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现场总线技术及控制系统
摘要:文章介绍了现场总线的概念,回顾了其产生及发展历程,分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的特点和优点。针对当前流行的几种现场总线,简要介绍了各自的技术特色,指出控制系统的开放互连是发展的必然。
关键词:现场总线,集散控制系统,分布式控制,FCS,DCS,开放式互连系统
一、前言
七十年代以前,控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递,其精度差、受干扰信号影响大,因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。七十年代末,随着大规模集成电路的出现,微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统,控制效果得到提高;但是尽管如此,还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展,控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统(如集散控制系统)无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃,这次变革的基础就是现场总线技术的产生。
现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络,它也被称为现场底层设备控制网络()。80年代以来,各种现场总线技术开始出现,人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高,从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会(ISA)于1984年开始制订现场总线标准,在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等,各种现场总线标准陆续形成。其中主要的有:基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)、控制局域网络CAN(Controller work)、局部操作网络LonWorks(Local work)、过程现场总线PROFIBUS(Process Field Bus)和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是,总线标准的制定工作并非一帆风顺,由于行业与地域发展等历史原因,加上各公司和企业集团受自身利益的驱使,致使现场总线的国际化标准工作进展缓慢。但是不论如何,制定单一的开放国际现场总线标准是发展的必然。
二、当前流行的几类现场总线
1、基金会现场总线FF
基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种技术。其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首,联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首,联合欧洲等地150家公司制定的World
FIP协议。这两大集团于1994年9月合并,成立了现场总线基金会,致力于开发出国际上统一的现场总线协议。
基金会现场总线分为H1和高速H2两种通信速率。,,可支持总线供电和本质安全防暴环境。,通信距离为750m和500m。物理传输介质可为双绞线、光缆和无线,其传输信号采用曼切斯特编码。基金会现场总线以ISO/OSI开放系统互连模型为基础,取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次,并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要,定义了信息存取的统一规则,采用设备描述语言规定了通用的功能块集。FF总线包括FF通信协议、ISO