現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制在ABBDCS中的運(yùn)用

1、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制在ABB DCS中的應(yīng)用來源：華強(qiáng)-解決方案 發(fā)布時(shí)間：2010-11-15 09:42 評(píng)論：0條 閱讀：38次 窗體頂端窗體底端abb dcs是瑞士asea brown boveri公司（簡(jiǎn)稱abb公司）設(shè)計(jì)開發(fā)的集散控制系統(tǒng),它適用圍廣泛，既可應(yīng)用于離散制造業(yè)，如:機(jī)床、汽車、飛機(jī)制造等工業(yè),更可應(yīng)用于大中小型連續(xù)性生產(chǎn)的流程工業(yè)，如:石油、化工、火電機(jī)組、煉鋼、建材等工業(yè)。abb dcs系統(tǒng)從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)，通信都采用國際標(biāo)準(zhǔn)。abb dcs的軟件編程語言ampl（asea master piece language）是控制系統(tǒng)的一種編程模式,本文介紹abb dcs

2、的體系結(jié)構(gòu)與其現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。2 abb dcs分布式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)abb dcs集散控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的微處理器（33mhz的motorola 68020和33mhz的intel80386、80486芯片）、crt圖形顯示技術(shù)、高速安全通信技術(shù)和現(xiàn)代控制理論,形成了以現(xiàn)場(chǎng)控制站（mp200、ac410、ac450系列和本地、遠(yuǎn)程i/o系列）、操作員站（as500 系列）、工程師站（master aid系列）、信息管理系統(tǒng)站（advant station系列）、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接口站（master gate 系列）、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（master bus系列）和其它計(jì)算機(jī)通信設(shè)備為基礎(chǔ)的,物理位

3、置分散、系統(tǒng)功能分散、控制功能分散以與操作顯示管理集中的過程控制、過程決策管理的大型智能網(wǎng)絡(luò)。abb dcs的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分三層:（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示）。圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖3 信息管理網(wǎng)絡(luò)層可下聯(lián)9個(gè)控制網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)由類型為mb300的總線組成,總線傳輸速率達(dá)10mbps。4 控制網(wǎng)絡(luò)層控制網(wǎng)絡(luò)層由9個(gè)類型為mb300的總線組成。一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)可包括99個(gè)站（包括在局部控制網(wǎng)絡(luò)中的站）。在控制網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)mp200/1或ac450站都可下聯(lián)一個(gè)局部控制網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)局部控制網(wǎng)絡(luò)可包括9個(gè)類型為mb300的總線。mb300是一個(gè)高性能、串行、同步、半雙工的大數(shù)據(jù)量高速總線。它采用ieee 802.2邏輯鏈

4、路控制（llc）協(xié)議和ieee 802.3帶沖突檢測(cè)的載波幀聽多路存?。╟sma/cd）的介質(zhì)存取控制（mac）協(xié)議,屬于ethernet型局域網(wǎng),總線可帶載45個(gè)節(jié)點(diǎn)。在不使用中繼器時(shí),最大通訊節(jié)點(diǎn)距離為500m;使用3個(gè)同軸段、4個(gè)中繼器和2個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路時(shí)最大通訊節(jié)點(diǎn)距離為2500m,總線傳輸速率為10mbps。mb300通過每一個(gè)結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)上位機(jī)的聯(lián)接以與與mp200等plc系統(tǒng)的通信。它一般遵循543規(guī)則，即由5段組成，4個(gè)中繼器（repeater）聯(lián)接，其中3段可以掛接設(shè)備，必須注意的是，只有在電纜的標(biāo)記處方可通過收發(fā)器（tranceiver）掛接設(shè)備，不同的設(shè)備聯(lián)結(jié)又采用不同的聯(lián)結(jié)

5、電纜，如到pu510操作站用tk526電纜，而到控制站則選用tk576電纜。tranceiver 只能安裝在主干電纜段上的2.5米標(biāo)志處，在兩個(gè)線接頭間同軸電纜段上的tranceiver 間距應(yīng)為25米的整數(shù)倍，其聯(lián)接方式如圖2所示:圖2 mb300網(wǎng)絡(luò)連接圖t1、t2為終端電阻，其中只要一端接地，終端電阻為50歐姆，mb300總線為同軸電纜，具體又分為粗纜、細(xì)纜和光纜，作用各不一樣，敷設(shè)同軸電纜時(shí)，需注意與其它信號(hào)電纜的隔離，如距離信號(hào)電纜30cm以外，距離380v低壓電纜50cm以外，距離高壓電纜5m以外。mb300總線選用cs513接口卡，上面的3個(gè)s1、s2、s3分別用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)號(hào)、節(jié)點(diǎn)

6、號(hào)、協(xié)議號(hào)的設(shè)置，其中的s1低四位用于設(shè)置主/從站的選擇，高四位用于設(shè)置協(xié)議號(hào)，s2用于設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(hào)，s3用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)號(hào)。當(dāng)需要修改或通過故障信息找出故障原因，可以進(jìn)入工程師站進(jìn)行數(shù)據(jù)修改或通過故障代碼知道m(xù)b300總線的故障所在。了解影響mb300的通訊因素，針對(duì)這些因素逐一分析。5 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)層5.1 mfb（master field bus）總線mfb總線屬于現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)總線，它聯(lián)系于mp200、mp90、s400i/o、opc（小型控制站）與傳動(dòng)系統(tǒng)之間。 mfb通訊總線采用同軸電纜、雙絞線，它聯(lián)接ci520/ci525/ci526通訊接口模塊與dstc452 modem ，每根雙絞線線

7、端必須隔離開，其中一個(gè)端頭的屏蔽層必須接地，mfb的通訊速率為375kb/s，其電阻為75歐姆，其硬件配置圖如圖3所示。mfb的相關(guān)系統(tǒng)信息從工程師站獲得，大體順序?yàn)闀r(shí)間、信息型號(hào)、代碼、任務(wù)號(hào)、順序號(hào)、數(shù)據(jù)，主要它表現(xiàn)有以下幾種狀態(tài)。代碼20 :cpu通信接口接觸丟失代碼21 :fatal硬件故障代碼39 :device/station ok代碼72 :device/station 地址ok代碼120 :過程故障代碼-1 :執(zhí)行錯(cuò)誤代碼-4 :系統(tǒng)錯(cuò)誤代碼-5 :小系統(tǒng)站點(diǎn)錯(cuò)誤代碼-6 :通訊故障代碼-9 :災(zāi)難性總線故障代碼-10 :冗余電纜中斷圖3 硬件配置圖5.2 af100（adva

8、nt field）/mb90（master bus）總線af100/mb90的目的是提供在多個(gè)apc站點(diǎn)之間或在apc站點(diǎn)與abb工業(yè)系統(tǒng)設(shè)備之間的通訊，mb90支持兩個(gè)不同類型的通訊、數(shù)據(jù)處理和信息發(fā)送，數(shù)據(jù)集是動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，用來監(jiān)視和控制某個(gè)處理過程，這個(gè)過程是服務(wù)信息用作參數(shù)化法，程序安裝、診斷。af100/mb90是一個(gè)高性能的區(qū)域總線，能夠最多連接79個(gè)apc站點(diǎn)。mb90最長可達(dá)300米，而如果裝備了適當(dāng)?shù)男盘?hào)電纜和信號(hào)中繼器，并且在單個(gè)傳動(dòng)設(shè)備之間長距離的配置是可用的，最長可達(dá)2000米?？偩€的技術(shù)特點(diǎn)（1） 通訊速率1.5mbit/s（2） 衰減總線長度300m，增殖延遲<

9、2000m（3） 電報(bào)長度2,4,6,8，32字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)（4） 識(shí)別編碼（電報(bào)編碼）圍4000（5） 周期時(shí)間2,4,8,16,32,64,1282048或4096msaf100/mb90依靠一個(gè)集中的總線管理器，總線管理器功能是比較復(fù)雜的，要求也較多，例如:apc站點(diǎn)不能用作總線管理器，它們不包含總線管理器的功能。為使通過af100/mb90的apc之間的如何通訊變?yōu)榭赡?，每個(gè)解決方案（獨(dú)立和嵌入）都可用來安排af100/mb90的總線主機(jī)，當(dāng)apc開始執(zhí)行它們的應(yīng)用程序，總線主機(jī)必須是可操作的，否則，當(dāng)本地配置的數(shù)據(jù)集在規(guī)定時(shí)間限制沒有被總線管理器確認(rèn)，在apc支的數(shù)據(jù)集功能塊將進(jìn)入錯(cuò)

10、誤狀態(tài)。，如果系統(tǒng)只有apc站點(diǎn)，沒有masterpiece與mb90或ac450與af100相連，應(yīng)安裝一個(gè)獨(dú)立的總線管理器。abb dcs與傳動(dòng)系統(tǒng)（如acv700dcv700）的通訊是依靠圖4所示drrtra（drive transmit）元素和drrec（drive reciver）元素來實(shí)現(xiàn)的。圖4 通訊元素drrtra（drive transmit）元素用來傳給abb傳動(dòng)控制器給定的數(shù)據(jù)集和選擇傳動(dòng)信號(hào)的控制字和命令字信號(hào)的定義在應(yīng)用傳動(dòng)軟件說明給出。drrtr元素能產(chǎn)生由傳動(dòng)通訊協(xié)議支持的周期信息的不同類型，發(fā)送信號(hào)的目的地由傳動(dòng)信號(hào)選擇，drrtr元素也可以寫參數(shù)，在正常階段，

11、drrtr的過載可以被檢測(cè)出來。drrec（drive reciver）元素用來接收來自abb傳動(dòng)控制器的信號(hào)和控制字值這些信號(hào)的定義在應(yīng)用傳動(dòng)軟件說明給出。drrec元素只是用傳動(dòng)連接協(xié)議支持的周期信息，接收數(shù)據(jù)源是通過元素輸入?yún)?shù)確定傳動(dòng)信號(hào)和信號(hào)索引來選擇的。drrec元素也能夠訪問參數(shù)，當(dāng)配置階段drrec的過載可以被檢測(cè)到。6 結(jié)束語信息站、操作員站、mb300總線、af100（mb90）總線與控制站的相互聯(lián)接，則具體形成了的abb網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，工作穩(wěn)定可靠，大大減少了原控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)布線，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，值得推廣應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的

12、典型應(yīng)用 2010-5-20 18:56:41 (閱467次)所屬頻道: 關(guān)鍵詞: 摘 要 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)正朝著分散化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。變電站的環(huán)境特殊，需要一種可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、容易操作的通信網(wǎng)將上層的管理網(wǎng)和前端的測(cè)控網(wǎng)連接起來。主要用于低層設(shè)備通信的現(xiàn)場(chǎng)總線完全可以適用于這種場(chǎng)合。運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的串行通信，不僅能從根本上改善變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的性能，而且使系統(tǒng)可靠、靈活、易于擴(kuò)展。文中介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線概念、特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)總線在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的優(yōu)越性以與幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線的介紹。關(guān)鍵詞 變電站自動(dòng)化 現(xiàn)場(chǎng)總線 FCS DCS 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) IED設(shè)備 高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)0 引言變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

13、是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?？v觀變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的歷程，大致可分為三個(gè)階段: 90年代初期開始出現(xiàn)“集中式”結(jié)構(gòu)的變電站自動(dòng)化產(chǎn)品; 90年代中期“分層分布式”系統(tǒng)走向市場(chǎng); 目前則是“分散分布式”系統(tǒng)的天下13 。但是目前無論是國還是國外的分散分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，其各部件之間絕大部分采用串行通信方式（RS232, RS485, RS422總線等）4 。串行通信傳輸速率慢，易受干擾，通信距離受限制而且通信方式不靈活，故無法滿足大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆，F(xiàn)場(chǎng)總線既是一個(gè)開放的通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布的控制系統(tǒng)，它作為智能設(shè)備（IED）的聯(lián)系紐帶，把掛在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)

14、點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化與控管一體化的綜合自動(dòng)化功能5 。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)方式，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來解決變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信問題已成為發(fā)展的趨勢(shì)。1 現(xiàn)場(chǎng)總線的概念現(xiàn)場(chǎng)總線 (Fieldbus)是 80年代末、 90年代初國際上發(fā)展形成的 ,用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) ,溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)與控制設(shè)備之間與其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò) ,而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為

15、主要容的綜合技術(shù) ,已經(jīng)受到世界圍的關(guān)注 ,成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) ,并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。電力系統(tǒng)作為歷來自動(dòng)化程度最高的生產(chǎn)部門當(dāng)然的成為了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的前沿陣地，尤其是在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛和深入。國際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層 ,作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò) ,要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn) ; 具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求 ; 還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定 ,多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn) ,現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù) ,都

16、具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。一般把現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng) ,也稱作FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。人們一般把 50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代 ,把 4 20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代 ,把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代 ,而把 70年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng) ,一方面 ,突破了DSC系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限 ,采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案 ,克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷; 另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu),變成了新型全分布式結(jié)構(gòu),把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)?？梢哉f ,開放性、分

17、散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征。2 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)a、系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開,各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換,現(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性,強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開放系統(tǒng),它可以與任何遵守一樣標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的,開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。b、互可操作性與互用性,這里的互可操作性,是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通,可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn),一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的

18、數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。c、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成,僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能,并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。d、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能,使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高了可靠性。e、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端,作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線,是專為在現(xiàn)串行通信傳輸速率慢，易受干擾，通信距離受限制而且通信方式不

19、靈活，故無法滿足大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆，F(xiàn)場(chǎng)總線既是一個(gè)開放的通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布的控制系統(tǒng)，它作為智能設(shè)備（IED）的聯(lián)系紐帶，把掛在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化與控管一體化的綜合自動(dòng)化功能5 。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)方式，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來解決變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信問題已成為發(fā)展的趨勢(shì)。1 現(xiàn)場(chǎng)總線的概念現(xiàn)場(chǎng)總線 (Fieldbus)是 80年代末、 90年代初國際上發(fā)展形成的 ,用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) ,溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)與

20、控制設(shè)備之間與其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò) ,而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要容的綜合技術(shù) ,已經(jīng)受到世界圍的關(guān)注 ,成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) ,并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。電力系統(tǒng)作為歷來自動(dòng)化程度最高的生產(chǎn)部門當(dāng)然的成為了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的前沿陣地，尤其是在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛和深入。國際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)。現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層 ,作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò) ,要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn) ;

21、具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求 ; 還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定 ,多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn) ,現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù) ,都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。一般把現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng) ,也稱作FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。人們一般把 50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代 ,把 4 20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代 ,把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代 ,而把 70年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng) ,一方面 ,突破了DSC系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限 ,采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方

22、案 ,克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷; 另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu),變成了新型全分布式結(jié)構(gòu),把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)?？梢哉f ,開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征。2 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)a、系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開,各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換,現(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性,強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開放系統(tǒng),它可以與任何遵守一樣標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的,開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)

23、象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。b、互可操作性與互用性,這里的互可操作性,是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通,可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn),一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。c、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成,僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能,并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。d、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能,使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

24、,提高了可靠性。e、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端,作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線,是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的,它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等,具有較強(qiáng)的抗干擾能力,能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信,并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。3現(xiàn)場(chǎng)總線在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的優(yōu)越性由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn),特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化,使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行與其檢修維護(hù),都體現(xiàn)出優(yōu)越性。a、節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分散在間隔設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能,因而可減少變送器的數(shù)量,不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等,也不再

25、需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元與其復(fù)雜接線,還可以用工控PC機(jī)作為站控操作工作站,從而節(jié)省了一大筆硬件投資 ,由于控制設(shè)備的減少,還可減少控制室的占地面積。b、節(jié)省安裝費(fèi)用。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單,由于一對(duì)雙絞線、一對(duì)光纖或一條電纜上通常可掛接多個(gè)設(shè)備,因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少,連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)IED設(shè)備時(shí),無需增設(shè)新的電纜,可就近連接在原有的總線電纜上,既節(jié)省了投資,也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測(cè)算資料,可節(jié)約安裝費(fèi)用 60 %以上。c、節(jié)省維護(hù)開銷。由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力

26、,并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室,運(yùn)行維護(hù)人員可以查詢所有間隔層設(shè)備的運(yùn)行,診斷維護(hù)信息,以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護(hù)停工時(shí)間,同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量。d、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被“框死”了設(shè)備的選擇圍,不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展,使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)集成過程中的主動(dòng)權(quán)完全掌握在用戶手中。e、提高了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化,與模擬信號(hào)相比,它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度,減少了傳送誤差。

27、同時(shí),由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,設(shè)備與連線減少,現(xiàn)場(chǎng)儀表部功能加強(qiáng): 減少了信號(hào)的往返傳輸,提高了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的工作可靠性。f、易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備擴(kuò)充和產(chǎn)品改型。以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng),可以很方便地進(jìn)行擴(kuò)充和更改。擴(kuò)充系統(tǒng)時(shí),可將新IED設(shè)備連接在已有的現(xiàn)場(chǎng)總線上,不需要增加任何組件,也不需要考慮現(xiàn)場(chǎng)總線接口是否匹配的問題。對(duì)于功能和參數(shù)所進(jìn)行的修改,可以直接通過現(xiàn)場(chǎng)總線登錄與查詢來實(shí)現(xiàn)。因此,降低了實(shí)現(xiàn)新的控制策略或產(chǎn)品改型所需要的費(fèi)用。4幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線a、HARTHART是 Highway Addressable RemoteTransducer(可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速公路 )的縮寫

28、。1986年由美國 ROSEMOUNT公司開發(fā)的一套過渡性臨時(shí)通訊協(xié)議。但目前受到了廣泛承認(rèn) ,已成為事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。HART協(xié)議以國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)開放性系統(tǒng)互連模型 (OSI)為參照 ,使用 OSI的 1、2、7三層 ,即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。物理層采用基于Be11202通信標(biāo)準(zhǔn)的 FSK技術(shù) ,所以可以通過租用線進(jìn)行通信。HART協(xié)議使用 FSK技術(shù)在 4 2mA過程測(cè)量模擬信號(hào)上疊加一個(gè)頻率信號(hào)。邏輯1為1200Hz,邏輯0為2200Hz,波特率為1200bps。它成功地使模擬和數(shù)字雙向信號(hào)能同時(shí)進(jìn)行而且互不干擾。因此在與智能化儀表通信時(shí) ,還可使用模擬儀表、記錄儀與模

29、擬控制。在不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行改造的情況下 ,逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字性能 (包括數(shù)字過程變量 ),是一種理想的方案。這是一個(gè)由模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)過渡的協(xié)議。在應(yīng)用層規(guī)定了3類使命 ,第一類是通用命令 ,這是所有設(shè)備都能理解、執(zhí)行的命令; 第二類是一般行為命令 ,它所提供的功能可以在許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn); 第三類為特殊設(shè)備命令,以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能,這類命令可以允許開發(fā)此類設(shè)備的公司所獨(dú)有。此外它還為用戶提供統(tǒng)一的設(shè)備描述語言DDL。HART支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。直接通信距離: 有屏蔽雙絞線單臺(tái)設(shè)備3000m,而多臺(tái)設(shè)備互相距離1500m。只使用一個(gè)電源時(shí),能連結(jié)15個(gè)智能化設(shè)備。b、

30、CANCAN是 Controller Area Network(控制器局域網(wǎng)絡(luò) )的縮寫。這是由德國BOSCH公司開發(fā)的控制局域網(wǎng)絡(luò),是一種具有很高可靠性、支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它最初是用于汽車部大量控制測(cè)量?jī)x器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間數(shù)據(jù)交換的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議?，F(xiàn)在已逐步發(fā)展到其他工業(yè)部門的控制,其中包括機(jī)械制造、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、建筑管理監(jiān)控、變電站自動(dòng)化設(shè)備的監(jiān)控等。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC22技術(shù)委員會(huì)已制訂了CAN協(xié)議的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS1 1 898(通信速率= 1Mbps),ISO/DIS11519(通信速率=125Kbps)。在現(xiàn)場(chǎng)總線中,目前是唯一被批準(zhǔn)為國際標(biāo)

31、準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。Intel、Philips、Motorola等芯片廠商均生產(chǎn)CAN總線芯片產(chǎn)品。在我國也有 HAPCAN等系列產(chǎn)品推出，國電力系統(tǒng)廠商自行研制的全分散型變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)DISA2，DISA3即采用CAN總線。電業(yè)局天頂220kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的ABB RTU560的部總線亦是采用的CAN總線。CAN協(xié)議實(shí)現(xiàn) ISO/ OSI模型的 1、2兩層。物理層定義了傳送過程中的所有電氣特性; 目標(biāo)層和傳輸層包括了ISO/OSI定義的數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。目標(biāo)層的功能包括確認(rèn)哪個(gè)信息是要發(fā)送的 ,確認(rèn)傳送層接收到的信息并為之提供接口。傳送層的功能包括幀組織、總線仲裁、檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告、

32、錯(cuò)誤處理等。CAN可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) (成組)與全局廣播等幾種方式傳送和接收數(shù)據(jù),可以多主方式工作,網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,可以方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)可以定義不同的優(yōu)先級(jí)以滿足不同的實(shí)時(shí)要求,CAN采用非破壞性總線仲裁技術(shù) ,當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí) ,優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)傳送 ,而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù) ,有效地避免了總線沖突。CANBUS上的節(jié)點(diǎn)數(shù) ,理論值為2000個(gè) ,實(shí)際值是 110個(gè)。直接通信距離為10km/5Kbps, 40 m/ 1MKbps。傳輸介質(zhì)為雙絞線和光纖。CAN采用短幀結(jié)構(gòu) ,受

33、干擾概率低 ,并采用冗余校驗(yàn) CRC與其他校錯(cuò)措施 ,保證了極低的信息出錯(cuò)率。而且具有自動(dòng)關(guān)閉總線功能 ,在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下 ,可切斷它與總線的聯(lián)系 ,使總線上的其他操作不受影響。c、LONWORKSLONWORKS是局部操作網(wǎng)絡(luò),LON是 LocalOperation Network的簡(jiǎn)稱。1991年美國ECHERON公司推出該產(chǎn)品。其應(yīng)用圍幾乎包括了測(cè)控應(yīng)用的所有疇 ,特別是航空 /航天、樓宇自動(dòng)化、能源管理、變電站測(cè)控設(shè)備的監(jiān)控、工廠自動(dòng)化、工業(yè)過程控制、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、電子測(cè)量設(shè)備等。LONWORKS在我國電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也已相當(dāng)廣泛，如四方公司的CSC2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)即采用LONWORKS總線。在電業(yè)局圍有新開鋪、桂花、五一特、井灣子、安