現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

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

【關鍵詞】 現(xiàn)場總線；通信技術；工業(yè)控制

一、現(xiàn)場總線的概念

按照國際電工委員會（IEC）61158標準的定義，現(xiàn)場總線是應用在制造過程區(qū)域現(xiàn)場安裝與控制室內(nèi)自動裝置之間的串行、多點通信、數(shù)字式的數(shù)據(jù)總線。它是將自動化最低層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設備互連的實時控制通信網(wǎng)絡，它遵循ISO開放系統(tǒng)互連參考模型的部分或全部通信協(xié)議。因為工業(yè)控制現(xiàn)場的環(huán)境比較復雜，對于現(xiàn)場裝置、智能儀表以及通信網(wǎng)絡的各種干擾也是多方面的，而工業(yè)控制現(xiàn)場對于控制的實時性要求很高。因此決定了現(xiàn)場網(wǎng)絡總線有不同于一般總線的特點。現(xiàn)場總線技術可以促進現(xiàn)場儀表的智能化、控制系統(tǒng)的開放化、控制功能的智能化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)領域的技術發(fā)展趨勢。

二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結構

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是應用在現(xiàn)場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接口/終端、執(zhí)行器、傳感器和各種復雜的驅(qū)動系統(tǒng)，此外智能傳感器測量轉換器、驅(qū)動系統(tǒng)和控制設備的使用正在逐漸增加。由于不同的自動化層對通信系統(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通用總線更適合。我們根據(jù)不同的自動化層的要求，使用了不同的通信系統(tǒng)如圖1所示。

其中，現(xiàn)場總線系統(tǒng)作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡的最底層——現(xiàn)場層，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程現(xiàn)場設備裝置之間的互聯(lián)互通，并使生產(chǎn)過程的控制與更高的管理層緊密連接在一起。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的輸入輸出節(jié)點雖然有許多不同的類型，但在應用中最常用的是24V直流的2線、3線傳感器或機械觸點，適合于直接安裝在現(xiàn)場。另一個節(jié)點是端子式節(jié)點，獨立的輸入/輸出端子塊安裝在DIN導軌上，并連接著一個總線耦合器。該總線直流耦合器是連接總線的網(wǎng)關。這種類型的節(jié)點是開放式的結構，其防護等級為IP20，它必須安裝在機箱中。端子式輸入/輸出系統(tǒng)包含有許多種開關量與模擬量輸入/輸出模塊，以及串行通訊、高速計數(shù)與監(jiān)控模塊。端子式輸入/輸出系統(tǒng)可以獨立使用也可以結合使用。而節(jié)點地址連接一個輔助電源，該電源用于驅(qū)動電磁閥和其他的電器設備。通過將輔助電器與總線電源分開可以極大地降低在總線信號中的噪音。另外大部分總線節(jié)點可以診斷出電器設備中的短路狀態(tài)并且報告給主控器，即使發(fā)生短路也不會影響整個系統(tǒng)的通訊。普通傳感器等現(xiàn)場裝置可以通過輸入輸出模塊連接到現(xiàn)場總線系統(tǒng)工程中，也可以單獨裝入總線通訊接口，連接到總線系統(tǒng)中。采用現(xiàn)場總線的最大優(yōu)點是提高了現(xiàn)場級的設備診斷、配置功能以及網(wǎng)絡的管理和維護。

三、現(xiàn)場總線系統(tǒng)控制的特點

現(xiàn)場總線系統(tǒng)是一種全分布式、全開放性和全數(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)能夠與用于自動控制的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡緊密連接，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，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)場總線儀表可以擺脫傳統(tǒng)儀表功能單一的制約，可以在一個儀表中集成更多功能，做成集成運算、控制、檢測為一體的變送控制器，實現(xiàn)多回路，多變量的控制?，F(xiàn)場總線儀表具有較強的運算能力和通信能力，提高了對于各種參數(shù)、信號的處理能力，并能夠提供運行控制信息，便于人員更好的掌握設備的運行生產(chǎn)狀況。

現(xiàn)場總線不僅是一種通信技術，它實際上融入了智能化現(xiàn)場儀表、計算機網(wǎng)絡和開放系統(tǒng)互連等技術的精髓所有這些特點使得以現(xiàn)場總線為技術基礎的FCS相對于傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)具有巨大的優(yōu)越性：系統(tǒng)結構大大簡化，成本降低；現(xiàn)場設備自治性加強，系統(tǒng)性能全面提高；提高了信號傳輸?shù)目煽啃院途?；真正實現(xiàn)全分散的控制網(wǎng)絡；用戶始終擁有系統(tǒng)集成權。

參考文獻

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