现场总线的惑、无奈与出路.doc

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1、现场总线的困惑、无奈与出路(转载)  本文作者夏德海先生,中国仪器仪表学会自控工程设计委员会主任委员、教授级高工。  关键词:现场总线 国际标准 困惑 无奈 出路 结论    一概述  总线(Bus)的概念由来已久,而现场总线(Fieldbus)的出现是在1984年。它的出现决不是偶然的,而是出于当时用户的需要,用户的需要是产生现场总线的动力,而计算机、通信和控制技术的发展则为研究开发现场总线提供了技术基础。  1.什么是现场总线  现场总线是用于现场仪表与控制室系统之间的一种开放、全数字化、双向通信与多站的通信系统。现场总线在企业网(I

2、ntranet)内仅处于最低层的控制系统(Infranet)。  2.用户为什么需要现场总线  用户需要开放式的控制系统。用户感到1975年出现的DCS(分散型控制系统)和随后不久出现的PLC(可编程控制器)都属于封闭式的控制系统,每家DCS或PLC制造厂的产品由各自的硬件和软件构成自己产品的体系,其中多少都含有自己的专利技术,彼此封锁,只能通过网关等接口才能与其他厂商的系统进行通信。由于厂商不论大小,都有其独到之处,因此用户需要开放式的控制系统,以便择优选择不同公司的产品(变送器、执行器和控制系统)以达到其最佳的集成。  用户为了降低企

3、业成本,提高产品质量,以增加企业的竞争能力,不得不扩大其生产规模,强化其生产过程,同时为了保证安全生产和达到环保的要求,使检测的点数和控制回路急剧上升。以钢铁企业炼铁生产的高炉为例,其冶炼容积已达4000m3以上,检测和控制的点数也超过了5000点。如此众多的检测信号汇集到DCS的入口处,不可避免地会出现“瓶颈”现象,导致信号堵塞,降低了系统的安全性和可靠性。而且如此大量点到点的电缆,不但增加了线路敷设设计的难度和施工的复杂性,同时也增加了投资和安装、调试与维护的费用。因此用户迫切需要现场总线与智能化的现场仪表,以便将60~80%的控制功

4、能下放到现场仪表,减少DCS处理信息的压力,增强系统的可靠性和安全性,同时也可减少电缆及其相关费用。  3.现场总线有哪些特点  现场总线有以下特点:(1)开放性。(2)可互操作性与可互换性。(3)全数字化,用不着像DCS那样需A/D或D/A转换。(4)双向通信,不像DCS那样,只能单向通信。(5)智能化的现场仪表。  4.现场总线有哪些好处  (1)可以减少1/2~2/3的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜子,这样就节省了I/O装置及装置室的空间。  (2)由于免去了D/A及A/D转换,使精确度可以从±0.5%

5、提高到±0.1%。  (3)可以减少电缆的用量,费用可以节省66%或更多。  (4)可以产生先进的、智能化现场仪表,如多变量变送器和执行器使维修预报(predictedmaintenance)成为可能。  (5)由于可以将PID功能植入到变送器或执行器中去,使控制周期大为缩短。目前可以从DCS的每秒调节2~3次增加到每秒调节10~20次,从而改善了调节性能。  (6)由于免除了主机入口处的瓶颈现象,既可以提高系统的安全性和可靠性;同时也可使主机腾出手来从事优化等工作以提高效益。  (7)组态简单,安装、运行、维护简便。  (8)用户可以自

6、己择优选择,达到最佳集成。  5.现场总线的意义  现场总线的出现,给控制领域带来了又一次革命,但其深度与广度将超过历史上的任何一次,将开创自动化的新纪元。基于现场总线的控制系统,最后将取代传统的DCS。  6.现场总线目前有多少种类型的国际标准争夺现场总线国际标准的大战,持续了16年之久。屡经磨难与挫折,先后经过9次投票表决,都是功亏一篑而未能通过。最后通过协商、妥协,于1999年底IECTC65(负责工业测量和控制的第65标准化技术委员会)通过了8种类型的现场总线作为IEC61158国际标准。  8种类型分别为:  类型1IEC技术报

7、告(即FF的H1)  类型2ControlNet(美国Rockwell公司支持)  类型3Profibus(德国西门子公司支持)  类型4P-Net(丹麦ProcessData公司支持)  类型5FFHSE(即原FF的H2,Fisher-Rosemount公司支持)  类型6SwiftNet(美国波音公司支持)  类型7WorldFIP(法国Alstom公司支持)  类型8Interbus(德国PhoenixContact公司支持)  再加上IECTC17B通过的3种现场总线国际标准,他们分别为SDS(SmartDistributedSy

8、stem)、ASI(ActuatorSensorInterface)与DeviceNet。此外,ISO还有一个ISO11898的CAN(ControlAreaNetwork)。所以一共有12种

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