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现场总线与虚拟仪表技术相融合的发展新趋势

导读: 简要介绍了现场总线和虚拟仪表的技术特点及发展趋势 ,指出该两种技术在工业自动化和过程控制系统的界面统一及网络化等方面具有优势互补性 ,技术相互融合满足了现代多网合一的要求 ,是工业自动化和过程控制领域的重要发展趋势之一。

    引  言
    工业生产的过程测控技术由分离设备向共享设备发展;自动化技术由模拟仪表向智能化仪表发展;计算机网络技术向现场延伸。同时经历了五个发展阶段:人工控制阶段、模拟仪表控制系统阶段、计算机集中式数字控制系统阶段、集散式控制系统阶段和现场总线控制系统阶段。集散式控制系统(distributed control system ,DCS)是目前普遍使用的一种控制结构 ,它按照多级计算机分布控制系统的设计思想 ,采用功能分层方法 ,信息一方面自下而上逐渐集中 ,同时它又自上而下逐渐分散 ,构成了系统的基本结构 ,分散控制为其最主要的特征;系统中信息的传递主要依赖于 4~20 mA 的模拟信号 ,采用点对点的通信方式。常见的集散式控制系统有美国和日本等某些公司的产品。随着计算机集成制造系统的发展和控制系统的日益复杂化 ,集散式控制系统逐渐不能满足发展的需求。现场总线技术为解决问题提供了途径。
   
    1.现场总线技术及其发展
    现场总线技术将专用的微处理器植入传统的测控仪表 ,使其具备了数字计算和通信的能力 ,采用连接简单的双绞线、同轴电缆、光纤等作为总线 ,按照公开、规范的通信协议 ,在位于现场的多个微机化测控仪表之间、远程监控计算机之间实现数据共享 ,形成适应现场需要的控制系统。它的出现改变了以往使用电压、电流模拟信号进行测控信号变化慢、信号传输抗干扰能力差的特点 ,提高了信号的测控和传输准确度 ,同时丰富了控制信息的内容 ,也改变了集中式控制可能造成的全线瘫痪的局面。因此 ,现场总线替代4~20 mA 模拟总线是控制系统发展的必然趋势 ,形成了新型的网络集成式全分布控制系统即现场总线控制系统(fieldbus cont rol system FCS) 。
    现场总线技术是计算机技术、通信技术和控制技术发展的产物;是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络 ,它的关键标志是支持全数字通信。它是应用在生产现场 ,在微机化测控设备之间实现双向串行多节点数字通信的网络系统 ,同时还具有与 Internet 和Int ranet 直接连接的能力。因此现场总线可以被看作是信息系统的直接终端。
    现场总线控制系统具有以下的特点: ①开放式、互操作性、互换性、可集成性。不同厂家产品只要使用同一种总线标准 ,就具有互操作性、互换性 ,因此设备具有很好的可集成性。开放性的控制系统 ,允许其他厂商将自己专长的控制技术 ,如控制算法、工艺方法、配方等集成到通用控制系统中 ,因此市场上将具有很多面向行业特点的控制系统; ②系统内部从传感器、变送器到执行器 ,传递的都是数字信号 ,可以很容易的处理更复杂、更精确的信号 ,通过采用数字通信的各种错误检测与纠错算法使系统内部通信的可靠性得到提高; ③控制功能分散到现场设备中 ,控制室内仪表装置和监控计算机主要完成数据处理、监督控制、优化控制、协调控制和管理自动化等功能; ④系统可靠性高、可维护性好。现场总线控制系统采用总线连接方式代替一对一的 I/ O 连线,对于大规模系统来说 ,减少了由接点造成的不可靠因素。同时,系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警和记录功能 ,也增加了系统的可靠性和可维护性; ⑤降低了系统及工程成本。对于大范围大规模的 I/ O分布式系统来说,省去了大量的电缆、I/ O 模块及电缆敷设费用,降低了系统及工程成本。
    当今典型的现场总线产品有: FF 现场总线、LonWorks现场总线、Profibus 现场总线、WorldFIP现场总线、 CAN 现场总线、 HART 协议。

 

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