理設(shè)備， 由它 把各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連成網(wǎng)絡(luò)，并負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上位機(jī)之間的信息傳 遞。由于其是通用性的，

25、只需通過相應(yīng)的CPU及接口電路和軟件就可 以完成多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換， 實(shí)現(xiàn)與不同廠家的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通 信。4. 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器是采用模塊化結(jié)構(gòu)和多CPU工作方式來設(shè)計(jì)的， 因?yàn)槟K化的結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力， 為系 統(tǒng)將來的升級(jí)換代帶來便利。通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器主要由底板和插卡組成， 其中底板帶 有電源以及擴(kuò)展槽、 固定支架、系統(tǒng)總線、信號(hào)線構(gòu)成。 插卡分三種， 分別為主控板、協(xié)議板、接口板，其中主控板和協(xié)議板帶CPU主控板負(fù)責(zé)管理整個(gè)系統(tǒng)以及與上位機(jī)的通信， 通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制 器通過RS232接口與上位機(jī)連接，主控板通過它與上位機(jī)進(jìn)行信息交

26、換，主要包括：管理系統(tǒng)總線，給協(xié)議板和接口板分配系統(tǒng)資源，與 協(xié)議板進(jìn)行信息交換， 對(duì)來自協(xié)議板的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 等待上位機(jī)提 取。協(xié)議板是通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器的關(guān)鍵部分， 所有與現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備的通信都由它完成。 協(xié)議板可以提供多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議， 一般一塊 協(xié)議板只能進(jìn)行一種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的通信。接口板從屬于某一協(xié)議 板，為協(xié)議板提供通信接口。用戶可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，接口 種類有RS232 RS422 RS485等。通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器與上位 機(jī)以及與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信都采用串行方式， 而通信控制器內(nèi)部各插卡 之間通過系統(tǒng)總線來完成。其中主控板與各協(xié)議板的通信采用主從 式。主控板通過系統(tǒng)總線分別與協(xié)議板進(jìn)行通信， 各協(xié)議板之間不能 進(jìn)行通信。通信過程如下： 主控板在系統(tǒng)總線上， 通過廣播方式發(fā)送協(xié)議板 號(hào)來呼叫與之通信的協(xié)議板， 每塊協(xié)議板上有協(xié)議板號(hào)識(shí)別電路， 只 有與發(fā)送的協(xié)議板號(hào)相符的協(xié)議板才響應(yīng)主控板， 從而實(shí)現(xiàn)主控板與 協(xié)議板的通信。當(dāng)用戶增加新的協(xié)議設(shè)備時(shí)，不必改動(dòng)硬件，只需在 增加的新的協(xié)議板上設(shè)置好協(xié)議板號(hào)， 并在上位機(jī)的組態(tài)中添加相應(yīng) 的系統(tǒng)信息存入計(jì)算機(jī)即可。 協(xié)議板和接口之間的信息傳遞通過系統(tǒng) 中的局部總線來完成。5. 智能化配電系統(tǒng)智能化配電系統(tǒng)由配各種智能化開關(guān)柜的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng) 兩部分組成。 硬件包括各種智