現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)

【摘 要】現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的出現(xiàn)給自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)了又一次革命，讓工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。并且隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展，基于傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)開(kāi)始了相互融合，這也是工業(yè)控制系統(tǒng)最直接的變革。

【關(guān)鍵詞】 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)；通信技術(shù)；工業(yè)控制

一、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的概念

按照國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）61158標(biāo)準(zhǔn)的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用在制造過(guò)程區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)安裝與控制室內(nèi)自動(dòng)裝置之間的串行、多點(diǎn)通信、數(shù)字式的數(shù)據(jù)總線(xiàn)。它是將自動(dòng)化最低層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通信網(wǎng)絡(luò)，它遵循ISO開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型的部分或全部通信協(xié)議。因?yàn)楣I(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較復(fù)雜，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)裝置、智能儀表以及通信網(wǎng)絡(luò)的各種干擾也是多方面的，而工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于控制的實(shí)時(shí)性要求很高。因此決定了現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)有不同于一般總線(xiàn)的特點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可以促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的智能化、控制系統(tǒng)的開(kāi)放化、控制功能的智能化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

二、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)是應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)層的一種全新的分布式控制系統(tǒng)，除了控制單元以外還包括人機(jī)接口/終端、執(zhí)行器、傳感器和各種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，此外智能傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制設(shè)備的使用正在逐漸增加。由于不同的自動(dòng)化層對(duì)通信系統(tǒng)的要求也大不相同，因此使用按照層劃分的不同層的子系統(tǒng)的組合要比使用單個(gè)通用總線(xiàn)更適合。我們根據(jù)不同的自動(dòng)化層的要求，使用了不同的通信系統(tǒng)如圖1所示。

其中，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)作為工廠(chǎng)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的最底層——現(xiàn)場(chǎng)層，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備裝置之間的互聯(lián)互通，并使生產(chǎn)過(guò)程的控制與更高的管理層緊密連接在一起。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)中的輸入輸出節(jié)點(diǎn)雖然有許多不同的類(lèi)型，但在應(yīng)用中最常用的是24V直流的2線(xiàn)、3線(xiàn)傳感器或機(jī)械觸點(diǎn)，適合于直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)。另一個(gè)節(jié)點(diǎn)是端子式節(jié)點(diǎn)，獨(dú)立的輸入/輸出端子塊安裝在DIN導(dǎo)軌上，并連接著一個(gè)總線(xiàn)耦合器。該總線(xiàn)直流耦合器是連接總線(xiàn)的網(wǎng)關(guān)。這種類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)是開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)，其防護(hù)等級(jí)為IP20，它必須安裝在機(jī)箱中。端子式輸入/輸出系統(tǒng)包含有許多種開(kāi)關(guān)量與模擬量輸入/輸出模塊，以及串行通訊、高速計(jì)數(shù)與監(jiān)控模塊。端子式輸入/輸出系統(tǒng)可以獨(dú)立使用也可以結(jié)合使用。而節(jié)點(diǎn)地址連接一個(gè)輔助電源，該電源用于驅(qū)動(dòng)電磁閥和其他的電器設(shè)備。通過(guò)將輔助電器與總線(xiàn)電源分開(kāi)可以極大地降低在總線(xiàn)信號(hào)中的噪音。另外大部分總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)可以診斷出電器設(shè)備中的短路狀態(tài)并且報(bào)告給主控器，即使發(fā)生短路也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的通訊。普通傳感器等現(xiàn)場(chǎng)裝置可以通過(guò)輸入輸出模塊連接到現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)工程中，也可以單獨(dú)裝入總線(xiàn)通訊接口，連接到總線(xiàn)系統(tǒng)中。采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的最大優(yōu)點(diǎn)是提高了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的設(shè)備診斷、配置功能以及網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)。

三、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)控制的特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)是一種全分布式、全開(kāi)放性和全數(shù)字的系統(tǒng)，解決了分布式控制系統(tǒng)的不足。在采用現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，用于生產(chǎn)管理的局域網(wǎng)能夠與用于自動(dòng)控制的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)緊密連接，為企業(yè)提供了全面的解決方案。它作為一種數(shù)字化的串行網(wǎng)絡(luò)，具有良好的抗干擾能力，大大的提高了控制系統(tǒng)的可靠性，并且現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表可以擺脫傳統(tǒng)儀表功能單一的制約，可以在一個(gè)儀表中集成更多功能，做成集成運(yùn)算、控制、檢測(cè)為一體的變送控制器，實(shí)現(xiàn)多回路，多變量的控制。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力和通信能力，提高了對(duì)于各種參數(shù)、信號(hào)的處理能力，并能夠提供運(yùn)行控制信息，便于人員更好的掌握設(shè)備的運(yùn)行生產(chǎn)狀況。

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)不僅是一種通信技術(shù)，它實(shí)際上融入了智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和開(kāi)放系統(tǒng)互連等技術(shù)的精髓所有這些特點(diǎn)使得以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為技術(shù)基礎(chǔ)的FCS相對(duì)于傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)具有巨大的優(yōu)越性：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，成本降低；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自治性加強(qiáng)，系統(tǒng)性能全面提高；提高了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院途龋徽嬲龑?shí)現(xiàn)全分散的控制網(wǎng)絡(luò)；用戶(hù)始終擁有系統(tǒng)集成權(quán)。

參考文獻(xiàn)

[1]周立功.ICAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)原理與應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007

[2]周志民.《現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)》.2007