水工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
作者：
時(shí)間：2012-08-03
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
收藏
加入技術(shù)交流群
掃碼加入
和技術(shù)大咖面對(duì)面交流
海量資料庫(kù)查詢(xún)
2.5幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線
2.5.1CAN由德國(guó)RobertBasch以及幾個(gè)集成電路制造商一起開(kāi)發(fā)，最初是專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)工業(yè)設(shè)計(jì)，后來(lái)推廣到各個(gè)領(lǐng)域.目前已由ISO/TC22技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)為ISO11898（通信速率小于1Mbps）和ISO11519（通信速率小于等于125kbps）。CAN是現(xiàn)場(chǎng)總線中唯一被批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。值得注意的是一些微處理器的生產(chǎn)商也在微處理器芯片中附加CAN的接口，并且成為一種潮流。而其他現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議芯片基本上是以專(zhuān)用的芯片來(lái)供應(yīng)，這樣CAN在低成本方面優(yōu)勢(shì)明顯，此外CAN技術(shù)在抗干擾技術(shù)方面頗有特色。
2.5.2LONworks（LocalOperationNetwork）局部操作網(wǎng)絡(luò)；1991年3月由美國(guó)的Echelon公司推出，是一種“智能網(wǎng)”，核心技術(shù)是節(jié)點(diǎn)由神經(jīng)元芯片（含三個(gè)CPU）構(gòu)成，帶有OSI的七層網(wǎng)模型，適應(yīng)面最廣，開(kāi)發(fā)工具約10－30萬(wàn)，價(jià)格較貴。據(jù)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的40％用于工業(yè)控制，30％用于樓宇自動(dòng)化。
2.5.3Hart和HCF1986年由Rosemount提出的通訊協(xié)議HART（HighwayAddressableRemoteTransducer,可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路），主要是在4－20mA的DC信號(hào)上疊加FSK（FrequencyShiftKeying，頻率調(diào)制鍵控）數(shù)字信號(hào)，是現(xiàn)場(chǎng)總線的過(guò)渡性協(xié)議，它對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線的形成有重大影響，但是在電器行中發(fā)展的可能性很小。
2.5.4一些可能對(duì)電器行業(yè)產(chǎn)生影響的低層次的現(xiàn)場(chǎng)總線：如：Bitbus,Interbus,AS－Interface,DEVICENet,VXL等等。
3.多現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
目前，在一些工程中通常的做法是在某種現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)能連接其他公司現(xiàn)場(chǎng)總線的接口產(chǎn)品。由于現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，多種類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線枚不勝數(shù)，需要開(kāi)發(fā)大量的接口產(chǎn)品才能滿足不同工程需要。如果僅以FF、CAN、LONWORKS、PROFIBUS－DP、MODBUS五種著名現(xiàn)場(chǎng)總線為例，要使它們中任意兩種不同現(xiàn)場(chǎng)總線能統(tǒng)一于一個(gè)智能化配電系統(tǒng)中，僅是協(xié)議轉(zhuǎn)換器這種接口產(chǎn)品就要有二十種之多，如果一個(gè)系統(tǒng)中有三種或三種以上不同現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，那麻煩則更大。不少企業(yè)，包括一些國(guó)際上的大公司為了解決來(lái)自不同廠家的產(chǎn)品兼容性問(wèn)題，都投入了巨大的精力和財(cái)力，但成效甚微。
隨著自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，帶有通信接口的產(chǎn)品應(yīng)用量越來(lái)越大，而且隨著用戶(hù)對(duì)智能化控制系統(tǒng)可靠性和靈活性的更高要求，加上各現(xiàn)場(chǎng)總線本身的特點(diǎn)以及相關(guān)的產(chǎn)品品種繁多，因此在智能化配電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，采用一種現(xiàn)場(chǎng)總線總線的智能化產(chǎn)品往往不能滿足應(yīng)用的全面要求，多現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品共存于一個(gè)智能化控制系統(tǒng)已成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。
由于多現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中不同類(lèi)型的產(chǎn)品均配專(zhuān)用的通信協(xié)議，有的廠家還專(zhuān)門(mén)為自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的通信卡、通信控制器等專(zhuān)用設(shè)備，因此，整個(gè)系統(tǒng)中的產(chǎn)品由于通信協(xié)議不同無(wú)法直接和主控單元進(jìn)行通信，這嚴(yán)重防礙智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)智能設(shè)備的選擇。對(duì)應(yīng)用而言,如果在一個(gè)智能化控制系統(tǒng)中每一種智能化產(chǎn)品均選擇其專(zhuān)用的通信卡或通信控制器，一個(gè)智能化控制系統(tǒng)將變得支離破碎，組態(tài)性和靈活性均較差，使得系統(tǒng)的性能價(jià)格比不高，而且在系統(tǒng)進(jìn)行改造或升級(jí)時(shí)，將要花費(fèi)用戶(hù)更多的時(shí)間和費(fèi)用。因此，多現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在一個(gè)智能化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用已成為一個(gè)重要的研究課題。
對(duì)于智能化自動(dòng)化控制領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，它的現(xiàn)場(chǎng)總線有一定的特殊性。同時(shí)它又不能完全脫離上層現(xiàn)場(chǎng)總線。對(duì)于智能化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，特別是過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)將不得不面對(duì)幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線其原因是：
3.1實(shí)際上過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)和高中壓電網(wǎng)控制系統(tǒng)存在各種不同的現(xiàn)場(chǎng)總線。
3.2建筑自動(dòng)化系統(tǒng)在推廣Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線，用于智能大廈。
3.3FF有國(guó)家的大力支持，也許是重要的發(fā)展方向。
3.4CAN的價(jià)格優(yōu)勢(shì)對(duì)低壓電器有很大的吸引力。
3.5Profibus已經(jīng)有了不少應(yīng)用。這是一個(gè)需要認(rèn)真考慮的現(xiàn)實(shí)。
智能化召開(kāi)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)是個(gè)多層次的網(wǎng)絡(luò),IEC62026本身就包含各種現(xiàn)場(chǎng)總線。IEC62026明確表示了高層的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)由IEC/SC65C考慮。FCS，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的一個(gè)重要的發(fā)展方向是多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；向下連接低層次的現(xiàn)場(chǎng)總線，智能化控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)需要多層次的網(wǎng)絡(luò)。而智能設(shè)備需要非常靈活地與各種總線、控制對(duì)象等的配合控制和交換信息。實(shí)現(xiàn)各種總線相互間的轉(zhuǎn)換也是解決現(xiàn)場(chǎng)總線之爭(zhēng)的途徑之一。
目前，在一些工程設(shè)計(jì)中通常的做法是在某種現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)能連接其他公司現(xiàn)場(chǎng)總線的接口產(chǎn)品。由于現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，多種類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線枚不勝數(shù)，需要開(kāi)發(fā)大量的接口產(chǎn)品才能滿足不同工程需要。如果僅以FF、CAN、LONWORKS、PROFIBUS－DP、MODBUS五種著名現(xiàn)場(chǎng)總線為例，要使它們中任意兩種不同現(xiàn)場(chǎng)總線能統(tǒng)一于一個(gè)智能化配電系統(tǒng)中，僅是協(xié)議轉(zhuǎn)換器這種接口產(chǎn)品就要有二十種之多，如果一個(gè)系統(tǒng)中有三種或三種以上不同現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，其技術(shù)復(fù)雜程度和管理、維護(hù)、擴(kuò)展等因素都是影響現(xiàn)場(chǎng)總線在智能化控制系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，國(guó)際上的個(gè)大公司為了解決來(lái)自不同廠家的產(chǎn)品兼容性問(wèn)題，都投入了巨大的精力和財(cái)力，但成效甚微。
針對(duì)上述在智能化控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中遇到的實(shí)際問(wèn)題，在工程中的解決方案是做一個(gè)統(tǒng)一而簡(jiǎn)單的子網(wǎng)：一個(gè)簡(jiǎn)單的子網(wǎng)可能解決自動(dòng)化控制系統(tǒng)的大部分控制問(wèn)題。各智能化設(shè)備的各種現(xiàn)場(chǎng)總線接口的配合可以通過(guò)相應(yīng)的協(xié)議芯片來(lái)解決。統(tǒng)一的子網(wǎng)可能使整個(gè)行業(yè)的開(kāi)發(fā)成本最低，開(kāi)發(fā)速度最快。為此提出了通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器這種全面的解決方案，通過(guò)硬件和軟件的方法共同對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議進(jìn)行處理，解決智能化控制系統(tǒng)中多現(xiàn)場(chǎng)總線的兼容性問(wèn)題，其目的是為了能將不同現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品和諧地融入一個(gè)系統(tǒng)中，充分發(fā)揮不同產(chǎn)品的長(zhǎng)處，為那些希望使用不同廠家優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的用戶(hù)提供更大的靈活性。
通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的通用通信管理設(shè)備，由它把各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連成網(wǎng)絡(luò)，并負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上位機(jī)之間的信息傳遞。由于其是通用性的，只需通過(guò)相應(yīng)的CPU及接口電路和軟件就可以完成多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與不同廠家的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信。
4.現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器
通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器是采用模塊化結(jié)構(gòu)和多CPU工作方式來(lái)設(shè)計(jì)的，因?yàn)槟K化的結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力，為系統(tǒng)將來(lái)的升級(jí)換代帶來(lái)便利。
通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器主要由底板和插卡組成，其中底板帶有電源以及擴(kuò)展槽、固定支架、系統(tǒng)總線、信號(hào)線構(gòu)成。插卡分三種，分別為主控板、協(xié)議板、接口板，其中主控板和協(xié)議板帶CPU。主控板負(fù)責(zé)管理整個(gè)系統(tǒng)以及與上位機(jī)的通信，通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器通過(guò)RS232接口與上位機(jī)連接，主控板通過(guò)它與上位機(jī)進(jìn)行信息交換，主要包括：管理系統(tǒng)總線，給協(xié)議板和接口板分配系統(tǒng)資源，與協(xié)議板進(jìn)行信息交換，對(duì)來(lái)自協(xié)議板的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，等待上位機(jī)提取。協(xié)議板是通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器的關(guān)鍵部分，所有與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信都由它完成。協(xié)議板可以提供多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，一般一塊協(xié)議板只能進(jìn)行一種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的通信。接口板從屬于某一協(xié)議板，為協(xié)議板提供通信接口。用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，接口種類(lèi)有RS232、RS422、RS485等。通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器與上位機(jī)以及與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信都采用串行方式，而通信控制器內(nèi)部各插卡之間通過(guò)系統(tǒng)總線來(lái)完成。其中主控板與各協(xié)議板的通信采用主從式。主控板通過(guò)系統(tǒng)總線分別與協(xié)議板進(jìn)行通信，各協(xié)議板之間不能進(jìn)行通信。
通信過(guò)程如下：主控板在系統(tǒng)總線上，通過(guò)廣播方式發(fā)送協(xié)議板號(hào)來(lái)呼叫與之通信的協(xié)議板，每塊協(xié)議板上有協(xié)議板號(hào)識(shí)別電路，只有與發(fā)送的協(xié)議板號(hào)相符的協(xié)議板才響應(yīng)主控板，從而實(shí)現(xiàn)主控板與協(xié)議板的通信。當(dāng)用戶(hù)增加新的協(xié)議設(shè)備時(shí)，不必改動(dòng)硬件，只需在增加的新的協(xié)議板上設(shè)置好協(xié)議板號(hào)，并在上位機(jī)的組態(tài)中添加相應(yīng)的系統(tǒng)信息存入計(jì)算機(jī)即可。協(xié)議板和接口之間的信息傳遞通過(guò)系統(tǒng)中的局部總線來(lái)完成。
5.智能化配電系統(tǒng)
智能化配電系統(tǒng)由配各種智能化開(kāi)關(guān)柜的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件包括各種智能化開(kāi)關(guān)柜、通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器、上位控制計(jì)算機(jī)。軟件由主控程序、通訊界面和人機(jī)界面三部分組成。根據(jù)以上硬件設(shè)備的配置情況，在上位機(jī)上輸入系統(tǒng)配置信息，通過(guò)串行口傳遞給控制器主板。主控板將系統(tǒng)配置信息分類(lèi)傳遞給各協(xié)議板，各協(xié)議板收到系統(tǒng)信息后與所屬硬件設(shè)備進(jìn)行通信，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)主控板傳送到上位機(jī)，并通過(guò)主控板接受上位機(jī)命令。
5.1通訊功能
5.1.1遙訊功能：現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器向上站機(jī)報(bào)送斷路器現(xiàn)時(shí)的各項(xiàng)保護(hù)參數(shù)。
5.1.2遙測(cè)：現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器向上位機(jī)報(bào)送工作參數(shù)、故障參數(shù)，達(dá)到上位機(jī)對(duì)電力電網(wǎng)系統(tǒng)遙測(cè)的目的。
5.1.3遙調(diào)：現(xiàn)場(chǎng)總線控制器接收上位機(jī)的遙調(diào)參數(shù)來(lái)改變斷路器中智能型脫扣器的保護(hù)特性參數(shù)來(lái)達(dá)到改變電力電網(wǎng)干路參數(shù)設(shè)定值的目的
5.1.4遙控：現(xiàn)場(chǎng)總線控制器接收上位機(jī)的控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電力電網(wǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的遙控功能。
5.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：
5.2.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)為一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的由上位機(jī)主呼的主從網(wǎng)結(jié)構(gòu)（現(xiàn)場(chǎng)總線型）。
5.2.2通訊方式廣播應(yīng)答方式，半雙工類(lèi)型
4.2.3硬件接口電路類(lèi)型：RS－485、RS—232、RS—422接口電器，（具有瞬態(tài)保護(hù)或隔離型）
5.2.4通訊線路UTP雙絞線，8芯（4對(duì)），五類(lèi)通訊線，（在干擾嚴(yán)重的工業(yè)環(huán)境或線路與電力線一同敷設(shè)時(shí)可選用屏蔽線STP）
5.2.5上位機(jī)：中央處理器應(yīng)為586以上。若上位機(jī)處于干擾嚴(yán)重的工業(yè)環(huán)境中，則應(yīng)選用工控機(jī)機(jī)型。
6.結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)總線作為自動(dòng)化領(lǐng)域的一次革命，它的意義和產(chǎn)生的效益是非常巨大的。積極開(kāi)展各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的研究和應(yīng)用，特別是加強(qiáng)對(duì)于一些已有成功經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線在智能化控制系統(tǒng)中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，對(duì)于開(kāi)電氣設(shè)備制造廠家來(lái)說(shuō)可以避免很多彎路和資源浪費(fèi)，是適合我國(guó)國(guó)情的一個(gè)實(shí)用的發(fā)展途徑。
智能化控制系統(tǒng)采用多現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，全中文操作界面，具有很高的通用性和靈活性以及較低的成本，使其具有非常高性能價(jià)格比，可以使用戶(hù)方便、靈活地構(gòu)成一個(gè)實(shí)用可靠的智能化控制系統(tǒng)，其優(yōu)良的可擴(kuò)展性使其能夠適應(yīng)通信技術(shù)發(fā)展的潮流，滿足不同用戶(hù)的需要。
評(píng)論