探究融入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

周海雁

（中國(guó)大唐集團(tuán)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(chǎng)總線技術(shù)

周海雁

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

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種高新的通信網(wǎng)絡(luò)，它主要是將現(xiàn)場(chǎng)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?dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行連接。本文介紹了現(xiàn)場(chǎng)連線中最為常見(jiàn)的兩種形式，它們分別為FF以及HART 的總線，對(duì)融入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其選用事項(xiàng)進(jìn)行探究，并指出了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

現(xiàn)場(chǎng)總線;技術(shù);探究；發(fā)展趨勢(shì)

0　引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展更新，導(dǎo)致了自動(dòng)化行業(yè)的改革完善，并慢慢的形成了信息化的、開(kāi)放自由的全自動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是這次自動(dòng)化變革的技術(shù)支持。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)主要運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)、微機(jī)機(jī)器設(shè)備系統(tǒng)實(shí)施數(shù)字網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。它的主要技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字通信信息化運(yùn)用到自動(dòng)化控制生產(chǎn)中去，形成一個(gè)完整體系的計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)企業(yè)的科學(xué)管理模式，加強(qiáng)企業(yè)的工作效率。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)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(jìn)完善了企業(yè)的生產(chǎn)模式，這極大的促進(jìn)了社會(huì)的生產(chǎn)效率。

現(xiàn)如今，現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)得到了人們的廣泛關(guān)注，是一個(gè)熱點(diǎn)研究的課題。許多公司投入了大量的人力以及財(cái)力，對(duì)其進(jìn)行了深入的研究，并爭(zhēng)奪了經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的份額，期望成為該領(lǐng)域的主導(dǎo)者。進(jìn)而使得現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)存在一些復(fù)雜的畫(huà)面，出現(xiàn)了多種標(biāo)準(zhǔn)的形式。為此，筆者通過(guò)對(duì)兩種形式常見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行深入的探究，并指出該技術(shù)選用過(guò)程中所要注意的問(wèn)題以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1　現(xiàn)場(chǎng)總線中的主要形式

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線中的技術(shù)而言，它是國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者最為關(guān)注的話題，將現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)化技術(shù)的主流。IEC以及ISO對(duì)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(chǎng)總線技術(shù)中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化存在著非常復(fù)雜的局面。在當(dāng)前，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已開(kāi)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(lái)，筆者將一一對(duì)它們進(jìn)行闡述。

1.1 FF的總線

在二十世紀(jì)九十年代中期，現(xiàn)場(chǎng)總線的基金會(huì)被誕生，這一基金會(huì)主要是由研究的季候、DCS以及PLC的廠商等一百二十多個(gè)成員進(jìn)行組成，它是一個(gè)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(shí)還結(jié)合了一些比較成熟的技術(shù)，最終研制出了基金會(huì)中現(xiàn)場(chǎng)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(hào)代替了4至20毫安的DC模擬信號(hào)。而且在FCS系統(tǒng)中，從傳感器一直到調(diào)節(jié)閥門(mén)，它的信號(hào)都轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；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(hào)，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(chǎng)總線當(dāng)中，它的節(jié)點(diǎn)一般為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者是現(xiàn)場(chǎng)的儀表，其智能設(shè)備以及儀表具有較多的功能，也就是說(shuō)存在著計(jì)算、控制以及報(bào)警等。比如說(shuō)，對(duì)于溫度變換器而言，它既有變換與補(bǔ)償?shù)墓δ埽疫€有PID的運(yùn)算與控制性能。現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行互換互聯(lián)的操作。在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中，將功能模塊以及參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而能夠讓不同生產(chǎn)制造廠商中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行互換互聯(lián)，同時(shí)還可以讓產(chǎn)品進(jìn)行更新，改變DCS系統(tǒng)控制中的專(zhuān)用性以及封閉性。

（4）為控制過(guò)程進(jìn)行的設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)總線可以加強(qiáng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的可靠性、安全性以及完整性。

1.2 HART的總線

對(duì)于HART的總線而言，它是應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)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(jìn)行簡(jiǎn)化，并且利用其中的兩層進(jìn)行制定，也就是物理層及數(shù)據(jù)鏈路層。

（a）物理層。它對(duì)HART總線中的傳輸介質(zhì)以及信號(hào)方式有了一定的規(guī)范性。HART的通信模式可以進(jìn)行多點(diǎn)連接或者是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(zhǎng)的話，可以將雙絞線進(jìn)行屏蔽。

（b）數(shù)據(jù)鏈路層。它對(duì)數(shù)據(jù)通信的規(guī)程以及數(shù)據(jù)的幀格式進(jìn)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(guò)兩個(gè)，從設(shè)備不超過(guò)十五個(gè)。

2　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)選用存在的主要問(wèn)題

當(dāng)顧客有意購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)產(chǎn)品時(shí)，一般會(huì)遇到許多種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)品的說(shuō)明介紹，遇到這種情況時(shí)，顧客要先仔細(xì)考慮以下6大問(wèn)題：

（1）認(rèn)真觀察哪些現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的銷(xiāo)售量最好，一般來(lái)說(shuō)質(zhì)量好的產(chǎn)品銷(xiāo)售量就好，消費(fèi)者要仔細(xì)了解產(chǎn)品的銷(xiāo)售量、設(shè)備運(yùn)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(fèi)者的要求。比如說(shuō)，總線上的節(jié)點(diǎn)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(mài)一整套的總線技術(shù)產(chǎn)品，這是消費(fèi)者要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。（4）設(shè)備軟件設(shè)施：現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(yùn)用于企業(yè)生產(chǎn)和監(jiān)控中，功能完整，運(yùn)用極廣。（5）整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)行系統(tǒng)的質(zhì)量取決于系統(tǒng)的控制算法，消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)時(shí)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(diǎn)上運(yùn)用。（6）另外剩下的一些技術(shù)問(wèn)題也要認(rèn)真的考慮，比如說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線中的智能儀表儀器是否和運(yùn)行設(shè)備匹配等一些技術(shù)性的問(wèn)題，雖然不是大問(wèn)題，但是一些小問(wèn)題往往影響整個(gè)工程的進(jìn)展。

3　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展極大的促進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器設(shè)備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化和通信信息數(shù)字化的發(fā)展，也使得現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的發(fā)展越來(lái)越好。為了促進(jìn)工業(yè)工程的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線在以后的發(fā)展也將體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)于一次和二次儀表的研究開(kāi)發(fā)，比如說(shuō)，可以簽訂開(kāi)放式的通信合同，HART的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)可以在局部升級(jí)，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)用方法便利。（2）對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線的硬件和軟件的開(kāi)發(fā)利用：整個(gè)系統(tǒng)最重點(diǎn)的問(wèn)題就是對(duì)系統(tǒng)通信設(shè)施和開(kāi)放性，這是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，對(duì)于各個(gè)廠家的設(shè)備軟件、硬件運(yùn)用到一個(gè)系統(tǒng)需要考慮許多的因素和條件，所以在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的研制時(shí)需要特別考慮這個(gè)問(wèn)題。（3）對(duì)于開(kāi)發(fā)自由式的組態(tài)技術(shù)問(wèn)題研究：目前來(lái)說(shuō),現(xiàn)場(chǎng)

表3　kp與ki的大小測(cè)試

3.3 根據(jù)轉(zhuǎn)向控制調(diào)試，由此可以得出結(jié)論見(jiàn)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(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4　結(jié)語(yǔ)

表4　kp值的大小測(cè)試

近年來(lái)，隨著世界上智能汽車(chē)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(chē)行業(yè)的發(fā)展更能體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力，促使了許多國(guó)家舉辦智能車(chē)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(lèi)似于傳統(tǒng)的倒立擺與蹊蹺板平衡系統(tǒng),本身是一個(gè)自然不穩(wěn)定體。本文中雙輪自平衡小車(chē)在智能車(chē)中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)單、方便、快捷以及在轉(zhuǎn)彎時(shí)的靈活性在智能車(chē)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(chē)系統(tǒng)制作研究[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2012.31(06):76-79.

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