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工业控制的现场总线技术

本文摘要:1.现场总线数据传输的及时性和系统号召的实时性:一般地谈,过程控制系统的响应时间拒绝为0.01~0.5S,生产自动化系统的响应时间是0.5~2S,IT网络的响应时间为2~6S,因此在IT大部分用于中,实时性是可以忽视的。 2.现场总线特别强调在险恶环境下数据传输的完整性、可靠性:现场总线具备在粉尘、高温、干燥、振动、酸(碱)生锈,尤其是电磁和无线电阻碍等的工业环境长时间、倒数、可信、原始传送数据的能力。 需要外用工业电网的浪涌、失波、跌入和尖峰阻碍等。

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1.现场总线数据传输的及时性和系统号召的实时性:一般地谈,过程控制系统的响应时间拒绝为0.01~0.5S,生产自动化系统的响应时间是0.5~2S,IT网络的响应时间为2~6S,因此在IT大部分用于中,实时性是可以忽视的。  2.现场总线特别强调在险恶环境下数据传输的完整性、可靠性:现场总线具备在粉尘、高温、干燥、振动、酸(碱)生锈,尤其是电磁和无线电阻碍等的工业环境长时间、倒数、可信、原始传送数据的能力。

需要外用工业电网的浪涌、失波、跌入和尖峰阻碍等。在可燃或易爆场合,还拒绝现场总线具备本质安全性性能二、标准与非标准现场总线。  市场上经常出现了三十多种牌号的现场总线及其系统,并且都称之为是确实的现场总线,可应用于各种领域。

实质上,市场上的现场总线不应分成标准和非标准两种。  1.标准现场总线是合乎IEC(国际电工技术委员会)现场总线协议模型框架,具备近似于标准数字信号制为的现场总线产品,这些主要有IEC61158、FF(基金会现场总线)、LonWorks、Pro-tibus、WorldFIP现场总线。限于于过程控制、生产自动化和楼宇自动化等。

  2.非标准现场总线,其余的现场总线都可看做所谓标准现场总线,它们大多具备专用标准,适合于专用领域。会向国际标准投向。

三、FCS与DCS  基于FF的FCS(现场总线控制系统)将代替传统DCS(分布式控制系统)沦为控制系统主角。下面就几个主要方面展开对比。  1.数字化  1)FCS:仅有数字化,纯数的通信使过程控制具备更高的可靠性。在FCS中,从传感器、变送器到调节器,仍然是数字信号,这就使得更加简单、更加准确的信号处理以求构建。

普通的噪音很难变形现场总线控制系统里的数字信号。数字通信的查错功能可检测传输中的误码。  2)DCS:半数字化,在传统DCS系统里,温度和压力变送器需将它们测得的完整数字信号在送到DCS前转换成4-20mA模拟信号,在模拟系统中,噪音及其他信号变形无法被检测。

  2.可互操作性:使用具备可互操作性和现场总线系统,用户可以在性能、价格、质量和售后服务等因素基础上,自由选择最差的硬件产品,并省时省力地将它们集沦为一体。  1)现场总线自动化设备的可互操作性主要是通过对功能模块及其参数的标准化而构建,具备极佳的可互操作性。  2)大多数用作DCS和智能型变送器间的通信协议是DCS制造商独家使用的专用封闭系统。

  3.分散性  1)FCS:使用的是几乎分散式体系,它的掌控全部集中到现场,掌控电路由现场设备构建。  2)DCS:使用一个或多个掌控单元对多电路展开掌控,其掌控部分集中到一些控制板上,每个控制板上又有多个电路的半分散式体系。  4.可靠性、可维护性和经济性  现场总线控制系统使用数字总线式通信线路替换传统DCS中一对一的I/O连线,对于大规模I/O系统来说,增加了由连线带给的不可信,同时减少了布线成本,与传统DCS技术比起,可节省电缆、调试、确保成本40%以上。  5.现场总线早已发展沦为可以代替DCS的新型的FCS控制系统。

DCS与FCS共存是有可能的,但DCS并不合适与现场总线构建。如果现场总线相连到DCS上,它的大多数优势之后无法发挥出来。因为产于在现场设备中的功能块组态、状态、临床、校验、设备自身信息以及来自现设备的管理信息等皆无法几乎同构到DCS中。四、EIC(电气传动、仪表、计算机)一体化  在由现场总线包含的控制系统FCS中,仪表已发展沦为具备综合功能的智能仪表,也就是具备过去构建仪表掌控的DCS的功能。

现场控制器实质上是过去PLC功能的集中,它替换了用作电气传动掌控的PLC。从以上两点不难看出,现场总线控制系统FCS,正是一个构建电气传动掌控、仪表掌控和计算机控制一体化的系统结构,而这种结构才是是钢铁工业自动化用的较多而又急需的控制系统结构。

五、现场总线进展情况  目前,更为风行的现场总线有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART(过渡性协议)等,这些现场总线和过渡性协议在我国(主要是北京)都有了代表处或北航单位,并且大多数都有有所不同程度的研发和应用于。其中FF和HART列为九五攻关项目,参与现场总线智能仪表的研究研发单位主要有:西安仪表集团、上海工业自动化仪表研究所、重庆工业自动化仪表研究所、上海自动化仪表股份公司、重庆川仪集团、北京华触技术公司等,专门攻下HART协议和FF协议通信软硬件技术考验。  1.研发的产品主要有:  1)HART变送器(还包括智能温度变送器、智能压力变送器、智能流量变送器);  2)HART智能电动执行机构;  3)HART网桥;  4)现场设备管理系统软件;  5)FF现场总线和CAN总线园卡、模块等HART的研制成功任务已基本已完成,今年就可竣工验收。

FF的研制成功明年上半年可已完成并竣工验收。  目前,较风行的现场总线中,FF、Profibus、LonWorks、CANHART协议书籍报刊上讲解的较为多,其中HART和LonWorks在我国研发和应用于较多。下面只非常简单讲解一下WorldFIP的情况。  2.WorldFIP:WorldFIP现场总线不论高速还是短距离,只有一套通信协议,可以不必须任何网桥或网关,短距离与高速的交会要用软件已完成。

  WorldFIP的组织指出,它的生产者/使用者(Producer/Consumer)模式和总线仲裁器(BUSAr-biter)的调度方式尤其合适工业过程控制的现场总线系统。它的很多优点都与此有关。FF与IEC标准草案都使用了这种通信模式,只是名称有所不同。

FF称作公布方/接管方(Publi-sher/Subscriber)与链接调度器(LAS),实际方式与WorldFIP大致相同。这也说明了为什么WorldFIP反对IEC标准,因为他们向IEC投向在技术上是较为更容易的。

  目前,WorldFIP的应用领域为:电缆、铁路运输、地铁、化工、空间技术、汽车生产等。1998年5月,WorldFIP的组织在中国创建了技术推广中心,并把注意力放到中国的能源和铁路两个将大力发展的领域。


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