现场总线应用工程的发展趋势

1、现场总线应用工程的发展趋势 组员: 陈笑 杨震过凯邹建兴现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式全数字化多点通信的底层控制网络。 现场总线的定义： 现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化，双向多变量，多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面：现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络 现场总线的优点： 实现了全数字化通信，不同厂家产品互操作；实现了真正的分布式控制(分散式控制)：可以传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送，可以产生最先进的现场仪表，多变量变送器；提高了测试精度；增强了

2、系统的自治性。 几种有影响的现场总线技术Lonworks也叫LON(Locai Operating Network)是一种得到广泛应用的现场总线，由美国Echelon公司推出它采用了ISQOSI模型的全部七层通讯协议，采用面的对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设计，在智能建筑中得到广泛的应用；CAN(Control Area Network控制局域网)由德国BOSCH公司推出用于汽车内部测量与执行部门之间的数据通信。国内在三表系统及楼宇自控系统中得到应用。 PROFIBUS：是德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，DP型用于分散外设间的高速数据传

3、输适合于加工自动化领域的应用。二、发展趋势1 现场总线的概念及种类 现场总线是工业生产中连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站通信系统,又称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线采用可进行简单连接的金属双绞线、同轴电缆、动力线或光纤作为总线,把多个测量控制仪表与远程监控系统连接成网络系统,按照公开、规范的通信协议,解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题,从而实现数据的传输和信息交换,形成各种适应实际需要的自动控制系统。 2 FF的一般特点 FF是基金会现场总线,是成立于1992年的国际现场总

4、线基金会提出的一个现场总线标准。目前,很多工厂正在逐步尝试这种方式。平煤蓝天化工有限公司也在尝试用这种方式。本文结合我厂简要说明它的特点: 1)具有适合工业现场应用的通信规范和网络操作系统; 2)采用单一串行线上连接多个设备的网络连接方法,1条总线最多可连接32台设备。我厂采用的是两条总线,每条总线连4台压力检测仪表; 3)通信介质可以是金属双绞线、同轴电缆、动力线或光纤。我厂采用的是金属双绞线作为通信介质; 4)通信信号可以采用10mA电流方式,也可以采用电压方式。我厂采用的是电压方式; 5)通信与设备的供电线路可以共用; 6)具有比较完备的工业设备描述语言; 7)采用虚拟设备的概念实现设备

5、的模块化处理; 8)实现了开放式系统,在FF系统内,不同厂家的产品具有互操作性; 3 浅谈现场总线在工业中的优点及其不足 1)在过程控制系统中,聚分散系统也就是DCS在站间较早里采用了局域网技术,随着电子科技的逐步发展,在现场也能实现通信功能。 2)在过程控制系统中有过多种通信协议,但最后都被以太网所淘汰,通信逐渐统一到以太网,由于为了维护及访问过程系统的方便,TCP和IP协议也进入到了此领域,现在已经有通过以太网络访问现场仪表的例子。 3)含有Internet技术的计算机系统能否取代现场总线呢?笔者认为现场总线融入计算机通信技术,计算机通信系统也能扩展到现场,但是他们在功能、要求和结构上有所

6、不同,因此计算机通信不可能取代现场总线。 (1)现场总线的传播介质较廉价,支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等。由于现场总线结构简化,不再需要DCS系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线,节省了硬件数量和投资,既经济又实用。在传递信号的同时又为现场供电,他能解决现场的防爆问题和对环境适应比较好,不受其他外界环境所影响,比如震动,电磁等。不同厂家制造的产品不一样,但是他的可互操作性强,尽可能的在现场或就地处理信息,而不必让现场将过多的信息在网络上传递,这也是最能体现他的发展趋势。 (2)对计算机通信要求主要是快,而对现场总线来说不但要求快,还要体现在传输速度快、响应时间短

7、、巡回时间短这3方面。对仪表来说,要准确的测量和控制必须要有实时性做保证,响应时间和巡回时间反映了实时性,现场总线通过简化技术和采用网络管理和数据链路调度技术来实现实时性。因此,改善实时性,减少响应时间的不确定性是现场总线的重要发展方向。 (3)从结构方面来说,计算机通信系统的结构是网络状的,从一点到另外一点的通信路径可以是不固定的,而大多数现场总线是线状的,即从一点到另外一点的通信路径是比较固定的。它的优点是:解决网络供电比较容易;解决本安防爆比较容易;使通信协议中可以舍去与路径有关的几层,有利于改善实时性。对于网状结构来说,电缆多而长,由于电磁感应等方面产生电火花的机会也较大,同时本安防爆

8、限制了现场总线的电缆长度和负载数量,在这个方面,它的优点已基本消失了。因此,现场总线要想在以安全为重的今天求得发展首先要解决的是克服本安防爆对其的限制 。 (4)问题都有两面性,有优点肯定也有缺点。对现场总线来说,其中的一条总线有问题,那么这条线上的所有支路都不能正常工作了,这也是目前现场总线没有用在重要信号上的原因。 (5)由以上可以看出现场总线是通信、仪表智能化及自动控制的结合产物。虽不是所有现场总线都满足了上述要求,但这些要求是用于过程控制的现场总线所追求的目标。虽然我们已经看到一些直接通过因特网访问现场仪表的例子,但这些都是对控制和实时性没有严格要求的检测系统。因此,计算机通信技术不会

9、取代现场总线。 4 浅谈现场总线在工业中的发展趋势 从现场总线技术本身来分析,它有两个明显的发展趋势: 1)寻求统一的现场总线国际标准; 2)Industrial Ethernet走向工业控制网络统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术 ,过去我们一直认为,Ethernet是为IT领域应用而开发的,它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距,在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上,这些问题正在迅速得到解决,国内对EPA技术(Ethernet for Process Automation)也取得了很大的进展。随着FF HSE的成功开发以

10、及PROFInet的推广应用,可以预见Ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。 三、主要特征：1数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4-20mA,0-5V等信号）和开关量信号； 2在车间级与设备级通信的数字化网络； 3现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命； 4现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层。使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。四、优点： 1、全数字化 将企业管理与生产自动化有机结合一直是工业界梦寐以求的理想，但只有在FCS出现以后这种理想才有可能高效、低成本地实现。在采用FCS的企业中，用于生产管理的局域网能够与用于

11、自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外，数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。 2、全分布 在FCS中各现场设备有足够的自主性，它们彼此之间相互通信，完全可以把各种控制功能分散到各种设备中，而不再需要一个中央控制计算机，实现真正的分布式控制。 3、双向传输 传统的420mA电流信号，一条线只能传递一路信号。现场总线设备则在一条线上即可以向上传递传感器信号，也可以向下传递控制信息。 4、自诊断 现场总线仪表本身具有自诊断功能，而且这种诊断信息可以送到中央控制室，以便于维护，而这在只能传递一路信号的传统仪表中是做不到的。 5、节省布线及控制室空间 传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到中央控制室，在中央控制室装备一个大配线架。而在FCS系统中多台现场设备可串行连接在一条总线上，这样只需极少