现场总线集成于DCS的3种实现方法 _1

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑现场总线集成于DCS的3种实现方法 新的基于现场总线技术的掌握策略和网络结构将对现有的仪表及掌握系统产生革命性的影响。从现场总线技术的本质特征上分析了其对传统分散掌握系统dcs的冲击，并结合DCS的网络结构特点，给出了现场总线集成于DCS的3种实现方法。 工业掌握从早期的就地掌握、集中掌握，已经进展到现在的集散掌握(DCS)，在过去的20年中，过程工业对DCS系统及相关的仪表装置进行了大量的投入，DCS系统的应用结果得到了用户的确定。4-20mA信号是DCS系统及现场设备相互连接的最本质特点，这是掌握系统和仪表装置进展的一大进步。 然而现在，数字化和网络化成

2、为当今掌握网络进展的主要方向。人们意识到传统的模拟信号只能供应原始的测量和掌握信息，而智能变送器在4-20mA信号之上附加信息的力量又受其低通信速率的制约，所以对整个过程掌握系统的机制进行数字化和网络化，应是其进展的必定趋势。 现场总线在智能现场设备、自动化系统之间供应了一个全数字化的、双向的、多节点的通信链接。现场总线的消失促进了现场设备的数字化和网络化，并且使现场掌握的功能更加强大。这一改进带来了过程掌握系统的开放性，使系统成为具有测量、掌握、执行和过程诊断的综合力量的掌握网络。 1现场总线对传统DCS的冲击 现场总线对传统DCS的冲击来源于其本质上优越于DCS系统的技术特征。依据国际电工

3、委员会IEC和现场总线基金会FF的定义，现场总线技术具有以下5个主要特点： 数字信号完全取代4-20mA模拟信号；使基本过程掌握、报警和计算功能等完全分布在现场完成；使设备增加非掌握信息，如自诊断信息、组态信息以及补偿信息等；实现现场管理和掌握的统一；真正实现系统开放性、互操作性。现场总线技术不仅是一种通信技术，它实际上融人了智能化仪表、计算机网络和开放系统互连(OSI)等技术的精粹。全部这些特点使得以现场总线技术为基础的现场总线掌握系统(FCS)相对于传统DCS系统具有巨大的优越性：系统结构大大简化，成本显著降低；现场设备自治性加强，系统性能全面提高；提高了信号传输的牢靠性和精度；真正实现全

4、分散、全数字化的掌握网络；用户始终拥有系统集成权。这些优越性可从图1中DCS和现场总线系统的网络结构比较后得到验证。 2现场总线集成于DCS系统是现阶段掌握网络的进展趋势 尽管用户对掌握系统的结构改进表示欢迎，但他们并不盼望对他们现有的仪表系统做大的改动。目前在现场总线的进展初期，大多数用户更倾向于对他们现有的仪表系统进行逐步的增加和替换；另一方面，DCS系统及其仪表的消逝或完全被取代，对于费用或人力而言也都是不合理的。现阶段最可行的方案是考虑如何使现场总线与传统的DCS系统尽可能地协同工作，这种集成方案能够得到敏捷的系统组态，以适用于更广泛的、富于有用价值的应用。 3现场总线于DCS系统I/

5、0总线上的集成 在DCS的结构体系中，自上而下大体可分为3层：管理层，监控操作层和I/O测控层。在I/O测控层的I/O总线上，挂有DCS掌握器和各种I/O卡件，I/O卡件用于连接现场4-20mA设备、离散量或PIC等现场信号，DCS掌握器负责现场掌握。 图2给出了在DCS系统的I/O总线上集成现场总线的原理图。其关键是通过一个现场总线接口卡挂在DCS的I/O总线上，实现现场总线系统中的数据信息映射成原有DCS的I/O总线上相对应的数据信息，如基本测量值、报警值或工艺设定值等，使得在DCS掌握器所看到的现场总线来的信息就犹如来自一个传统的DCS设备卡一样。这样便实现了在I/O总线上的现场总线技术

6、集成。这种方案主要可用于DCS系统已经安装并稳定运行，而现场总线首次引入系统的、规模较小的应用场合；此方案也可应用于plc系统。这种方案的优点是结构比较简洁，缺点是集成规模受到现场总线接口卡的限制。Fisher-Rosemount公司推出的DCS系统DeltaV采纳的就是此种集成方案。DeltaV系统在它的I/O卡件中特地开发设计了此种功能的接口卡现场总线H1通信模块(3125kbits)，胜利地将现场总线技术集成在DeltaV系统中，可实现与现场总线仪表相连，极大地节约了安装、操作以及维护费用，同样的掌握器可兼容H1与传统的I/O模块，有利于从传统的掌握模式向现场总线掌握模式的过渡和转变。D

7、eltaV的系统结构如图3所示。在DeltaV系统的现场总线H1通信模块中具有特定的Driver，用以实现现场总线系统数据信息与I/O总线上对应信息的映射，其功能方块图如图4所示。 4现场总线于DCS系统网络层的集成 除了在I/O总线上的集成方案，还可以在更高一层DCS网络层上集成现场总线系统。在这种方案中，现场总线接口卡不是挂在DCS的I/O总线上，而是在DCS的上层LAN上，其结构如图5所示。 在这种方案中，现场总线掌握执行信息、测量以及现场仪表的掌握功能均可在DCS操作站进行扫瞄并修改。它的优点是原来必需由DCS主计算机完成的一些掌握和计算功能，现在可下放到现场仪表实现，并且可以在DCS

8、操作员界面上得到相关的参数或数据信息；它的另一个优点是不需要对DCS掌握站进行改动，对原有系统影响较小。这种集成方案在工程实际中也有应用。如Smar公司的302系列现场总线产品可以实现在DCS系统网络层集成其现场总线功能，其详细集成方案如图6所示。 5现场总线通过网关与DCS系统并行集成 若在一个工厂中并行运行着DCS系统和现场总线系统，则还可以通过一个网关来网接两者(如图7所示)，安装网关以完成DCS系统与现场总线高速网络之间的信息传递。在这一结构中，DCS系统的信息能够在新的操作员界面上得到并显示。通过使用抛网桥可以安装大量的H1低速总线。现场总线接口单元可供应掌握协调、报警管理和短时趋势收集等功能。现场总线与DCS的并行集成，完成整个工厂的掌握系统和信息系统的集成统一，并可以通过Web服务器实现Infranet与Inernet的互连。这种方案的优点是丰富了网络的信息内容，便于发挥数据信息和掌握信息的综合优势；另外，在这种集成方案中，现场总线系统与通过网关而集成在一起的DCS系统是相互独立的。 6结论 综上所述，我们信任现场总线系统将广泛地应用到过程工业掌握中，通过对过程掌握系统进行一些必要的修改，将现场