一、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介
隨著控制、計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制、管理的各個(gè)層次、覆蓋從工段、車(chē)間、工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場(chǎng)。
信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，標(biāo)志著工業(yè)控制領(lǐng)域又一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始，并將對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微型計(jì)算機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。它在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動(dòng)化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用背景。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)將于微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自具有數(shù)字計(jì)算和通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線(xiàn)等作為總線(xiàn)，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微型計(jì)算機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，它把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為紐帶，連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。它給自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)的變化正如眾多分散的計(jì)算機(jī)被網(wǎng)絡(luò)連接在一起，使計(jì)算機(jī)的功能、加入到信息網(wǎng)絡(luò)的行列。因此把現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)說(shuō)成是一個(gè)控制技術(shù)新時(shí)代的開(kāi)端并不過(guò)分。
使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)給用戶(hù)帶來(lái)的好處：
1、節(jié)省硬件成本
2、設(shè)計(jì)組態(tài)安裝調(diào)試簡(jiǎn)便
3、系統(tǒng)的安全可靠性好
4、減少故障停機(jī)時(shí)間
5、用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)配置設(shè)備選型有大的自主權(quán)
6、系統(tǒng)維護(hù)設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)充方便
7、完善了企業(yè)信息系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)化提供了基礎(chǔ)
二、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的種類(lèi)
在過(guò)去的10年內(nèi)，出現(xiàn)了許多的總線(xiàn)產(chǎn)品，較流行的有：德國(guó)Bosch公司設(shè)計(jì)的CAN網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network）,美國(guó)Echelon公司設(shè)計(jì)的LonWorks網(wǎng)絡(luò)（Local Operation Network），按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的Profibus(Profess FieldBus)總線(xiàn)，Rosemount公司設(shè)計(jì)的Hart（Highway Addressable Remote Transducer）總線(xiàn)，羅克韋爾自動(dòng)化公司的DeviceNet 和ControlNet等。它們?cè)谝欢ǖ某潭壬汐@得了應(yīng)用并取得了效益，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展和促進(jìn)發(fā)揮了重要的作用，但都未能統(tǒng)一成為標(biāo)準(zhǔn)，因而其應(yīng)用必然受到產(chǎn)品技術(shù)程度不足的限制，難以構(gòu)成真正的FCS。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的分類(lèi)方法很多，這里，我們采用IECSC65c/WG6委員會(huì)主席Richard H.Caro的分類(lèi)方法，將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)分為以下3類(lèi)。
（1） 全功能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)
這類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)提供從物理層到用戶(hù)層的所有功能，標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行得較為完善。這類(lèi)總線(xiàn)包括：IEC/ISA現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，IEC和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。Foundation FieldBus實(shí)現(xiàn)了IEC/ISA現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的一個(gè)子集。Profibus-PA和DP是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)的一部分。LonWorks是Echelon公司的專(zhuān)有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，在建筑自動(dòng)化、電梯控制、安全系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。
（2） 傳感器網(wǎng)絡(luò)
這類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)包括羅克韋爾自動(dòng)化公司的DeviceNet，Honeyweill microswitch公司的 SDS。
它們的基礎(chǔ)是CAN（高速I(mǎi)SO11898；低速I(mǎi)SO11519）。 CAN出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，初應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)。許多自動(dòng)化公司在CAN的基礎(chǔ)上建立了自己的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。
（3） 數(shù)字信號(hào)串行線(xiàn)
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，不提供應(yīng)用層和用戶(hù)層。例如Seriplex ，Interbus-S，ASI等。
三、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的原理和發(fā)展概況
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的實(shí)質(zhì)：現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)由于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上并未統(tǒng)一，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的定義是各有各的定義。
下面給出是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的一種定義：電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的實(shí)質(zhì)含義表現(xiàn)在以下6個(gè)方面。
1、現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)
用于過(guò)程以及制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)。
2、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表是指?jìng)鞲衅?、變速器和?zhí)行器等，這些設(shè)備通過(guò)一對(duì)傳感線(xiàn)互聯(lián)，傳輸線(xiàn)可以使用雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖和電源線(xiàn)等，并可根據(jù)需要因地制宜地選擇不同類(lèi)型的傳輸介質(zhì)。
3、互操作性
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表種類(lèi)繁多，沒(méi)有任何一家制造商可以提供一個(gè)工廠所需要的全部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所以，互相連接不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的。用戶(hù)希望對(duì)不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成他所需的控制回路。這些就是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備互操作性的含義。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)是基本的要求，只有實(shí)現(xiàn)互操作性，用戶(hù)才能自由地集成FCS。
4、分散功能塊
FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DSC控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場(chǎng)儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站。由于功能塊分散在多臺(tái)儀表中，并可統(tǒng)一組態(tài)，故供用戶(hù)靈活選用各種功能，構(gòu)成所需地控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)*地分散控制。
5、通信線(xiàn)供電
通信線(xiàn)供電方式允許
會(huì)員_a.png)