現(xiàn)場總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制
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3 主要現(xiàn)場總線簡介
3.1 基金會現(xiàn)場總線FF（Foundation Fieldbus）
基金會現(xiàn)場總線是國際上幾家現(xiàn)場總線經(jīng)過激烈競爭后形成的的一種現(xiàn)場總線，由現(xiàn)場總線基金會推出。與私有的網(wǎng)絡(luò)總線協(xié)議不同，F(xiàn)F總線不附屬于任何一個企業(yè)或國家。其總線體系結(jié)構(gòu)是參照、ISO的OSI模型中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，并增加了用戶層而建立起來的通信模型。FF得到了世界上幾乎所有的著名儀表制造商的支持，同時遵守IEC的協(xié)議規(guī)劃，與IEC的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)和草案基本-致，加上它在技術(shù)上的優(yōu)勢，所以極有希望成為將來的主要國際標(biāo)準(zhǔn)。
FF總線提供了Hl和H2兩種物理層標(biāo)準(zhǔn)。Hl是用于過程控制的低速總線，傳輸速率為31.25Kbps，傳輸距離為200m、450m、1200m、1900m四種（加中繼器可以延長），可用總線供電，支持本質(zhì)安全設(shè)備和非本質(zhì)安全總線設(shè)備。H2為高速總線，其傳輸速率為1Mbps（此時傳輸距離為750m）或2.5bps（此時傳輸距離為為500m）。H1和H2每段節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)32個，使用中繼器后可達(dá)240個，Hl和H2可通過網(wǎng)橋互連。FF的突出特點(diǎn)在于設(shè)備的互操作性、改善的過程數(shù)據(jù)、更早的預(yù)測維護(hù)及可靠的安全性。
3.2 過程現(xiàn)場總線Profibus
Profibus由Siemens公司提出并極力倡導(dǎo)，己先后成為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，是一種開放而獨(dú)立的總線標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)械制造、工業(yè)過程控制、智能建筑中充當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)。Profibus由Profibus-PA、Profibus-DP和Profibus-FMS三個系列組成。Profibus-PA （Process Automation）用于過程自動化的低速數(shù)據(jù)傳輸，其基本特性同F(xiàn)F的H1總線，可以提供總線供電和本質(zhì)安全，并得到了專用集成電路（ASIC）和軟件的支持 。Profibus-DP與Profibus-PA兼容，基本特性同F(xiàn)F的H2總線，可實(shí)現(xiàn)高速傳輸，適用于分散的外部設(shè)備和自控設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，用于連接Profibus-PA和加工自動化。Profibus-FMS適用于一般自動化的中速數(shù)據(jù)傳輸，主要用于傳感器、執(zhí)行器、電氣傳動、PLC、紡織和樓宇自動化等。后兩個系列采用RS485通信標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率從9.6kbps到12Mbps，傳輸距離從1200M到l00m（與傳輸速率有關(guān)）。介質(zhì)存取控制
4、FCS對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的影響
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般采用DCS結(jié)構(gòu)。在DCS中，對現(xiàn)場信號需要進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的連接，并且I/O端子與PLC或自動化儀表一起被放在控制柜中，而不是放在現(xiàn)場。這就需要鋪設(shè)大量的信號傳輸電纜，布線復(fù)雜，既費(fèi)料又費(fèi)時，信號容易衰減并容易被干擾，而且又不便維護(hù)。DCS一般由操作員站、控制站等組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。而且DCS不是開放系統(tǒng)，互操作性差，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。而基于PC的FCS則完全克服了這些缺點(diǎn)。
?。?）在FCS中，借助于現(xiàn)場總線技術(shù)，所有的I/O模塊均放在工業(yè)現(xiàn)場，而且所有的信號通過分布式智能I/O模塊在現(xiàn)場被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號，只需一根電纜就可把所有的現(xiàn)場子站連接起來，進(jìn)而把現(xiàn)場信號非常簡捷地傳送到控制室監(jiān)控設(shè)備上，降低了成本，又便于安裝和維護(hù)，同時數(shù)字化的數(shù)據(jù)傳輸使系統(tǒng)具有很高的傳輸速度和很強(qiáng)的抗干擾能力。
?。?）FCS具有開放性。在FCS中，軟件和硬件都遵從同樣的標(biāo)準(zhǔn)，互換性好，更新?lián)Q代容易。程序設(shè)計(jì)采用IEC1131-3五種國際標(biāo)準(zhǔn)編程語言，編程和開發(fā)工具是完全開放的，同時還可以利用PC豐富的軟硬件資源。
?。?）系統(tǒng)的效率大為提高。在FCS中，一臺PC可同時完成原來要用兩臺設(shè)備才能完成的PLC和NC/CNC任務(wù)。在多任務(wù)的Windows NT操作系統(tǒng)下，PC中的軟PLC可以同時執(zhí)行多達(dá)十幾個PLC任務(wù)，既提高了效率，又降低了成本。且PC上的PLC具有在線調(diào)試和仿真功能，極大地改善了編程環(huán)境。
在FCS中，系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為：工控機(jī)或商用PC、現(xiàn)場總線主站接口卡、現(xiàn)場總線輸入/輸出模塊、PLC或NC/CNC實(shí)時多任務(wù)控制軟件包、組態(tài)軟件和應(yīng)用軟件。上位機(jī)的主要功能包括系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、歷史庫組態(tài)、圖形組態(tài)、控制算法組態(tài)、數(shù)據(jù)報(bào)表組態(tài)、實(shí)時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)顯示、圖形顯示、參數(shù)列表、數(shù)據(jù)打印輸出、數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)修改、控制運(yùn)算調(diào)節(jié)、報(bào)警處理、故障處理、通信控制和人機(jī)接口等各個方面，并真正實(shí)現(xiàn)控制集中、危險(xiǎn)分散、數(shù)據(jù)共享、完全開放的控制要求。
5 結(jié)束語
由前面的討論可以看出，F(xiàn)CS的技術(shù)關(guān)鍵是智能儀表技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)。智能儀表不僅具有精度高、可自診斷等優(yōu)點(diǎn)，而且具有控制功能，必將取代傳統(tǒng)的4-20mA模擬儀表。連接現(xiàn)場智能儀表的現(xiàn)場總線是一種開放式、數(shù)字化、多接點(diǎn)的雙向傳輸串行數(shù)據(jù)通路，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。結(jié)合PC豐富的軟硬件資源，既克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，又極大地提高了控制系統(tǒng)的靈活性和效率，形成了一種全新的控制系統(tǒng)，開創(chuàng)了自動控制的新紀(jì)元，成為自動控制發(fā)展的必然
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