現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其控制系統(tǒng)縱橫談
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（5）ＨＡＲＴ總線：ＨＡＲＴ協(xié)議是由Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ公司于１９８６年提出的通信協(xié)議。它是用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備間通信的一種協(xié)議。它包括ＩＳＯ／ＯＳＩ模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。ＨＡＲＴ通信可以有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn)連接模式。這種協(xié)議是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的過(guò)渡產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在智能儀表市場(chǎng)上占有很大的份額。
（6）Ｐ－ＮＥＴ現(xiàn)場(chǎng)總線：Ｐ－ＮＥＴ現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是由丹麥Ｐｒｏｃｅｓ－Ｄａｔａ Ａ／Ｓ公司研究并開(kāi)發(fā)，是一種全世界通用的開(kāi)放型標(biāo)準(zhǔn)化總線。它可以將生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)部分，如過(guò)程控制計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行器、Ｉ／Ｏ模塊、小型可編程控制器等，通過(guò)共用一根雙芯電纜加以連接。與傳統(tǒng)布線相比，Ｐ－ＮＥＴ現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在工業(yè)控制應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)，它將簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和安裝，減少布線的數(shù)量和費(fèi)用，避免各種設(shè)備故障的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)更直接也更廣泛的使用功能。
Ｐ－ＮＥＴ是現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，它不同于其它總線的特點(diǎn)是：（１）安裝簡(jiǎn)單；（２）成本較低；（３）用戶開(kāi)發(fā)方便，可在Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ平臺(tái)上用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)；（４）整個(gè)系統(tǒng)的硬件都采用標(biāo)準(zhǔn)的商品芯片，所以改進(jìn)較快（其它的現(xiàn)場(chǎng)總線都用專門設(shè)計(jì)的芯片，不易改動(dòng)）；
（５）Ｐ－ＮＥＴ較之其它總線有許多實(shí)際上的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于食品、飼養(yǎng)、農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用。
（7）ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線：ＩＮＴＥＲＢＵＳ作為ＩＥＣ６１１５８標(biāo)準(zhǔn)之一，廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)和機(jī)器加工行業(yè)中，用于連接傳感器／執(zhí)行器的信號(hào)到計(jì)算機(jī)控制站，是一種開(kāi)放的串行總線系統(tǒng)。ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線于１９８４年推出，其主要技術(shù)開(kāi)發(fā)者為德國(guó)的Ｐｈｏｅｎｉｘ Ｃｏｎｔａｃｔ公司。ＩＮＴＥＲＢＵＳＣｌｕｂ是ＩＮＴＥＲＢＵＳ設(shè)備生產(chǎn)廠家和用戶的全球性組織，目前在１７個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)立了獨(dú)立的Ｃｌｕｂ組織，共有５００多個(gè)成員。ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線包括遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)和本地總線網(wǎng)絡(luò)，兩種網(wǎng)絡(luò)傳送相同的信號(hào)但電平不同。遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)用于遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)采用ＲＳ－４８５傳輸，網(wǎng)絡(luò)本向不供電，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)采用全雙工方式進(jìn)行通訊，通訊速率為５００ｋ／ｓ。本地總線網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)上的總線終端ＢＴ（ＢＵＳ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）上的ＢＫ模塊負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本地網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線上的主要設(shè)備有總線終端ＢＴ（ＢＵＳ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）上的ＢＫ模塊、Ｉ／Ｏ模塊和安裝在ＰＣ或ＰＬＣ等上位主設(shè)備中的總線控制板。總線控制板是ＩＮＴＥＲＢＵＳ總線上的主設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)協(xié)議的控制、錯(cuò)誤的診斷、組態(tài)的存儲(chǔ)等功能。Ｉ／Ｏ模塊實(shí)現(xiàn)在總線控制板和傳感器／執(zhí)行器之間接收和傳輸數(shù)據(jù)，可處理的數(shù)據(jù)類型包括機(jī)械制造和流程工業(yè)的所有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
⑻ＷｏｒｌｄＦＩＰ是歐洲標(biāo)準(zhǔn)的組成部分：ＷｏｒｌｄＦＩＰ是歐洲標(biāo)準(zhǔn)ＥＮ５０１７０的三個(gè)組成部分之一Ｖｏｌｕｍｅ３，是在法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ＦＩＰ－Ｃ４６－６０１／Ｃ４６－６０７的基礎(chǔ)上采納了ＩＥＣ物理層國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)１１５８－２發(fā)展起來(lái)的，由三個(gè)通信層組成。ＷｏｒｌｄＦＩＰ的顯著特點(diǎn)是為所有的工業(yè)和過(guò)程控制提供帶有一個(gè)物理層的單一現(xiàn)場(chǎng)總線。底層控制系統(tǒng)、制造系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都可直接連到控制一級(jí)的ＷｏｒｌｄＦＩＰ總線上，毋需采用將ＲＳ４８５和其它低速總線相混和的方式來(lái)接連底層設(shè)備以實(shí)現(xiàn)同樣的功能。
７ 結(jié)束語(yǔ)
世界上沒(méi)有能包治百病的“靈丹妙藥”，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也一樣，其不能完全滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的所有要求。因此，在我們大談現(xiàn)場(chǎng)總線優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，別忘了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)注意以下幾點(diǎn)理性認(rèn)識(shí)。
（１）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的本質(zhì)是早就成熟的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，是伴隨這幾年互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字浪潮的連帶品。早在７０年代，ＰＬＣ就含有這個(gè)技術(shù)，在ＰＬＣ中稱為遠(yuǎn)程Ｉ／Ｏ（ＰＬＣ通過(guò)其遠(yuǎn)程Ｉ／Ｏ模塊與多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊）。在８０年代初，由西門子等十多家公司在北海石油ＢＰ的石油鉆井平臺(tái)搞了一個(gè)稱為高速現(xiàn)場(chǎng)總線的試驗(yàn)，把所有的傳感器和執(zhí)行器通過(guò)載波方式掛到一對(duì)電源線上與控制裝置通訊。因?yàn)槭豌@井平臺(tái)的空間有限，布線和線纜維護(hù)困難，希望減少電纜。應(yīng)當(dāng)注意到，只有電源線與通訊線合用，才是現(xiàn)場(chǎng)總線的意義所在?？上攵?，做到這一點(diǎn)成本是不低的。
（２）應(yīng)當(dāng)注意到，現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)是現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備與控制裝置之間的通訊，它本身既不能取代現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，也不能代替ＰＬＣ／ＤＣＳ／ＩＰＣ等控制裝置。不少人取了一個(gè)新名詞“ＦＣＳ（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）”，并說(shuō)它取代ＤＣＳ／ＰＬＣ，是言過(guò)其實(shí)的。ＤＣＳ本身的概念就是分散控制系統(tǒng)，已夠廣義的了，至于，用什么來(lái)實(shí)現(xiàn)分散控制并沒(méi)有規(guī)定，也不好規(guī)定，所以用ＰＬＣ連網(wǎng)也可構(gòu)成ＤＣＳ。只不過(guò)一些定義“ＦＣＳ”的朋友強(qiáng)調(diào)了“ＦＣＳ實(shí)現(xiàn)了徹底的分散”，事實(shí)是，徹底的分散卻變成了徹底的集中，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所需的信息全部依賴總線來(lái)交換，總線的可靠性和總線上任一節(jié)點(diǎn)的可靠性決定了整個(gè)系統(tǒng)的命運(yùn)。
（３）現(xiàn)場(chǎng)總線的成本大大提高了，每個(gè)傳感器都要有單獨(dú)的信號(hào)放大調(diào)理電路、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換、載波與通訊電路、電源部件及其它智能部件。要使這些成本低于一對(duì)普通導(dǎo)線，恐怕不太現(xiàn)實(shí)。
（４）現(xiàn)場(chǎng)總線的故障確定與排除也是很難的事，因?yàn)楫?dāng)總線上的某個(gè)節(jié)點(diǎn)出故障而封鎖總線時(shí)，要確認(rèn)是那個(gè)節(jié)點(diǎn)出故障是不容易的。只得一段一段一個(gè)一個(gè)的拔了，然后檢查。
（５）說(shuō)“ＦＣＳ”會(huì)取代ＤＣＳ和ＰＬＣ的人往往確實(shí)在工程上應(yīng)用過(guò)，但仔細(xì)一看，原來(lái)多是些監(jiān)測(cè)報(bào)警和簡(jiǎn)單控制?！埃疲茫印钡恼摀?jù)是每個(gè)智能執(zhí)行器自身可以具有控制裝置（ＰＬＣ、ＩＰＣ、ＤＣＳ控制站）的能力。而事實(shí)上，像大型發(fā)電廠，大型化工／冶金等復(fù)雜控制系統(tǒng)，其控制邏輯是極其復(fù)雜的，其輸入輸出，輸出與輸出之間存在千絲萬(wàn)屢的關(guān)系，如何把這些任務(wù)進(jìn)行分割分配給每個(gè)執(zhí)行器是很難的。而合理的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用應(yīng)是：傳感器完成信號(hào)的數(shù)字化，并進(jìn)行一些必要的預(yù)處理（如熱電偶非線性補(bǔ)償，傳感器故障診斷），執(zhí)行器完成后處理和動(dòng)作，控制裝置接收傳感器的信號(hào)，進(jìn)行統(tǒng)一運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果送給執(zhí)行器。
（６）現(xiàn)場(chǎng)總線由于所有信息均需通過(guò)總線串行交換，其實(shí)時(shí)性必然受到限制。選用現(xiàn)場(chǎng)總線時(shí)，在對(duì)電纜數(shù)量有要求的場(chǎng)合十分有意義，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線能大大減少電纜。而在機(jī)電設(shè)備、小型系統(tǒng)、重要安全的裝置或系統(tǒng)以及２／３以上的被控量是短距離開(kāi)關(guān)量信號(hào)時(shí)不宜用現(xiàn)場(chǎng)總線。
（７）未來(lái)的控制系統(tǒng)或裝置是多種技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用，很難說(shuō)誰(shuí)能完全取代誰(shuí)。
總之，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，且技術(shù)的發(fā)展很大程度上受到市場(chǎng)規(guī)律和商業(yè)利益的制約。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不單是一個(gè)技術(shù)規(guī)范，也是一個(gè)商業(yè)的妥協(xié)產(chǎn)物。現(xiàn)場(chǎng)總線不同于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。使用一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來(lái)滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求，恐怕有些勉強(qiáng)。為此，有人面向未來(lái)工廠自動(dòng)化提出了“以太網(wǎng)＋ＴＣＰ／ＩＰ”的解決方案。無(wú)論怎樣，現(xiàn)場(chǎng)總線將如何發(fā)展，作為從事本專業(yè)的人員，我們拭目以待。
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