工業(yè)控制的現(xiàn)場總線技術(shù)

1、安全技術(shù)工業(yè)控制的現(xiàn)場總線技術(shù)標準與非標準現(xiàn)場總線 市場上消失了三十多種牌號的現(xiàn)場總線及其系統(tǒng)，并且都稱是真正的現(xiàn)場總線，可應(yīng)用于各種領(lǐng)域。實際上，市場上的現(xiàn)場總線應(yīng)分為標準和非標準兩種。 1.標準現(xiàn)場總線是符合IEC(國際電工技術(shù)委員會)現(xiàn)場總線協(xié)議模型框架，具有近似標準數(shù)字信號制的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，這些主要有IEC61158、FF(基金會現(xiàn)場總線)、LonWorks、Pro-tibus、WorldFIP現(xiàn)場總線。適用于過程掌握、制造自動化和樓宇自動化等。 2.非標準現(xiàn)場總線，其余的現(xiàn)場總線都可看作是非標準現(xiàn)場總線，它們大多具有專用標準，適于專用領(lǐng)域。不會向國際標準靠攏。 FCS與DCS 基于F

2、F的FCS(現(xiàn)場總線掌握系統(tǒng))將取代傳統(tǒng)DCS(分布式掌握系統(tǒng))成為掌握系統(tǒng)主角。下面就幾個主要方面進行對比。 1.數(shù)字化 1)FCS：全數(shù)字化，純數(shù)的通信使過程掌握具有更高的牢靠性。在FCS中，從傳感器、變送器到調(diào)整器，始終是數(shù)字信號，這就使得更簡單、更精確的信號處理得以實現(xiàn)。一般的噪音很難扭曲現(xiàn)場總線掌握系統(tǒng)里的數(shù)字信號。數(shù)字通信的查錯功能可檢出傳輸中的誤碼。 2)DCS：半數(shù)字化，在傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)里，溫度和壓力變送器須將它們測到的原始數(shù)字信號在送入DCS前轉(zhuǎn)換成4-20mA模擬信號，在模擬系統(tǒng)中，噪音及其他信號扭曲無法被檢測。 2.可互操作性：采納具有可互操作性和現(xiàn)場總線系統(tǒng)，用戶可以在

3、性能、價格、質(zhì)量和售后服務(wù)等因素基礎(chǔ)上，選擇最好的硬件產(chǎn)品，并省時省力地將它們集成為一體。 1)現(xiàn)場總線自動化設(shè)備的可互操作性主要是通過對功能模塊及其參數(shù)的標準化而實現(xiàn)，具有極好的可互操作性。 2)大多數(shù)用于DCS和智能型變送器間的通信協(xié)議是DCS制造商獨家采納的專用封閉系統(tǒng)。 3.分散性 1)FCS：采納的是完全分散式體系，它的掌握全部分散到現(xiàn)場，掌握回路由現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)。 2)DCS：采納一個或多個掌握單元對多回路進行掌握，其掌握部分分散到一些掌握板上，每個掌握板上又有多個回路的半分散式體系。 4.牢靠性、可維護性和經(jīng)濟性 現(xiàn)場總線掌握系統(tǒng)采納數(shù)字總線式通信線路代替?zhèn)鹘y(tǒng)DCS中一對一的I/O

4、連線，對于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說，削減了由連線帶來的不行靠，同時降低了布線成本，與傳統(tǒng)DCS技術(shù)相比，可節(jié)約電纜、調(diào)試、維護成本40%以上。 5.現(xiàn)場總線已經(jīng)進展成為可以取代DCS的新型的FCS掌握系統(tǒng)。DCS與FCS并存是可能的，但DCS并不適合與現(xiàn)場總線集成。假如現(xiàn)場總線連接到DCS上，它的大多數(shù)優(yōu)勢便無法發(fā)揮出來。由于分布在現(xiàn)場設(shè)備中的功能塊組態(tài)、狀態(tài)、診斷、校驗、設(shè)備自身信息以及來自現(xiàn)設(shè)備的管理信息等均無法完全映射到DCS中。 EIC(電氣傳動、儀表、計算機)一體化 在由現(xiàn)場總線構(gòu)成的掌握系統(tǒng)FCS中，儀表已進展成為具有綜合功能的智能儀表，也就是具有過去實現(xiàn)儀表掌握的DCS的功能。現(xiàn)場掌

5、握器實際上是過去PLC功能的分散，它代替了用于電氣傳動掌握的PLC。從以上兩點不難看出，現(xiàn)場總線掌握系統(tǒng)FCS，正是一個實現(xiàn)電氣傳動掌握、儀表掌握和計算機掌握一體化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而這種結(jié)構(gòu)恰恰是鋼鐵工業(yè)自動化用的較多而又急需的掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 現(xiàn)場總線進展狀況 目前，較為流行的現(xiàn)場總線有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART(過渡協(xié)議)等，這些現(xiàn)場總線和過渡協(xié)議在我國(主要是北京)都有了代表處或掛靠單位，并且大多數(shù)都有不同程度的開發(fā)和應(yīng)用。其中FF和HART列入九五攻關(guān)項目，參與現(xiàn)場總線智能儀表的討論開發(fā)單位主要有：西安儀表集團、上海工業(yè)自動化儀表討論所、重慶

6、工業(yè)自動化儀表討論所、上海自動化儀表股份公司、重慶川儀集團、北京華控技術(shù)公司等，特地攻克HART協(xié)議和FF協(xié)議通信軟硬件技術(shù)難關(guān)。 1.開發(fā)的產(chǎn)品主要有： 1)HART變送器(包括智能溫度變送器、智能壓力變送器、智能流量變送器); 2)HART智能電動執(zhí)行機構(gòu); 3)HART網(wǎng)橋; 4)現(xiàn)場設(shè)備管理系統(tǒng)軟件; 5)FF現(xiàn)場總線和CAN總線園卡、接口等 HART的攻關(guān)任務(wù)已基本完成，今年就可驗收。FF的攻關(guān)明年上半年可完成并驗收。 目前，較流行的現(xiàn)場總線中，F(xiàn)F、Profibus、LonWorks、CANHART協(xié)議書籍報刊上介紹的比較多，其中HART和LonWorks在我國開發(fā)和應(yīng)用較多。下面

7、只簡潔介紹一下WorldFIP的狀況。 2.WorldFIP:WorldFIP現(xiàn)場總線不論高速還是低速，只有一套通信協(xié)議，可以不需要任何網(wǎng)橋或網(wǎng)關(guān)，低速與高速的連接只用軟件完成。 WorldFIP組織認為，它的生產(chǎn)者/使用者(Producer/Consumer)模式和總線仲裁器(BUSAr-biter)的調(diào)度方式特殊適合工業(yè)過程掌握的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。它的許多優(yōu)點都與此有關(guān)。FF與IEC標準草案都采納了這種通信模式，只是名稱不同。FF稱為發(fā)布方/接收方(Publi-sher/Subscriber)與鏈接調(diào)度器(LAS)，實際方式與WorldFIP基本全都。這也說明白為什么WorldFIP支持IEC標準，由于他們向IEC靠攏在技術(shù)上是比較簡單的。 目