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現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制

作者: 時(shí)間:2012-08-10 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1 引言
  在系統(tǒng)出現(xiàn)以后,工程實(shí)踐中廣泛使用中的、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其信號(hào)傳送一般采用4-20mA的電流信號(hào)形式,一個(gè)變送器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要一對(duì)傳輸線來(lái)單向傳送一個(gè)模擬信號(hào)。這種傳輸方法使用的導(dǎo)線多,現(xiàn)場(chǎng)安裝及調(diào)試的工作量大,投資高,傳輸精度和抗干擾能力較低,不便維護(hù)。主控室的工作人員無(wú)法了解現(xiàn)場(chǎng)儀表的實(shí)際情況,不能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和故障診斷,所以處于最底層的模擬變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)成了系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié),即所謂DCS系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸。正是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。


  2 技術(shù)及其特點(diǎn)
  技術(shù)是在80年代后期發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制技術(shù),它綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段,從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字一模擬信號(hào)控制的局限性,構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多接點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)?,F(xiàn)場(chǎng)總線則是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò),其基礎(chǔ)是智能儀表。分散在各個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表通過(guò)數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線連為一體,并與控制室中的控制器和監(jiān)視器一起共同構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System,F(xiàn)CS)。通過(guò)遵循一定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),可以將不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品集成在同一套FCS中,具有互換性和互操作性。FCS把傳統(tǒng)DCS的控制功能進(jìn)一步下放到現(xiàn)場(chǎng)智能儀表,由現(xiàn)場(chǎng)智能儀表完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸出等功能?,F(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)(包括采集的數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù))通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳到控制室的控制設(shè)備上,控制室的控制設(shè)備用來(lái)監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表的運(yùn)行狀態(tài),保存各智能儀表上傳的數(shù)據(jù),同時(shí)完成少量現(xiàn)場(chǎng)儀表無(wú)法完成的高級(jí)控制功能。另外,F(xiàn)CS還可通過(guò)網(wǎng)關(guān)和企業(yè)的上級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)相連,以便企業(yè)管理者掌握第一手資料,為決策提供依據(jù)。所以現(xiàn)場(chǎng)總線具有以下突出特點(diǎn):
  
  2.1開(kāi)放性
  現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)采用公開(kāi)化的通信協(xié)議,遵守同一通信標(biāo)準(zhǔn)的不同廠商的設(shè)備之間可以互連及實(shí)現(xiàn)信息交換。用戶可以靈活選用不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品來(lái)組成實(shí)際的控制系統(tǒng),達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。


  2.2 互操作性
  互操作性是指不同廠商的控制設(shè)備不僅可以互相通信,而且可以統(tǒng)一組態(tài),實(shí)現(xiàn)同一的控制策略和“即插即用”,不同廠商的性能相同的設(shè)備可以互換。


  2.3 靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
  現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)可以根據(jù)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)情況組成不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如樹(shù)型、星型、總線型和層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。


  2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性
  現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身屬于智能化設(shè)備,具有獨(dú)立自動(dòng)控制的基本功能,從而從根本上改變了DCS的集中與分散相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu),形成了一種全新的分布式控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了控制功能的徹底分散,提高了控制系統(tǒng)的可靠性,簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?,F(xiàn)場(chǎng)總線與上一級(jí)網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)后仍可維持底層設(shè)備的獨(dú)立正常運(yùn)行,其智能程度大大加強(qiáng)。


  2.5 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的高度智能化
  傳統(tǒng)的DCS使用相對(duì)集中的控制站,其控制站由CPU單元和輸入/輸出單元等組成?,F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)則將DCS的控制站功能徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備,僅靠現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基本功能,如數(shù)據(jù)采集與補(bǔ)償、PID運(yùn)算和控制、設(shè)備自校驗(yàn)和自診斷等功能。系統(tǒng)的操作員可以在控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,設(shè)定或調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),還能借助現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自診斷功能對(duì)故障進(jìn)行定位和診斷。


  2.6 對(duì)環(huán)境的高度適應(yīng)性
  現(xiàn)場(chǎng)總線是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的,它可以使用雙絞線、同軸電纜、光纜、電力線和無(wú)線的方式來(lái)傳送數(shù)據(jù),具有很強(qiáng)的抗干擾能力。常用的數(shù)據(jù)傳輸線是廉價(jià)的雙絞線,并允許現(xiàn)場(chǎng)設(shè)各利用數(shù)據(jù)通信線進(jìn)行供電,還能滿足本質(zhì)安全防爆要求。


  由于現(xiàn)場(chǎng)總線的諸多優(yōu)點(diǎn),所以近十年來(lái)出現(xiàn)了多種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線,如基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF、Profibus、CAN、LONworks、HART等,并得到了廣泛的應(yīng)用。下面僅對(duì)前兩種現(xiàn)場(chǎng)總線予以簡(jiǎn)要介紹。

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