現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)例篇,如何基于現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
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現(xiàn)場總線是必備技術(shù)之一,對于現(xiàn)場總線技術(shù),小編于往期文章中有過諸多闡述。為增進(jìn)大家對現(xiàn)場總線技術(shù)的認(rèn)識,本文將介紹現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用。本文中,小編將和大家共同探討如何基于現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。如果你對現(xiàn)場總線技術(shù)具有興趣,不妨繼續(xù)往下閱讀哦。
一、引言
目前,將原來相互獨(dú)立的過程控制、MIS系統(tǒng)和Internet結(jié)合在一起形成企業(yè)綜合信息網(wǎng),這是企業(yè)綜合自動化的發(fā)展方向。在現(xiàn)場總線等新技術(shù)及產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,如何將控制系統(tǒng)與管理信息網(wǎng)聯(lián)結(jié),構(gòu)建企業(yè)綜合信息網(wǎng)?這是很多單位面臨的問題
二、代表性的過程控制系統(tǒng)
目前,正在運(yùn)行的過程控制系統(tǒng)中,具有代表性的是80年代末90年代初建立的系統(tǒng)。這一階段,隨著計算機(jī)應(yīng)用的普及,工業(yè)控制計算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品性能的提高,智能化控制儀表的大量出現(xiàn),我國的許多企業(yè)紛紛建立了采用計算機(jī)工業(yè)控制技術(shù)與先進(jìn)的傳感技術(shù)的生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):
1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用多臺下位機(jī)分布式控制,上位機(jī)對下位機(jī)進(jìn)行集中管理。
2、系統(tǒng)設(shè)備
①上位機(jī)為286級工業(yè)控制計算機(jī),下位機(jī)為STD總線8088級工控機(jī),其中除CPU系統(tǒng)板、顯示板、磁盤驅(qū)動板外,根據(jù)所控制設(shè)備的需要選配數(shù)字量模板、模擬量模板、脈沖量模板、開關(guān)量模板。在控制量少的情況下,下位機(jī)可采用ISA總線工控機(jī)。②監(jiān)測、執(zhí)行設(shè)備由實(shí)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(wèi)生等特點(diǎn),一般采用質(zhì)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(guān)量、調(diào)節(jié)量控制器。③上位機(jī)與下位機(jī)之間采用BITBUS方式進(jìn)行通信。
三、當(dāng)前的相關(guān)技術(shù)
近年來,計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展極大地促進(jìn)了工業(yè)過程控制技術(shù)的發(fā)展。
1、工業(yè)控制計算機(jī)技術(shù)。
工業(yè)控制計算機(jī)的處理器從286、386發(fā)展到了PⅡ,從系統(tǒng)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(jī)。這類計算機(jī)采用的ISA總線與普通PC計算機(jī)完全相同。為了適應(yīng)惡劣環(huán)境,在結(jié)構(gòu)上做了特殊處理,配有工控所需的板卡,可使用PC機(jī)通用板卡,此種機(jī)器擴(kuò)展槽有限操作系統(tǒng)與PC計算機(jī)完全相同。此種機(jī)型有被PCI機(jī)型替代的趨勢。
②STD總線工控計算機(jī)。STD總線計算機(jī)是一種組合化、模塊化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化的體系結(jié)構(gòu),CPU板本身就是一塊模板。此種機(jī)器體積小巧,一般采用嵌入式結(jié)構(gòu),擴(kuò)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(jī)。PCI總線現(xiàn)已成為高性能PC計算機(jī)的總線標(biāo)準(zhǔn)??偩€寬度大,傳輸速率高,PCI總線與CPU的無關(guān)性使它具有很好的兼容性。目前已經(jīng)將PCI總線應(yīng)用于工控計算機(jī)上,并制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范—CompactPCI規(guī)范。此種計算機(jī)可在板卡、軟件和開發(fā)工具上借助于PC機(jī)的資源,具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能、圖形處理能力和數(shù)據(jù)存儲能力。
2、數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
①RS-232-C和RS-422通信總線在過程控制中均有采用。在實(shí)際應(yīng)用中通過此兩種總線與測量儀表的二次表(變送器)相連,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(jī)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(jié)點(diǎn)。在此總線基礎(chǔ)上的軟件開發(fā)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(yīng)用于過程控制系統(tǒng)中的計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。
③以Ethernet和Internet為代表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛用于構(gòu)建計算機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。由于過程控制面向生產(chǎn)現(xiàn)場,控制網(wǎng)絡(luò)必須實(shí)時、準(zhǔn)確、容錯、安全、可靠,具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)用簡單,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高度分散等特點(diǎn)。因此數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)屬不同的結(jié)構(gòu)層次。通過基于TCP/IP的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與擴(kuò)展技術(shù);基于共享存儲器的動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù);基于開放數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)等,可實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的集成。
④FIELDBUS即現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今工業(yè)過程控制領(lǐng)域熱點(diǎn)技術(shù)。現(xiàn)場總線是一種數(shù)字化、雙向、開放式、多點(diǎn)通信系統(tǒng)。通過此系統(tǒng),過程控制系統(tǒng)中的變送器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制裝置相互之間或與監(jiān)控設(shè)備間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向多參數(shù)的數(shù)字通信。此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施,首先要求現(xiàn)場控制裝置具有微處理器和數(shù)字通信能力。第二遵照公開、規(guī)范、統(tǒng)一的協(xié)議,采用普通電纜、雙絞線、光纖等將各現(xiàn)場控制設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備組合成控制網(wǎng)絡(luò)。在此,現(xiàn)場控制設(shè)備成為網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn),它們即可以單獨(dú)又可以共同完成某項(xiàng)控制任務(wù)。此項(xiàng)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場裝置的遠(yuǎn)程操縱。它還支持總線供電,因此具有本質(zhì)安全性?,F(xiàn)場總線適應(yīng)了分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的過程控制發(fā)展方向,將企業(yè)綜合信息網(wǎng)延伸到了控制現(xiàn)場?,F(xiàn)場總線目前具有若干種標(biāo)準(zhǔn),尚無統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。
3、監(jiān)測、執(zhí)行設(shè)備。
這是控制系統(tǒng)的兩端設(shè)備,即信息獲得和指令執(zhí)行設(shè)備??偟内厔葸€是朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展,特別是由于現(xiàn)場總線的興起更加快了這種發(fā)展。
四、構(gòu)建綜合信息網(wǎng)
首先,我們的目標(biāo)是:將原來相互獨(dú)立的過程控制網(wǎng)、企業(yè)管理信息網(wǎng)結(jié)合在一起形成企業(yè)綜合信息網(wǎng)。在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的前提下,除了保證系統(tǒng)的先進(jìn)性,還應(yīng)保證系統(tǒng)的開放性。
以前面介紹的系統(tǒng)為基礎(chǔ),我們可以設(shè)想以下方案:
1、方案1:采用現(xiàn)場總線。
工控機(jī):考慮運(yùn)行Windows95或WindowsNT,選用586級處理器、PCI總線的IPC,內(nèi)存儲器32M以上,按需要配置控制接口板,加裝網(wǎng)卡。
通信:通信線路按現(xiàn)場總線要求重新鋪設(shè),如工作環(huán)境需本質(zhì)安全,考慮通過總線供電。現(xiàn)場總線協(xié)議可選擇基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATIONFIELDBUS)。
現(xiàn)場設(shè)備:在最大可能保留原來監(jiān)測儀表和執(zhí)行部件的基礎(chǔ)上,增加現(xiàn)場總線變送器、轉(zhuǎn)換器和隔離設(shè)備。這部分工作主要是針對原執(zhí)行部件進(jìn)行。
網(wǎng)絡(luò)接口:在工控計算機(jī)中安裝以太網(wǎng)卡,協(xié)議可選擇TCP/IP。根據(jù)工控機(jī)與管理網(wǎng)服務(wù)器距離較遠(yuǎn)(大于100M)的特點(diǎn),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(tǒng)應(yīng)由原來的DOS轉(zhuǎn)換為Windows95或WindowsNT,監(jiān)控系統(tǒng)可選擇商品化的組態(tài)軟件。開發(fā)與管理網(wǎng)相連接的連接程序。
2、方案2:
在此方案中,基本保留原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場儀表、執(zhí)行裝置保持不變,通信方式保持不變,下位機(jī)仍然采用STD總線,將系統(tǒng)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(qū)動器。上位機(jī)更換為PCI總線586以上級別的IPC,內(nèi)部安裝BITBUS卡和網(wǎng)卡。上位機(jī)與下位機(jī)之間仍然采用BITBUS總線連接。上位機(jī)與管理網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議可選擇TCP/IP??山柚鷱S內(nèi)電話線路通過Modem或采用光纜與管理網(wǎng)服務(wù)器連接。上位機(jī)操作系統(tǒng)應(yīng)由原來的DOS轉(zhuǎn)換為Windows95或WindowsNT,下位機(jī)可繼續(xù)使用DOS操作系統(tǒng)及原監(jiān)控程序和通信程序,也可轉(zhuǎn)換為Windows95或WindowsNT操作系統(tǒng),重新開發(fā)監(jiān)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(biāo)。具體方案的選擇則需要根據(jù)不同的基礎(chǔ)綜合考慮。
在這兩種方案中,方案1采用現(xiàn)場總線技術(shù),此方案在技術(shù)上是先進(jìn)的,運(yùn)行、維護(hù)成本較低,是新建系統(tǒng)的首選方案。如在原有系統(tǒng)上實(shí)施,需大量更新、增加設(shè)備,要重新進(jìn)行安裝調(diào)試,原有控制軟件也需重新設(shè)計,此方案造成較多的重復(fù)投資,對生產(chǎn)將造成較大影響。
方案2是在原有控制系統(tǒng)上構(gòu)建綜合網(wǎng)的理想解決辦法。該方案保留了原系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),即便是重新開發(fā)監(jiān)控程序,生產(chǎn)可先在原程序控制下照常進(jìn)行。因此,此方案對生產(chǎn)基本沒有影響。此方案更換、新增設(shè)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(xùn),使之掌握系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)操作。方案2基本不需再培訓(xùn)。方案1使職工完全放棄原已熟悉的操作方式,因而要進(jìn)行重新培訓(xùn)。
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