现场总线操控技能特色及选用主张

　　1　导言
　　现场总线(Fieldbus)技能是完结现场级操控设备数字化通讯一种工业现场层网络通讯技能;是一次工业现场级设备通讯数字化革新。计算机技能、通讯技能、操控技能开展,使这种全数字化、全涣散式、全敞开可互操作和敞开式互联网络新一代现场总线操控体系(FCS)到长足开展。它与智能化现场设备相结合充分体现现场总线操控体系优越性。现场总线优越性是无庸置疑,它各个职业运用也是来势汹涌。咱们重视它开展动态,是很有含义。
　　
　　2　现场总线技能概念
　　现在,公认现场总线技能概念描绘如下:现场总线是设备出产进程区域现场设备/外表与操控室内主动操控设备/体系之间一种串行、数字式、多点通讯数据总线。其间,“出产进程”包含断续出产进程和接连出产进程两类。,现场总线是以单个涣散、数字化、智能化丈量和操控设备作为网络节点,用总线相衔接,完结相互交换信息,共同完结主动操控功用网络体系与操控体系。
　　
　　3　根据现场总线操控体系首要特色
　　与传统模仿外表操控体系及其它现场总线外表比较,现场总线及现场总线操控体系以下几方面具有极大优势。
　　3.1　体系结构大大简化,下降体系及工程本钱
　　传统操控体系(如DCS)与模仿外表间保持着1对1衔接办法,每个现场外表到操控体系都需求运用一对传输线,单向传输一个模仿信号。
　　这种结构,现场需求运用I/O模块、接线盒、电缆;操控室又要运用很多电缆、端子排。外表到体系衔接环节多,导致设备费用高,占用空间大,接线杂乱,设备费用高,工程周期长,保护困难。
　　现场总线外表与操控体系之间选用是一对N衔接办法,一对传输线可接N台设备,双向传输多个信号。这种结构节约很多电缆,无需运用I/O模块、接线盒和很多端子排,使接线大大简化,削减由接线点构成不牢靠要素。设备占用空间小,设备费用低,工程周期短,保护便利,体系扩展简略。
　　3.2　真实涣散操控
　　现场总线操控体系将传统操控体系操控功用涣散到现场外表模块中,现场设备和外表就构成操控回路,不再如今天进程主动操控结构以DCS为中心,不再依赖于操控室,取消了I/O单元与操控站,完结彻底涣散。现场操控回路中,变送器具有信号变送、补偿等功用,还有I/O、PID调理和运算功用;履行机构具有信号转化和履行功用,还可内含输出特性校验和补偿功用,也能够有PID操控和运算功用。各种功用都被模块化做成功用块,用户可需求选用功用块设备现场设备和外表中,操控功用块可放变送器模块中,也能够放履行器模块中,或二者均设置,完结冗余操控。操控体系仍可对进程进行长途监控,对现场外表和设备进行线组态、调校等,一起还可用操控体系完结一些杂乱操控和办理功用。这样进步体系牢靠性、自治性和灵敏性。
　　3.3　敞开式、互操作性、可保护性、可集成性
　　不同厂家产品运用同一总线规范,就具有互操作性、互换性,设备具有很好可集成性。体系为敞开式,答应其它厂商将自己特长操控技能,如操控算法、工艺流程、配方等集成到通用体系中去,,商场上将有许多面向职业特色监控体系。相同也增强了现场级信息集成才能,现场总线可从现场设备获取很多丰厚信息,能够更好满意工厂主动化及CIMS体系信息集成要求。现场总线是数字化通讯网络,它不单纯替代4～20mA信号,还可完结现场级设备线毛病诊断、报警、记载功用,可完结现场设备长途参数设定、修正等参数化作业,也增强了体系可保护性。根据现场总线主动化监控体系选用计算机数字化通讯技能,使自控体系与设备参加工厂信息网络,构成企业信息网络底层,使企业信息沟通掩盖规划一向延伸到出产现场。
　　CIMS体系中,现场总线是工厂计算机网络到现场级设备延伸,是支撑现场级信息集成技能根底。
　　3.4　对环境高度适应性
　　现场总线是专为工业现场规划,它能够运用双绞线、同轴电缆、光缆、电力线和无线办法来传送数据,具有很强抗干扰才能。常用数据传输线是廉价双绞线,并答应现场设备利用数据通讯线进行供电,还能满意实质安全防爆要求。
　　3.5　规划可变操控体系和灵敏网络拓扑结构
　　传统DCS或PLC分大、中、小规划和类型,添加设备时要添加电缆、I/O接口及接线牌,添加操控器,对不同体系还要选用不同计算机语言等进行组态,体系扩展给规划和施工带来许多不方便。
　　现场总线操控体系选用彻底涣散式结构,体系功用单元模块化,功用块内嵌于现场总线设备和外表或操控器中,现场设备和外表作为节点相等挂接现场总线上,是相对抱负状况,从几个回路到几百个回路均可。添加操控回路或单元,只需将设备挂接到网络节点上,功用强大软件可帮咱们敏捷组态现场设备,并投入工作,体系扩展非常简略,故被称为规划可变操控体系。现场总线操控体系能够杂乱现场状况组成不同网络拓扑结构,如树型、星型、总线型和层次化网络结构等。
　　能够说,开发性、涣散性和低本钱是现场总线最明显三大特征。一些特别职业、特别要求下,现场总线对环境适应性以及选用灵敏网络结构是很有必要。比方危险区域,要求现场设备防爆;惯例防爆办法会约束能量来防止电磁感应发生火花能量。这样与现场总线首要长处就有了冲突,约束能量(运用本安办法),那么,每个总线分支上答应衔接现场设备就会大大削减。又比方总线选用线状结构,一条总线支路电缆断了,这个支路就瘫痪了;选用网状结构,断了一两条支路,信息还能够其他途径传递,体系功用会下降,但不会瘫痪。
　　
　　4　首要现场总线简介
　　现场总线开展敏捷,现正处于群雄并起、百家争鸣阶段,现在已开宣布40多种现场总线,具有影响力有4种。
　　4.1　基金会现场总线FF(FoundationFieldbus)
　　基金会现场总线是世界上几家现场总线剧烈竞赛后构成一种现场总线,由现场总线基金会推出。与私有网络总线协议不同,FF总线不附归于任何一个企业或国家。其总线体系结构是参照ISOOSI模型中物理层、数据链路层和运用层,并添加了用户层而建立起来通讯模型。FF到了世界上简直一切闻名外表制作商支撑,一起恪守IEC协议规划,与IEC现场总线世界规范和草案底子-致。FF总线供给了Hl和H2两种物理层规范。Hl是用于进程操控低速总线,
　　传输速率为31.25kbps,传输间隔为200m、450m、1200m、1900m四种(加中继器能够延伸),可用总线供电,支撑实质安全设备和非实质安全总线设备。H2为高速总线,刚开始FF对H2构想为1Mbps(此刻传输间隔为750m)或2.5Mbps(此刻传输间隔为500m)。后来会议中决议改为以100Mbps以太网为根底,并称为高速以太网现场总线HSE(HighSpeedEthernetFieldbus)。H1和H2每段节点数可达32个,运用中继器后可达240个,Hl和H2可网桥互连。FF杰出特色设备互操作性、改进进程数据、更早猜测保护及牢靠安全性。现在,FF现场总线运用范畴以进程主动化为主。如:化工、电力厂试验体系、废水处理、油田等职业。
　　4.2　进程现场总线Profibus
　　Profibus是由Siemens公司提出并竭力倡议,己先后成为德国国家规范DIN19245和欧洲规范EN50170,是一种敞开而独立总线规范,机械制作、工业进程操控、智能建筑中充任通讯网络。
　　Profibus由Profibus–PA、Profibus–DP和Profibus-FMS三个系列组成。Profibus–PA(ProcessAutomation)用于进程主动化低速数据传输,其底子特性同FFH1总线,能够供给总线供电和实质安全,并到了专用集成电路(ASIC)和软件支撑。Profibus–DP与Profibus–PA兼容,底子特性同FFH2总线,可完结高速传输,适用于涣散外部设备和自控设备之间高速数据传输,用于衔接Profibus–PA和加工主动化。Profibus–FMS适用于一般主动化中速数据传输,首要用于传感器、履行器、电气传动、PLC、纺织和楼宇主动化等。后两个系列选用RS485通讯规范,传输速率从9.6kbps到12Mbps,传输间隔从1200m到100m(与传输速率有关)。介质存取操控底子办法为主站之间令牌办法和主站与从站之间主从办法,以及归纳这两种办法混合办法。
　　4.3　Lonwoks总线
　　Lonworks现场总线全称为LonworksNetWorks,即分布式智能操控网络技能,期望推出能够适宜各种现场总线运用场合测控网络。智能节点和LonTalk通讯协议是LonWorks现场总线根底,前者支撑涣散化、智能化特征,后者满意了现场智能节点之间无拥塞、快速安全通讯要求。它最大特色是全涣散智能监控,赋予现场智能节点更大自主权,大部分使命就完结,上位机只起体系制作、组态和保护效果。建立好体系能够脱离上位机正常工作,上位机成为“虚拟主机”。现在LONWORKS运用规划广泛,首要包含工业操控、楼宇主动化、数据收集、SCADA体系等。国内首要运用于楼宇主动化方面。
　　4.4　CANBUS现场总线
　　CANBUS现场总线已由ISO/TC22技能委员会同意为世界规范IOS11898(通讯速率小于1Mbps)和ISO11519(通讯速率小于125kbps)。它协议是作业站现场总线———智能现场设备两层多主结构网络。它具有规范通讯协议,敞开性功用好;无损结构逐位裁定办法进行总线优先权拜访;强有力错误处理才能,毛病节点主动脱离总线;有较强网络抗干扰才能等特色。CANBUS首要产品运用于轿车制作、公共交通车辆、机器人、液压体系、涣散型I/O。别的电梯、医疗器械、东西机床、楼宇主动化等场合均有所运用。
　　
　　5　怎么挑选现场总线主张
　　(1)是否选用现场总线。任何范畴,没有实践运用过“新鲜事物”,人们往往抱着一种置疑和慎重情绪,更从前运用是一种比较老练技能或产品。可现场总线规范日益细化,现场总线体系产品逐步完善,使它危险涣散、操控层敞开、本钱下降等各方面优越性日益突现,挑选运用现场总线厂家和项目逐步增多。
　　另,前史原因,我国工控职业界如PLC、DCS落后于国外,底子原因是国外少量几家大公司为保证其独占运营位对其工控产品选用封闭式结构,我国对其要害中心技能引进消化后方可把握。现场总线技能敞开性战略无疑为我国工控界世界商场上开展带来了一个千载一时相等竞赛时机。咱们应当紧紧抓住这一关键,首先推出有我国自己现场总线产品,创始我国自己世界工控产品名牌。
　　(2)挑选规范。现现场总线规范比较多样化,与各个职业习气不同有关。咱们应该挑选本职业里占有比例比较大、实践运用中取杰出效果规范。这样将来世界规范化安排科学技能飞速开展现状及厂商用户对规范拟定要求,对规范拟定及同意手续作出相应改动,并供认存所谓事实上规范———即那些商场中已占有较大比例、具有很大用户成功运用经历技能标规范。
　　(3)挑选总线产品。现在世界上现场总线
　　群雄并起局势下,用户应从实践运用工程特色出发去挑选。没有一种可一应俱全、适宜一切运用范畴现场总线技能和产品。应着重调查这种总线本职业中运用成绩。如制作业主动化、电力主动化及进程操控主动化三个范畴,数据实时呼应要求方面就大不一样。当然用户可尽量挑选世界知名度大、具有用户多、产品运用根底好公司产品,这些公司现场总线技能被世界规范选用可能性大,售后服务好,及无缝晋级产品时机大。
　　针对船只职业要求安全性高、实用性强、监控点多、监控物理量类型多等特色,多年实践运用根底和长辈引荐,一般选用LonWorks或CANBUS现场总线结构是比较适宜。
　　针对海洋渠道运用中进程操控接连工作才能要求,及其体系规划中着重“毛病—安全”性和惯用总线规范,一般选用FF或ProfiBus这两种总线结构。
　　
　　6　结束语
　　现场总线技能克服了模仿外表和传统操控体系(如DCS:集散操控体系)技能上和运用中各种缺点,带来了传统操控技能所无法比拟长时间效益。选用现场总线时,要拟定出自己关键,挑选适用现场总线规范和产品。