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傳感器現(xiàn)場儀表的傳輸信號與現(xiàn)場總線技術(shù)

點(diǎn)擊次數(shù):2008 發(fā)布時(shí)間:2013-11-12

現(xiàn)場儀表與控制室儀表之間的數(shù)字通信統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線。實(shí)際因?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備不同,數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)的通信寬度不同,而分為傳感器總線、設(shè)備總線和現(xiàn)場總線幾種(統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線);又于過渡期有HART協(xié)議的準(zhǔn)數(shù)字化通信;另外,就是標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性和數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展速度太快造成的系統(tǒng)架構(gòu)扁平化等等原因,使現(xiàn)在現(xiàn)場總線技術(shù)處于“春秋戰(zhàn)國”時(shí)期,所以有必要讓流程工業(yè)及加工業(yè)決策者,對這個(gè)問題理出一個(gè)思路來,促進(jìn)現(xiàn)場總線技術(shù)的普及。

20世紀(jì)70年代大約在電動(dòng)單元組合式儀表研發(fā)時(shí)期,出現(xiàn)了4~20mDC的統(tǒng)一信號(對應(yīng)電壓信號為1~5VDC),相應(yīng)兩線制技術(shù)也得到普及。兩線制是指一個(gè)現(xiàn)場變送器由兩根導(dǎo)線與控制室對應(yīng)端子相連,在其上完成供電(24VDC)及電流信號傳輸。當(dāng)然,四線制技術(shù)也還可以使用(四線制指現(xiàn)場變送器接兩根電源線和兩根信號線)。

在1986年美國Rosemount公司推出HART(HighwayAddressableRemoteTransducer可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速公路)通信協(xié)議,在原兩線制變送器上增加了數(shù)字信號傳輸功能,即在4~20mA的直流模擬信號基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)波形為FSK(FrequencyShiftingKeying)Bell202的數(shù)字通信信號,以后得到多家儀表研制這方面的產(chǎn)品。嚴(yán)格地說,它不是現(xiàn)場總線,但由于它兼容了模擬信號及有利于改造老產(chǎn)品,所以10多年來它還能生存下來,而且有所發(fā)展,如它規(guī)定了設(shè)備描述語言,而且多種DCS、PLC均可與之相連,配套的HARTMuHiplexer多路復(fù)用器之外,還有HARTI/O,使老裝置裝置改造中現(xiàn)有布線系統(tǒng)得到利用,完成工廠資產(chǎn)設(shè)備管理等功能,提高工廠生產(chǎn)效率。

標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

追溯上世紀(jì)80年代IFC、90年代初ISP及ISPF已經(jīng)進(jìn)行了初步聯(lián)合,1994年法國加入成立現(xiàn)場總線基金會(huì)(FF)比HART通信協(xié)議公布稍后,電工委員會(huì)IEC于1988年IEC/TC65/SC65C/WG6工作組正式開始現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化工作,于2000年1月正式通過IEC61158測量和控制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),有10種類型,為了便于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用,又制訂了IEC61784作為解釋和補(bǔ)充,IEC61784為工業(yè)控制系統(tǒng)的連續(xù)和斷續(xù)制造用現(xiàn)場總線行規(guī)設(shè)置,涉及7個(gè)協(xié)議簇,即FF、ControlNet、Profibus、P-Net、SwiftNet、WorldFIP、Interbus。

另外,IEC/TC17/SC17B分管低壓電器的分委員會(huì)制訂了IEC62026有關(guān)的現(xiàn)場總線AS-I、DeviceNet、SDS及Seriplex4種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn);IEC/TC22分管電力電子的分委員會(huì)將CAN總線列為標(biāo)準(zhǔn),而且ISO(標(biāo)準(zhǔn)組織)通過為標(biāo)準(zhǔn):CANISO11898(1Mbit/s)與CANISO11519(125Kbit/s)。以上通常稱有7+4+1=12種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。也有很多人把部分應(yīng)用較少或原理與其它總線相賓的總線略去而稱有8種現(xiàn)場總線。

在未成為標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線中,應(yīng)用很廣,性能很好的有Lonworks,它為ANSI美國國家標(biāo)準(zhǔn)及智能建筑等5個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn);Modbus總線應(yīng)用的歷史較長,現(xiàn)在也在發(fā)展與以太網(wǎng)相結(jié)合等技術(shù);另外就是CC-Link,它由日本三菱公司推出,應(yīng)用面也很廣。

關(guān)于多標(biāo)準(zhǔn)問題

在IEC制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),各國或跨國大公司也在積極開發(fā)現(xiàn)場總線,一些國家或行業(yè)的特殊性,IEC原設(shè)想的現(xiàn)場總線基金會(huì)雖然代表了100多個(gè)國家,其開發(fā)的基金會(huì)現(xiàn)場總線并不能滿足各行業(yè)的要求,而且要滿足過程工業(yè)的要求,也還有一個(gè)的過程,所以只好將其低速標(biāo)準(zhǔn)FF的H1部分與其它各種功能相近的Profibus-PA、Profibus-DP等并列為標(biāo)準(zhǔn)。另外原因就是數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展很快,加之FCS概念雖已形成,但與DCS、PLC等系統(tǒng)還得“和平共處”一無相當(dāng)長時(shí)期;又與80年代剛制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)期相比,F(xiàn)F高速標(biāo)準(zhǔn)與以太網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))技術(shù)相兼容是大勢所趨,所以出現(xiàn)了FF的HSE及Profinet等標(biāo)準(zhǔn),這些都是順應(yīng)潮流的選擇。應(yīng)該說多標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生,這是反映了數(shù)字通信技術(shù)的現(xiàn)實(shí),不是以人們的意志而轉(zhuǎn)移的。既然是多標(biāo)準(zhǔn),以后還會(huì)有所增加,我國如有新的現(xiàn)場總線出現(xiàn),也可以爭取成為標(biāo)準(zhǔn)。

如事先制訂出統(tǒng)一的開放的、可互操作的一個(gè)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),制訂出來以后,多數(shù)廠家都放棄原來的現(xiàn)場總線,當(dāng)然很,大受益者為終用戶,但是我們要面對現(xiàn)實(shí),在承認(rèn)現(xiàn)狀、積極應(yīng)用現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),用戶和制造廠都對開放性和可互操作性的鍥而不舍,我想這一天終究會(huì)到來。

現(xiàn)場總線的比較

多現(xiàn)場總線是、集成商和終用戶以來不便選用困難,但是通過比較,結(jié)合自身特點(diǎn),是能選出一種或兩種現(xiàn)場總線,并發(fā)揮現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢,以來經(jīng)濟(jì)效益,而且可以自下而上防止出現(xiàn)信息孤島。

主要現(xiàn)場總線比較如表1所示。表中除主要性能特點(diǎn)以外,與選型有關(guān)的還有:主從方式、無主方式或點(diǎn)對點(diǎn)方式;傳送過程數(shù)據(jù)和住處組態(tài)住處運(yùn)行狀態(tài)等報(bào)文長短;通信實(shí)時(shí)性;通信性和通信安全性等。高速或上層的現(xiàn)場總線在表中所列的FFHSE、Profinet、ControlNet中的Ethernet/IP均使用了工業(yè)以太網(wǎng);其它的現(xiàn)場總線現(xiàn)在也在于和以太網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))相連;加之工業(yè)以太網(wǎng)也在從事“e網(wǎng)到底”的努力,即在發(fā)展直接與以太網(wǎng)相連的I/O模塊;又IEC正與IAONA(工業(yè)自動(dòng)化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合會(huì))制訂包含工業(yè)以太網(wǎng)行規(guī)的“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)安裝導(dǎo)則”,所以我們要重視工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展。

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