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[導讀]本文中,小編將和大家共同探討如何基于現場總線技術進行網絡建設。

現場總線是必備技術之一,對于現場總線技術,小編于往期文章中有過諸多闡述。為增進大家對現場總線技術的認識,本文將介紹現場總線技術的應用。本文中,小編將和大家共同探討如何基于現場總線技術進行網絡建設。如果你對現場總線技術具有興趣,不妨繼續往下閱讀哦。

一、引言

目前,將原來相互獨立的過程控制、MIS系統和Internet結合在一起形成企業綜合信息網,這是企業綜合自動化的發展方向。在現場總線等新技術及產品的基礎上,如何將控制系統與管理信息網聯結,構建企業綜合信息網?這是很多單位面臨的問題

二、代表性的過程控制系統

目前,正在運行的過程控制系統中,具有代表性的是80年代末90年代初建立的系統。這一階段,隨著計算機應用的普及,工業控制計算機技術和產品性能的提高,智能化控制儀表的大量出現,我國的許多企業紛紛建立了采用計算機工業控制技術與先進的傳感技術的生產過程自動控制系統。這些系統具有以下特點:

1、系統結構

系統采用多臺下位機分布式控制,上位機對下位機進行集中管理。

2、系統設備

①上位機為286級工業控制計算機,下位機為STD總線8088級工控機,其中除CPU系統板、顯示板、磁盤驅動板外,根據所控制設備的需要選配數字量模板、模擬量模板、脈沖量模板、開關量模板。在控制量少的情況下,下位機可采用ISA總線工控機。②監測、執行設備由實際情況而定。比如測控對象是液體,并要求在線測量、防爆、防腐、衛生等特點,一般采用質量流量計、密度計、電磁流量計、液位計、渦輪流量計、溫度傳感器及變送器、壓力計傳感器及變送器等儀表,開關量、調節量控制器。③上位機與下位機之間采用BITBUS方式進行通信。

三、當前的相關技術

近年來,計算機技術、網絡技術、通信技術的發展極大地促進了工業過程控制技術的發展。

1、工業控制計算機技術。

工業控制計算機的處理器從286、386發展到了PⅡ,從系統總線上劃分為:ISA總線、STD總線、PCI總線三類。

①ISA總線工控計算機。這類計算機采用的ISA總線與普通PC計算機完全相同。為了適應惡劣環境,在結構上做了特殊處理,配有工控所需的板卡,可使用PC機通用板卡,此種機器擴展槽有限操作系統與PC計算機完全相同。此種機型有被PCI機型替代的趨勢。

②STD總線工控計算機。STD總線計算機是一種組合化、模塊化、小型化、標準化的體系結構,CPU板本身就是一塊模板。此種機器體積小巧,一般采用嵌入式結構,擴展、組合非常容易,但是需要使用STD總線專用板卡。目前處理器最高為586級別。

③PCI總線工控計算機。PCI總線現已成為高性能PC計算機的總線標準。總線寬度大,傳輸速率高,PCI總線與CPU的無關性使它具有很好的兼容性。目前已經將PCI總線應用于工控計算機上,并制定了相應的技術規范—CompactPCI規范。此種計算機可在板卡、軟件和開發工具上借助于PC機的資源,具有很強的網絡功能、圖形處理能力和數據存儲能力。

2、數據通信及網絡技術

①RS-232-C和RS-422通信總線在過程控制中均有采用。在實際應用中通過此兩種總線與測量儀表的二次表(變送器)相連,實現數據通信。RS-422的直接傳送距離和傳送速率都比RS-232-C好。但是,由于計算機普遍提供RS-232-C接口,所以RS-232-C比RS-422使用更廣泛。

②BITBUS通信總線在傳輸距離1200M時,傳輸速率為62.5KB/S,在傳輸距離300M時,傳輸速率為375KB/S,可連接250個結點。在此總線基礎上的軟件開發相對RS-232-C和RS-422總線容易。ISA總線、STD總線、PCI總線均提供BITBUS接口板。所以,BITBUS廣泛應用于過程控制系統中的計算機之間的數據通信。

③以Ethernet和Internet為代表的網絡技術廣泛用于構建計算機數據網絡,實現數據共享。由于過程控制面向生產現場,控制網絡必須實時、準確、容錯、安全、可靠,具有網絡協議實用簡單,網絡結構高度分散等特點。因此數據網絡與控制網絡屬不同的結構層次。通過基于TCP/IP的計算機網絡互聯與擴展技術;基于共享存儲器的動態數據交換技術;基于開放數據庫連接(ODBC)的數據庫訪問技術等,可實現控制網絡與數據網絡的集成。

④FIELDBUS即現場總線技術是當今工業過程控制領域熱點技術。現場總線是一種數字化、雙向、開放式、多點通信系統。通過此系統,過程控制系統中的變送器、傳感器、執行機構、控制裝置相互之間或與監控設備間能夠實現雙向多參數的數字通信。此項技術的實施,首先要求現場控制裝置具有微處理器和數字通信能力。第二遵照公開、規范、統一的協議,采用普通電纜、雙絞線、光纖等將各現場控制設備和監控設備組合成控制網絡。在此,現場控制設備成為網絡中的結點,它們即可以單獨又可以共同完成某項控制任務。此項技術與網絡技術相結合,可實現對現場裝置的遠程操縱。它還支持總線供電,因此具有本質安全性。現場總線適應了分散化、網絡化、智能化的過程控制發展方向,將企業綜合信息網延伸到了控制現場。現場總線目前具有若干種標準,尚無統一的國際標準。

3、監測、執行設備。

這是控制系統的兩端設備,即信息獲得和指令執行設備。總的趨勢還是朝著數字化、智能化方向發展,特別是由于現場總線的興起更加快了這種發展。

四、構建綜合信息網

首先,我們的目標是:將原來相互獨立的過程控制網、企業管理信息網結合在一起形成企業綜合信息網。在實現目標的前提下,除了保證系統的先進性,還應保證系統的開放性。

以前面介紹的系統為基礎,我們可以設想以下方案:

1、方案1:采用現場總線。

工控機:考慮運行Windows95或WindowsNT,選用586級處理器、PCI總線的IPC,內存儲器32M以上,按需要配置控制接口板,加裝網卡。

通信:通信線路按現場總線要求重新鋪設,如工作環境需本質安全,考慮通過總線供電。現場總線協議可選擇基金會現場總線(FOUNDATIONFIELDBUS)。

現場設備:在最大可能保留原來監測儀表和執行部件的基礎上,增加現場總線變送器、轉換器和隔離設備。這部分工作主要是針對原執行部件進行。

網絡接口:在工控計算機中安裝以太網卡,協議可選擇TCP/IP。根據工控機與管理網服務器距離較遠(大于100M)的特點,可借助電話線路通過Modem連接或采用光纜連接。

軟件:操作系統應由原來的DOS轉換為Windows95或WindowsNT,監控系統可選擇商品化的組態軟件。開發與管理網相連接的連接程序。

2、方案2:

在此方案中,基本保留原系統結構。現場儀表、執行裝置保持不變,通信方式保持不變,下位機仍然采用STD總線,將系統板由8088升級為486以上,顯示卡由EGA方式升級為VGA方式,增加硬盤驅動器。上位機更換為PCI總線586以上級別的IPC,內部安裝BITBUS卡和網卡。上位機與下位機之間仍然采用BITBUS總線連接。上位機與管理網之間的網絡接口協議可選擇TCP/IP。可借助廠內電話線路通過Modem或采用光纜與管理網服務器連接。上位機操作系統應由原來的DOS轉換為Windows95或WindowsNT,下位機可繼續使用DOS操作系統及原監控程序和通信程序,也可轉換為Windows95或WindowsNT操作系統,重新開發監控程序和通信程序。

3、兩種方案比較。

高性能、低成本是我們追求的目標。具體方案的選擇則需要根據不同的基礎綜合考慮。

在這兩種方案中,方案1采用現場總線技術,此方案在技術上是先進的,運行、維護成本較低,是新建系統的首選方案。如在原有系統上實施,需大量更新、增加設備,要重新進行安裝調試,原有控制軟件也需重新設計,此方案造成較多的重復投資,對生產將造成較大影響。

方案2是在原有控制系統上構建綜合網的理想解決辦法。該方案保留了原系統的系統結構,即便是重新開發監控程序,生產可先在原程序控制下照常進行。因此,此方案對生產基本沒有影響。此方案更換、新增設備不多,資金投入比第一方案少許多。另一個要考慮的問題是職工的培訓,使之掌握系統維護、系統操作。方案2基本不需再培訓。方案1使職工完全放棄原已熟悉的操作方式,因而要進行重新培訓。

以上便是此次小編帶來的“現場總線”相關內容,通過本文,希望大家對如何基于現場總線的網絡建設具備初步認識。如果你喜歡本文,不妨持續關注我們網站哦,小編將于后期帶來更多精彩內容。最后,十分感謝大家的閱讀,have a nice day!

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