探究融入現(xiàn)場總線技術(shù)

周海雁

（中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司,合肥 230031）

探究融入現(xiàn)場總線技術(shù)

周海雁

（中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司,合肥 230031）

現(xiàn)場總線是一種高新的通信網(wǎng)絡(luò)，它主要是將現(xiàn)場中的設(shè)備與數(shù)字化、多分支結(jié)構(gòu)以及雙向傳輸?shù)淖詣踊到y(tǒng)進行連接。本文介紹了現(xiàn)場連線中最為常見的兩種形式，它們分別為FF以及HART 的總線，對融入現(xiàn)場總線技術(shù)及其選用事項進行探究，并指出了現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢。

現(xiàn)場總線;技術(shù);探究；發(fā)展趨勢

0　引言

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展更新，導(dǎo)致了自動化行業(yè)的改革完善，并慢慢的形成了信息化的、開放自由的全自動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系。現(xiàn)場總線技術(shù)是這次自動化變革的技術(shù)支持。現(xiàn)場總線技術(shù)主要運用于自動化生產(chǎn)、微機機器設(shè)備系統(tǒng)實施數(shù)字網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。它的主要技術(shù)是利用計算機網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字通信信息化運用到自動化控制生產(chǎn)中去，形成一個完整體系的計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字通信信息系統(tǒng)。這不僅能靈活可變的、安全可靠的分散系統(tǒng)控制，還可以形成控制范圍內(nèi)的信息化共享模式，優(yōu)化生產(chǎn)模式，實現(xiàn)企業(yè)的科學(xué)管理模式，加強企業(yè)的工作效率。現(xiàn)場總線技術(shù)對技術(shù)研究、企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)的影響是全方面的，并改進完善了企業(yè)的生產(chǎn)模式，這極大的促進了社會的生產(chǎn)效率。

現(xiàn)如今，現(xiàn)場總線的技術(shù)得到了人們的廣泛關(guān)注，是一個熱點研究的課題。許多公司投入了大量的人力以及財力，對其進行了深入的研究，并爭奪了經(jīng)濟市場的份額，期望成為該領(lǐng)域的主導(dǎo)者。進而使得現(xiàn)場總線技術(shù)存在一些復(fù)雜的畫面，出現(xiàn)了多種標(biāo)準(zhǔn)的形式。為此，筆者通過對兩種形式常見的現(xiàn)場總線技術(shù)進行深入的探究，并指出該技術(shù)選用過程中所要注意的問題以及現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1　現(xiàn)場總線中的主要形式

對于現(xiàn)場總線中的技術(shù)而言，它是國內(nèi)外研究學(xué)者最為關(guān)注的話題，將現(xiàn)場總線技術(shù)作為研究的基礎(chǔ)，全數(shù)字的控制系統(tǒng)成為新世紀(jì)自動化技術(shù)的主流。IEC以及ISO對這一技術(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)化給予了廣泛的關(guān)注。在現(xiàn)場總線技術(shù)中，國際標(biāo)準(zhǔn)化存在著非常復(fù)雜的局面。在當(dāng)前，現(xiàn)場總線技術(shù)已開發(fā)了四十多種，其FF的總線以及HART的總線是當(dāng)前最具影響力。接下來，筆者將一一對它們進行闡述。

1.1 FF的總線

在二十世紀(jì)九十年代中期，現(xiàn)場總線的基金會被誕生，這一基金會主要是由研究的季候、DCS以及PLC的廠商等一百二十多個成員進行組成，它是一個非商業(yè)以及非盈利性的標(biāo)準(zhǔn)化及學(xué)術(shù)組織，組織信息工作、人員培訓(xùn)以及技術(shù)發(fā)展等一些工作。FF的總線技術(shù)結(jié)合了IEC與ISA中的標(biāo)準(zhǔn)化工作，同時還結(jié)合了一些比較成熟的技術(shù)，最終研制出了基金會中現(xiàn)場總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。FF的總線存在以下四大特征：

（1）全數(shù)字化形式的通信。這一數(shù)字信號代替了4至20毫安的DC模擬信號。而且在FCS系統(tǒng)中，從傳感器一直到調(diào)節(jié)閥門，它的信號都轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號；而在DCS系統(tǒng)中，溫度以及壓力傳感器需要將其物理量變換為4至20毫安的DC模擬信號，之后才可以送入到DCS系統(tǒng)中去。

（2）完全的分散形式。在現(xiàn)場總線當(dāng)中，它的節(jié)點一般為現(xiàn)場設(shè)備或者是現(xiàn)場的儀表，其智能設(shè)備以及儀表具有較多的功能，也就是說存在著計算、控制以及報警等。比如說，對于溫度變換器而言，它既有變換與補償?shù)墓δ埽疫€有PID的運算與控制性能。現(xiàn)場總線可以將系統(tǒng)中的一些功能分配到智能設(shè)備當(dāng)中去。

（3）可以進行互換互聯(lián)的操作。在現(xiàn)場總線技術(shù)中，將功能模塊以及參數(shù)進行標(biāo)準(zhǔn)化，進而能夠讓不同生產(chǎn)制造廠商中的現(xiàn)場設(shè)備進行互換互聯(lián)，同時還可以讓產(chǎn)品進行更新，改變DCS系統(tǒng)控制中的專用性以及封閉性。

（4）為控制過程進行的設(shè)計。現(xiàn)場總線可以加強自動化系統(tǒng)中的可靠性、安全性以及完整性。

1.2 HART的總線

對于HART的總線而言，它是應(yīng)用在現(xiàn)場控制設(shè)備與智能化儀表間的一種通信協(xié)議，可以尋找出遠程傳感器中的數(shù)據(jù)通路地址。依照“ISO或OSI”的標(biāo)準(zhǔn)形式，可以使其進行簡化，并且利用其中的兩層進行制定，也就是物理層及數(shù)據(jù)鏈路層。

（a）物理層。它對HART總線中的傳輸介質(zhì)以及信號方式有了一定的規(guī)范性。HART的通信模式可以進行多點連接或者是點對點的連接模式。其傳輸介質(zhì)通常為雙絞線，要是傳輸?shù)木嚯x比較長的話，可以將雙絞線進行屏蔽。

（b）數(shù)據(jù)鏈路層。它對數(shù)據(jù)通信的規(guī)程以及數(shù)據(jù)的幀格式進行了有效的規(guī)范。HART中的協(xié)議一般為從控或者是主控的通信協(xié)議，在系統(tǒng)當(dāng)中，主設(shè)備不超過兩個，從設(shè)備不超過十五個。

2　現(xiàn)場總線技術(shù)選用存在的主要問題

當(dāng)顧客有意購買現(xiàn)場總線的技術(shù)產(chǎn)品時，一般會遇到許多種現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)品的說明介紹，遇到這種情況時，顧客要先仔細(xì)考慮以下6大問題：

（1）認(rèn)真觀察哪些現(xiàn)場總線產(chǎn)品的銷售量最好，一般來說質(zhì)量好的產(chǎn)品銷售量就好，消費者要仔細(xì)了解產(chǎn)品的銷售量、設(shè)備運行狀況、產(chǎn)品存在的缺陷。（2）設(shè)備系統(tǒng)自身的功能能不能滿足消費者的要求。比如說，總線上的節(jié)點數(shù)量是否能滿足一般情況的使用。（3）設(shè)備硬件設(shè)施：在供應(yīng)商方面能不能賣一整套的總線技術(shù)產(chǎn)品，這是消費者要考慮的重點問題。（4）設(shè)備軟件設(shè)施：現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)品的組態(tài)、仿真、監(jiān)控等等一系列軟件設(shè)施是否全都完整，特別是現(xiàn)場總線中的監(jiān)控設(shè)施軟件，這是設(shè)施控制系統(tǒng)中最重要的軟件，它直接運用于企業(yè)生產(chǎn)和監(jiān)控中，功能完整，運用極廣。（5）整個現(xiàn)場總線運行系統(tǒng)的質(zhì)量取決于系統(tǒng)的控制算法，消費者購買時要仔細(xì)的了解軟件中是否有控制算法，是否能在設(shè)備節(jié)點上運用。（6）另外剩下的一些技術(shù)問題也要認(rèn)真的考慮，比如說，現(xiàn)場總線中的智能儀表儀器是否和運行設(shè)備匹配等一些技術(shù)性的問題，雖然不是大問題，但是一些小問題往往影響整個工程的進展。

3　現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)場總線的發(fā)展極大的促進了現(xiàn)場機器設(shè)備的計算機網(wǎng)絡(luò)化和通信信息數(shù)字化的發(fā)展，也使得現(xiàn)場控制系統(tǒng)的發(fā)展越來越好。為了促進工業(yè)工程的發(fā)展，現(xiàn)場總線在以后的發(fā)展也將體現(xiàn)在以下五個方面：

（1）現(xiàn)場總線對于一次和二次儀表的研究開發(fā)，比如說，可以簽訂開放式的通信合同，HART的優(yōu)勢在于系統(tǒng)可以在局部升級，操作簡單，運用方法便利。（2）對于現(xiàn)場總線的硬件和軟件的開發(fā)利用：整個系統(tǒng)最重點的問題就是對系統(tǒng)通信設(shè)施和開放性，這是一個十分復(fù)雜的問題，對于各個廠家的設(shè)備軟件、硬件運用到一個系統(tǒng)需要考慮許多的因素和條件，所以在進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的研制時需要特別考慮這個問題。（3）對于開發(fā)自由式的組態(tài)技術(shù)問題研究：目前來說,現(xiàn)場

表3　kp與ki的大小測試

3.3 根據(jù)轉(zhuǎn)向控制調(diào)試，由此可以得出結(jié)論見表4

（1）kp=0.6為它的正極性；（2）kp=1是轉(zhuǎn)向控P參數(shù)的理想值。綜上所述，本設(shè)計達到設(shè)計要求。

4　結(jié)語

表4　kp值的大小測試

近年來，隨著世界上智能汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，極大地滿足人們追求舒適的愿望。智能汽車行業(yè)的發(fā)展更能體現(xiàn)一個國家的綜合國力，促使了許多國家舉辦智能車大賽。[1]兩輪自平衡系統(tǒng)是一種兩輪左右平行布置結(jié)構(gòu),類似于傳統(tǒng)的倒立擺與蹊蹺板平衡系統(tǒng),本身是一個自然不穩(wěn)定體。本文中雙輪自平衡小車在智能車中有著獨特的優(yōu)勢，簡單、方便、快捷以及在轉(zhuǎn)彎時的靈活性在智能車行業(yè)的發(fā)展有著不可替代的作用。

[1]蔣緯洋,鄧遲,肖曉萍.兩輪自平衡小車系統(tǒng)制作研究[J].國外電子測量技術(shù),2012.31(06):76-79.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.241