从原理到运行 现场总线技术及控制系统 (运行原理怎么写)

吴志扬

宣布于：2002-02-2502:15:00楼主现场总线技术及控制系统中南大学信息工程学院彭可邹润民陈岚摘要文章引见了现场总线的概念,回忆了其发生及开展历程，剖析了现场总线控制系统相关于集散控制系统的特点和好处。针对以后盛行的几种现场总线，简明引见了各自的技术特征，指出控制系统的开明互连是开展的肯定。关键词现场总线集散控制系统散布式控制FCSDCS开明式互连系统1前言七十年代以前，控制系统中驳回模拟量对传输及控制信号启动转换、传递，其精度差、受搅扰信号影响大，因此整个控制系统的控制成果及系统稳固性都很差。七十年代末，随着大规模集成电路的出现，微解决器技术失掉很大开展。微解决器配置强、体积小、牢靠性高、经过适当的接口电路用于控制系统，控制成果失掉提高；然而虽然如此，还是属于集中式控制系统。随着环节控制技术、智能化仪表技术和计算机网络技术的成熟和开展，控制畛域又出现了一次性技术改革。这次改革使传统的控制系统（如集散控制系统）无论在结构上还是在性能上都出现了渺小的飞跃，这次改革的基础就是现场总线技术的发生。现场总线是衔接现场智能设施和智能化控制设施的双向串行、数字式、多节点通讯网络，它也被称为现场底层设施控制网络（INFRANET）。80年代以来，各种现场总线技术开局出现，人们要求对传统的模拟仪表和控制系统改革的呼声也越来越高，从而使现场总线成为一次性环球性的技术改革浪潮。美国仪表协会(ISA)于1984年开局制定现场总线规范，在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等，各种现场总线规范陆续构成。其中重要的有：基金会现场总线FF（FoundationFieldbus）、控制局域网络CAN（ControllerAreaNetwork）、部分操作网络LonWorks（LocalOperatingNetwork）、环节现场总线PROFIBUS（ProcessFieldBus）和HART协定(HighwayAddressableRemoteTransducer)等。然而，总线规范的制定上班并非善报多磨，因为行业与地区开展等历史要素，加上各公司和企业个人受自身利益的驱使，以至现场总线的国际化规范上班停顿缓慢。然而不论如何，制定繁多的开明国际现场总线规范是开展的肯定。2以后盛行的几类现场总线2.1基金会现场总线FF基金会现场总线FF是在环节智能化畛域失掉宽泛允许和具有良好开展前景的一种技术。其前身是以美国Fisher－Rosemount公司为首，联结Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协定和以Honeywell公司为首，联结欧洲等地150家公司制定的WorldFIP协定。这两大个人于1994年9月兼并，成立了现场总线基金会，努力于开收回国际上一致的现场总线协定。基金会现场总线分为H1和高速H2两种通讯速率。H1的传输速率为31.25Kbps，通讯距离可达1.9km，可允许总线供电和实质安保防暴环境。H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，通讯距离为750m和500m。物理传输介质可为双绞线、光缆和无线，其传输信号驳回曼切斯特编码。基金会现场总线以ISO/OSI开明系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、运行层为FF通讯模型的相应档次，并在运行层上参与了用户层。用户层重要针对智能化测控运行的须要，定义了信息存取的一致规则，驳回设施形容言语规则了通用的配置块集。FF总线包含FF通讯协定、ISO模型中的2～7层通讯协定的通栈、用于形容设施个性及操作接口的DDL设施形容言语、设施形容字典，用于成功测量、控制、工程量转换的运行配置块，成功系统组态治理配置的系统软件技术以及构筑集成智能化系统、网络系统的系统集成技术。2.2CAN总线CAN总线最早是由德国Bosch公司推出，用于汽车外部测量与口头部件之间的数据通讯协定。其总线规范已被ISO国际规范组织制定为国际规范，并且宽泛运行于团圆控制畛域。它也是基于OSI模型，但启动了提升，驳回了其中的物理层、数据链路层、运行层，提高了实时性。其节点有优先级设定，允许点对点、一点对多点、广播形式通讯。各节点可随时发送信息。传输介质为双绞线，通讯速率与总线长度无关。CAN总线驳回短信息报文，每一帧有效字节数为8个；当节点出错时，可智能封锁，抗搅扰才干强，牢靠性高。2.3LonWorks总线LonWorks技术是美国ECHELON公司开发，并与Motorola和东芝公司独特提倡的现场总线技术。它驳回了OSI参考模型所有的七层协定结构。LonWorks技术的外围是具有通讯和控制配置的Neuron芯片。Neuron芯片成功完整的LonWorks的LonTalk通讯协定。其上集成有三个8位CPU。一个CPU成功OSI模型第一和第二层的配置，称为介质访问解决器。一个CPU是运行解决器，运转操作系统与用户代码。还有一个CPU为网络解决器，作为前两者的中介，它启动网络变量寻址、降级、门路选用、网络通讯治理等。由神经芯片构成的节点之间可以启动平等通讯。LonWorks允许多种物理介质并允许多种拓扑结构，组网形式灵敏，其IS－78本安物理通道使得它可以运行于风险区域。LonWorks运行范围重要包含楼宇智能化、工业控制等，在组建散布式监控网络方面有较优越的性能。2.4PROFIBUS总线PROFIBUS是合乎德国国度规范DIN19245和欧洲规范EN50179的现场总线，包含PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA三部分。它也只驳回了OSI模型的物理层、数据链路层、运行层。PROFIBUS允许主从形式、纯主形式、多主多从通讯形式。主站对总线具有控制权，主站间经过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、失掉信息。PROFIBUS－DP用于扩散外设间的高速数据传输，适宜于加工智能化畛域。FMS型实用于纺织、楼宇智能化、可编程控制器、高压开关等。而PA型则是用于环节智能化的总线类型。2.5HART总线HART协定是由Rosemount公司于1986年提出的通讯协定。它是用于现场智能仪表和控制室设施间通讯的一种协定。它包含ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和运行层。HART通讯可以有点对点或多点衔接形式。这种协定是可寻址远程传感器高速通道的开明通讯协定，其特点是在现有模拟信号传输线上成功数字信号通讯，属于模拟系统向数字系统转变环节中的过渡产品，因此在以后的过渡时间具有较强市场竞争力，在智能仪表市场上占有很大的份额。3现场总线控制系统（FCS）的结构与特点3.1结构随着现场总线技术的出现和成熟，促使了控制系统由集散控制系统（DCS）向现场总线控制系统（FCS）的过渡。在普通的FCS系统中，遵照肯定现场总线协定的现场仪表可以组成控制回路，使控制站的部分控制配置下移扩散到各个现场仪表中。从而减轻了控制站累赘，使得控制站可以专职于口头复杂的上档次的控制算法。关于繁难的控制运行，甚至可以把控制站敞开，在控制站的位置代之以起衔接现场总线作用的网桥和集线器，操作站间接与现场仪表相连，构成散布式控制系统。3.2特点散布式的FCS系统比DCS系统更好地表现了信息集中，控制扩散"的思维。与传统的DCS相比，FCS有其自身的特点。FCS系统具有高度的扩散性，它可以由现场设施组成自治的控制回路。现场仪表或设施具有高度的智能化与配置自主性，可成功控制的基本配置，并可以随时诊断设施的运转状况。另外，FCS的结构比DCS简化。有的FCS系统省略了DCS中控制站这一层，操作站间接与现场仪表相连。这些使FCS的牢靠性失掉提高。现场总线系统具有开明性。系统对关系规范具有分歧性、地下性，强调对规范的共识与听从。通讯协定分歧地下，各不同厂家的设施之间可成功信息交流，经过现场总线可构筑智能化畛域的开明互连系统。系统的开明性选择了它具有互操作性和互用性。互操作性指互连设施间、系统间信息传送与沟通；而互用则象征着不同消费厂家的性能相似的设施可成功相互交流。作为工厂网络底层的现场总线还对现场环境有较强地顺应性。它允许双绞线、同轴电缆、光缆、无线和电力线等，具有较强的抗搅扰才干。因为结构上的扭转，FCS比DCS更浪费配件设施。经常使用FCS可以缩小少量的隔离器、端子柜、I/O卡及I/O端口，这样就节俭了I/O装置及装置室的空间；同时缩小了少量电缆，可以极大地节俭装置费用。与此同时，FCS比DCS性能有所提高。因为免去了D/A与A/D变换，使仪表精度失掉极大的提高；经过将PID配置植入到相应的智能传感器中去，使控制周期大为缩短。目前FCS可以从DCS的每秒调理2～5次参与到每秒调理10～20次，改善了调理性能。FCS控制系统与DCS控制系统结构比拟见图1。3.3现场总线的好处因为现场总线的以上特点，特意是其系统结构的简化，使其从设计、装置、投运到反常消费运转及检修保养，都表现出优越性。它不只节俭了配件数量与投资，节俭了装置费用，而且系统的保养开支也大大地降落。现场总线控制系统不只准确度与牢靠性高，在繁难经常使用和保养性方面，FCS也比DCS有好处。FCS经常使用一致的组态形式，装置、运转、培修简便；应用智能化现场仪表，使培修预告（Predictedmaintenance）成为或者；因为系统具有互操作性和互用性，用户可以自在选用不同品牌的设施到达最佳的系 收藏 约请回答 回复楼主 投诉