工業(yè)自動(dòng)化儀表現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)研究

韋小平

摘要：在當(dāng)前發(fā)展環(huán)境下，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)領(lǐng)域引發(fā)了廣泛關(guān)注，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化系統(tǒng)的深刻變化，大大提高了工業(yè)自動(dòng)化管理水平。工業(yè)自動(dòng)化儀表現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化方向發(fā)展，提高了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用中的勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。本文就工業(yè)自動(dòng)化儀表現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化儀表;自動(dòng)化控制技術(shù);現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)

前言

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)于上個(gè)世紀(jì)八十年代出現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智能傳感器控制、數(shù)字通信為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，有效推動(dòng)行業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可構(gòu)建起智能設(shè)備互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在當(dāng)前發(fā)展環(huán)境下，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)領(lǐng)域引發(fā)了廣泛關(guān)注，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化系統(tǒng)的深刻變化，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)大大提高了工廠自動(dòng)化管理水平，能有效的提高現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在應(yīng)用中的勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。

1現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展概述

現(xiàn)場(chǎng)總線可以稱作是第五代控制系統(tǒng)，即：FCS——現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。第一代為氣動(dòng)信號(hào)控制系PCS，第二代為4～20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)，第三代為數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)DDC，第四代為集散式分布控制系統(tǒng)DCS?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS打破了DCS系統(tǒng)被束縛于通信專用網(wǎng)絡(luò)的局面，形成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，將控制功能從根本上轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)。關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，最早由國(guó)際電工委員會(huì)于1985年著手制訂國(guó)際性現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，此后，美國(guó)儀表學(xué)會(huì)參與其中，但由于雙方意見不一致而使該標(biāo)準(zhǔn)遲遲未出臺(tái)，各國(guó)家便開始制訂各自的標(biāo)準(zhǔn)。截止到1994年年初，在美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)分別形成了Porifbus，IFP，ISA等幾種主要的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上的ISP和WorldIFP兩大現(xiàn)場(chǎng)總線組織合并，統(tǒng)一了IEC/SP50標(biāo)準(zhǔn)，此后，近200家儀表廠、公司成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（FF）。

目前，市場(chǎng)上的現(xiàn)場(chǎng)總線及相關(guān)產(chǎn)品包括主要用于工業(yè)控制的FF，用于樓宇自動(dòng)化為的美國(guó)LON、以汽車工業(yè)為目標(biāo)的德國(guó)CAN，傳統(tǒng)的DCS等自動(dòng)化控制系統(tǒng)逐漸被這種開放的自動(dòng)化系統(tǒng)取而代之，整個(gè)測(cè)量與控制領(lǐng)域迎來發(fā)展的新時(shí)期。

2現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)的影響

對(duì)于自動(dòng)化與儀器儀表而言，現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)為其工業(yè)革命的發(fā)生產(chǎn)生了推動(dòng)作用，促使其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全面更新與換代的技術(shù)性變革?，F(xiàn)場(chǎng)總線之所以能夠得到人們的關(guān)注，逐漸發(fā)展為研究工作的熱點(diǎn)內(nèi)容，原因在于它能對(duì)控制及自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)產(chǎn)生極為深遠(yuǎn)的影響。具體而言，這些影響有以下方面的體現(xiàn)：

（1）對(duì)4～20mADC聯(lián)絡(luò)信號(hào)予以全面取代，數(shù)字化的傳輸信號(hào)得以實(shí)現(xiàn)，為現(xiàn)場(chǎng)布線提供了極大的便利，降低了近70%成的現(xiàn)場(chǎng)配線費(fèi)用支出。（2）賦予了現(xiàn)場(chǎng)儀表更多、更先進(jìn)的功能，例如控制、報(bào)警以及趨勢(shì)分析等，降低了D/A與A/D的變換率，對(duì)上層系統(tǒng)予以簡(jiǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置精度及其可靠性的大幅度提升。（3）不同廠家之間實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品的交互操作與互換使用，對(duì)于用戶而言，便利性得到了極大的提高。（4）加速了自動(dòng)化儀表技術(shù)與自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，使其由模擬數(shù)字混合技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿珨?shù)字化技術(shù)，由封閉式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放式系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線使得自動(dòng)化系統(tǒng)采用開放系統(tǒng)互連參考模型進(jìn)行高層通信網(wǎng)絡(luò)的建立，極大地強(qiáng)化了系統(tǒng)冗余與故障診斷功能以及容錯(cuò)功能，大幅度提高了系統(tǒng)的可靠性與安全性。相對(duì)而言，現(xiàn)場(chǎng)總線為自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，而開放型的自動(dòng)化系統(tǒng)又成為現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的必然。（5）現(xiàn)代自動(dòng)化正在朝著綜合自動(dòng)化的方向發(fā)展，它對(duì)過程控制與企業(yè)管理進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以多項(xiàng)綜合式集成發(fā)展為其發(fā)展的最終目標(biāo)。在這一綜合自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程中，現(xiàn)場(chǎng)總線智能化儀表以及開放式的自動(dòng)化系統(tǒng)成為最有效的手段與工具。（6）微處理器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表予以引入，突出了現(xiàn)場(chǎng)儀表的智能化與功能多樣化的特征?，F(xiàn)場(chǎng)總線加速了新式、更為先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如測(cè)控一體化產(chǎn)品、多變量變送器等）的產(chǎn)生與應(yīng)用。應(yīng)用智能儀表，軟硬件進(jìn)行了結(jié)合，傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式得到了改變，軟件向眾多功能的實(shí)現(xiàn)提供了越來越多的支撐。（7）應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)總線，所有的控制設(shè)備與測(cè)量值都能通過工程單位得到體現(xiàn)，簡(jiǎn)化了在控制裝置中將初始傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工程單位的操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制裝置在任務(wù)中的解脫，使其履行起更加高級(jí)的控制職責(zé)。（8）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線多變量現(xiàn)場(chǎng)儀表的采用極大地減少了儀表的數(shù)量，最終實(shí)現(xiàn)了儀表購(gòu)置、安裝以及維護(hù)等成本支出的縮減。（9）現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了很多控制功能從控制室向現(xiàn)場(chǎng)的流轉(zhuǎn)，工廠的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由此發(fā)生了徹底性的變革，這是其最為顯著的影響所在。當(dāng)前，數(shù)字式儀表已經(jīng)對(duì)模擬儀表予以取代，控制功能的完成方也已由DCS轉(zhuǎn)變?yōu)橛涩F(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)的相應(yīng)功能模塊?，F(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)很多新概念的應(yīng)用完善了現(xiàn)場(chǎng)儀表的檢測(cè)與控制功能，向更加開放的控制系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)FCS）提供支持，為過程控制系統(tǒng)與儀表制造工業(yè)帶來了極為深刻的變革。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線儀表系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制中，促進(jìn)了工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的升級(jí)和加工藝檢測(cè)水平的提升，隨著科技的不斷更新，工業(yè)自動(dòng)化儀表現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)產(chǎn)品不斷升級(jí)，自動(dòng)化儀器的應(yīng)用中使用了大量新技術(shù)，使傳統(tǒng)自動(dòng)化儀器的技術(shù)不斷升級(jí)，工業(yè)自動(dòng)化儀表現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化方向發(fā)展，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)過程的效率，工業(yè)自動(dòng)化儀表現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)的應(yīng)用具有重要的推動(dòng)作用，能有效面對(duì)未來激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，在當(dāng)前發(fā)展環(huán)境下，要把工業(yè)自動(dòng)化儀表現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用于技術(shù)發(fā)展中，不斷完善現(xiàn)場(chǎng)總線控制體系，推動(dòng)中國(guó)儀器儀表行業(yè)的發(fā)展。

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