2023年11月12日

现场总线控制系统的特点及对计算机控制系统造成哪些影响

作者 admin

三、主要现场总线介绍

3.1 基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)

FOUNDATION现场总线是现场总线基金会在国际上几家现场总线激烈竞争后形成的一种现场总线。 与专有网络总线协议不同,FF 总线不隶属于任何一家公司或国家。 其总线体系结构是参照ISO OSI模型中的物理层、数据链路层和应用层,并增加了用户层而建立的通信模型。 FF得到了全球几乎所有知名仪表厂商的支持,同时符合IEC协议规划,与IEC现场总线国际标准和草案基本一致,加上其技术优势,非常有希望成为未来的主要国际标准。

FF总线提供了H1和H2两种物理层标准。 hl为过程控制用低速总线,传输速率31.25Kbps,传输距离200m、450m、1200m、1900m四种(加中继器可扩展),可用总线供电,支持本安型设备和非本质安全的总线设备。 H2为高速总线,传输速率为1Mbps(此时传输距离为750m)或2.5bps(此时传输距离为500m)。 H1、H2各段节点数可达32个,使用中继器后可达240个。 H1和H2可以通过网桥互连。 FF 的突出特点是设备的互操作性、改进的过程数据、更早的预测性维护和可靠的安全性。

3.2 过程现场总线 Profibus

Profibus是由西门子提出并大力提倡的。 先后成为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170。 它是一种开放、独立的总线标准,在机械制造、工业过程控制和智能楼宇中充当通信网络。 Profibus包括三个系列:Profibus-PA、Profibus-DP和Profibus-FMS。 Profibus-PA(Process Automation)用于过程自动化中的低速数据传输。 其基本特性与FF的H1总线相同。 它可以提供总线电源和本质安全,并由专用集成电路(ASIC)和软件提供支持。 Profibus-DP与Profibus-PA兼容,其基本特性与FF的H2总线相同,可实现高速传输,适用于分散的外部设备与自动控制设备之间的高速数据传输,用于连接 Profibus-PA 和处理自动化。 Profibus-FMS适用于通用自动化的中速数据传输,主要用于传感器、执行器、电力驱动、PLC、纺织和楼宇自动化等。后两个系列采用RS485通讯标准,传输速率从9.6kbps起到12Mbps,传输距离从1200M到l00m(与传输速率有关)。 媒体访问控制的基本方法有主站之间的令牌方法、主站与从站之间的主从方法以及这两种方法相结合的混合方法。 Profibus是一种比较成熟的总线,在工程中应用广泛。

4、FCS对计算机控制系统的影响

传统的计算机控制系统一般采用DCS结构。 在DCS中,现场信号需要点对点连接,I/O端子与PLC或自动化仪表一起放置在控制柜内,而不是就地。 这就需要铺设大量的信号传输线缆,布线复杂、耗材费时,信号容易衰减和干扰,维护起来也不方便。 DCS一般由操作员站、控制站等组成,结构复杂,成本高。 而且DCS不是一个开放系统,互操作性差,难以实现数据共享。 基于PC的FCS完全克服了这些缺点。

(1) 在FCS中,借助现场总线技术,将所有I/O模块放置在工业现场,通过分布式智能I/O模块将所有信号在现场转换为标准数字信号,仅需一根电缆即可连接所有的现场变电站,然后将现场信号传送到控制室的监控设备,非常简单,降低了成本,方便了安装和维护。 同时,数字化数据传输使系统具有传输速度快和抗干扰能力强的特点。

(2) FCS 开放。 在FCS中,软件和硬件都遵循相同的标准,互换性好,更换方便。 程序设计采用IEC1131-3的五种国际标准编程语言。 编程和开发工具完全开放,也可以利用PC丰富的软硬件资源。

(3)大大提高了系统的效率。 在 FCS 中,一台 PC 可以完成 PLC 和 NC/CNC 任务,而这些任务本可以由两台设备同时完成。 在多任务Windows NT操作系统下,PC机中的软PLC最多可以同时执行十几个PLC任务,既提高了效率,又降低了成本。 并且PC机上的PLC具有在线调试和仿真功能,大大改善了编程环境。

在FCS中,系统的基本结构是:工控机或商用PC机、现场总线主站接口卡、现场总线输入/输出模块、PLC或NC/CNC实时多任务控制软件包、组态软件和应用软件。 上位机主要功能有系统配置、数据库配置、历史库配置、图形配置、控制算法配置、数据报表配置、实时数据显示、历史数据显示、图形显示、参数表、数据打印输出、数据输入和参数修改、控制运行调整、报警处理、故障处理、通讯控制和人机界面等,真正实现集中控制、风险分散、数据共享、完全开放的控制要求。

5.结论

从前面的讨论可以看出,FCS的关键技术是智能仪表技术和现场总线技术。 智能仪表不仅具有高精度、自诊断等优点,而且具有控制功能,必将取代传统的4-20mA模拟仪表。 连接现场智能仪表的现场总线是一条开放的、数字化的、多触点双向传输的串行数据通路,是计算机技术、自动控制技术和通信技术相结合的产物。 结合PC丰富的软硬件资源,不仅克服了传统控制系统的不足,而且大大提高了控制系统的灵活性和效率,形成了全新的控制系统,开创了自动化新时代控制,成为自动控制发展的领头羊。 必然趋势。