現(xiàn)場總線技術(shù)與工廠自動化FA

分層式工廠自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
與傳統(tǒng)的工業(yè)自動化模式相比，工廠自動化有如下的特點(diǎn)：
1. 控制方式由集中式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芊植际?BR>　　集中式控制方式不僅難于處理遠(yuǎn)距離控制問題，而且布線復(fù)雜，能耗大，更重要的是，其中央控制單元一旦出現(xiàn)問題，則全局癱瘓。這種控制方式已逐漸被淘汰。分布式控制思想完全克服了前述的弱點(diǎn)。尤其是這種控制方式將可能出現(xiàn)的問題限制在局部范圍，即某一子站若出現(xiàn)問題不影響其它子站的正常工作。由此整個系統(tǒng)的可靠性便得到了很大的提高。另外這種控制方式實(shí)際上形成了一種模塊式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的擴(kuò)展和縮減便可以象積木那樣操作了。當(dāng)然，系統(tǒng)的模塊化還要求軟件也具備模塊化的特點(diǎn)，即增加硬件時(shí)，在不改動原有軟件的基礎(chǔ)上，在應(yīng)用軟件平面上添加相應(yīng)的軟件模塊。這方面奧地利貝加萊（BR）公司的PCC 產(chǎn)品尤為突出。
2．集管理與現(xiàn)場控制于一體
　　工廠自動化網(wǎng)絡(luò)一般可分為三個層次，即：管理層，控制層和現(xiàn)場層。其中控制層和現(xiàn)場層主要負(fù)責(zé)控制或監(jiān)控決策的組織和實(shí)施，這兩層物理上主要通過現(xiàn)場總線（如CAN , PROFIBUS 等）的手段來實(shí)現(xiàn)。管理層是整個網(wǎng)絡(luò)的最高層次，整個系統(tǒng)的圖文顯示，管理決策制定與實(shí)施，各子系統(tǒng)間或與外系統(tǒng)的信息互換與交流以及數(shù)據(jù)庫管理等智能都屬于這個網(wǎng)絡(luò)層次的范疇。這里同時(shí)又是廣域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)。這個網(wǎng)絡(luò)層常用的通信協(xié)議是Ethernet 的TCP / IP 。這種集管理與現(xiàn)場控制于一體的自動化網(wǎng)絡(luò)可以體現(xiàn)如下優(yōu)勢：
( l ）工廠決策層和現(xiàn)場設(shè)備間的透明性 通過對現(xiàn)場設(shè)備的圖文顯示，工廠的決策層可很容易地獲得現(xiàn)場信息，同時(shí)結(jié)合管理層的有關(guān)市場營銷、倉儲以及財(cái)務(wù)等方面的信息及時(shí)作出決策，以便由有關(guān)部門通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)下達(dá)到現(xiàn)場層。
( 2 ）分散網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng) 分散網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)采用敏捷制造原理，通過工廠自動化網(wǎng)絡(luò)管理層所提供的廣域網(wǎng)接口，可以很方便地將距離甚遠(yuǎn)的集團(tuán)成員組織在一起，從而實(shí)現(xiàn)異地決策、異地設(shè)計(jì)和異地生產(chǎn)的操作。這樣就可以通過信息集成對企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效益的管理。
3. 開放性和智能性
　　國際上標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線如CAN , PROFIBUS 等的使用可使整個系統(tǒng)具有對外系統(tǒng)很好的兼容性。另一方面，智能分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原則上可以通過任一子站實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控和維護(hù)。比如對遠(yuǎn)方某一子站的軟件進(jìn)行維護(hù)，工程師無須親自到該站去，只要在就近的子站處理或在家中通過MODEM 進(jìn)行工作就可以了。當(dāng)然系統(tǒng)的開放性還體現(xiàn)在用戶對系統(tǒng)的參與。數(shù)據(jù)庫可以很方便地以某種方式將用戶自己的應(yīng)用軟件連接到系統(tǒng)中去，從而使系統(tǒng)充分體現(xiàn)用戶的個性。
　　這種分布式的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)際上將智能也進(jìn)行了空間上的分布，使得系統(tǒng)中的每一個子站既能獨(dú)立地工作，又能實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)其它部分的交流協(xié)作。 更形象地說，與集中式自動化系統(tǒng)相比，智能分布式的系統(tǒng)就象一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣，將智能分配到了神經(jīng)系統(tǒng)中的每一個節(jié)點(diǎn)或單元。所謂系統(tǒng)的智能性實(shí)際上就是系統(tǒng)具有根據(jù)獲取的信息進(jìn)行分析運(yùn)算和判斷的能力。系統(tǒng)的智能性主要表現(xiàn)如下幾點(diǎn)：

　　管理層通過提供對廣域網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)使系統(tǒng)自身或?qū)ν饨绲慕涣骶哂辛擞布A(chǔ)。同時(shí)數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)的使用使管理層具有越來越強(qiáng)的人工智能性。
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　　控制層和現(xiàn)場層的計(jì)算機(jī)控制設(shè)備在分析運(yùn)算能力上向著大型計(jì)算機(jī)的方向發(fā)展。如貝加萊(BR)的可編程計(jì)算機(jī)控制器( PCC ）的多任務(wù)分時(shí)操作系統(tǒng)，大容量程序存儲能力（100kB 一16MB ) 以及高級語言（C）的編程界面等。
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　　整個系統(tǒng)具有自診斷、自維護(hù)、錯誤記錄以及報(bào)警保護(hù)等功能。

　　總而言之，加強(qiáng)系統(tǒng)的智能性的目的有兩個：第一，減少人的干預(yù)，提高系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性；第二，提高工作的速度和效率。
然而要實(shí)現(xiàn)所謂的工廠自動化( PA ) ，現(xiàn)場總線技術(shù)將是關(guān)鍵所在。尤其是近年來在中國成立了多家現(xiàn)場總線協(xié)會，如FF協(xié)會，PROFIBUS 協(xié)會等。這些機(jī)構(gòu)對現(xiàn)場總線在中國的推廣做了大量的工作。然而至于哪一種現(xiàn)場總線是最好的確實(shí)要看使用的具體情況，而且最好由用戶或市場作答。作者將利用下文的空間介紹一些現(xiàn)場總線的基本概念。

現(xiàn)場總線淺釋

　　在工業(yè)自動化領(lǐng)域中常常要實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交流或?qū)δ撤N設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。這就提出了一個計(jì)算機(jī)通訊的問題。工業(yè)中的計(jì)算機(jī)通訊通常采用所謂的“總線技術(shù)”。圖3列出了對常見總線系統(tǒng)的概述。