現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)論文

　　現(xiàn)場(chǎng)總線是順應(yīng)智能現(xiàn)場(chǎng)儀表而發(fā)展起來(lái)的一種開(kāi)放型的數(shù)字通信技術(shù)，其發(fā)展的初衷是用數(shù)字通信代替一對(duì)一的I/O連接方式，把數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)IEC和美國(guó)儀表協(xié)會(huì)ISA的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信。以下是今天學(xué)習(xí)啦小編要與大家分享的：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，希望能幫助到大家!

　　現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)全文如下：

　　1.概述

　　現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)基礎(chǔ)是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，是應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的工業(yè)總線，因現(xiàn)場(chǎng)總線潛在著巨大的商機(jī)，世界范圍內(nèi)的各大公司投入相當(dāng)大的人力、物力、財(cái)力來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一直是國(guó)際上各大公司激烈競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域，由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的不斷創(chuàng)新，過(guò)程控制系統(tǒng)由第四代的DCS發(fā)展至今的FCS(Fieldbus Control System)系統(tǒng),已被稱為第五代過(guò)程控制系統(tǒng)。而FCS和DCS的真正區(qū)別在于其現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，在3C(Computer計(jì)算機(jī)、Control控制、Commcenication通信)技術(shù)的基礎(chǔ)上，大量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。由于國(guó)際上各大公司在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，仍未形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前，在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)都是遵守OSI參考模型。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是從八十年代中期發(fā)展起來(lái)的。經(jīng)歷了十幾年的時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、造紙、紡織、煙草、機(jī)械、石油化工、電力、樓宇自控等各個(gè)控制領(lǐng)域。現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢(shì)，將逐步取代傳統(tǒng)的PLC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接線的控制方法。

　　2.現(xiàn)場(chǎng)總線的主要產(chǎn)品 連接于總線上的產(chǎn)品，可以分為有源和無(wú)源兩大類。

　　2.1.有源產(chǎn)品 有源產(chǎn)品可以產(chǎn)生通訊信號(hào)、響應(yīng)信號(hào)、調(diào)整信號(hào)或者兼而有之。

　　有源產(chǎn)品包括以下部件：

　　2.1.1節(jié)點(diǎn)(Node);總線上可以編址的設(shè)備。

　　2.1.2總線模塊(Bus Modulea);任何形式的現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)，可以使用端子或接插件連接傳感器、閥門(mén)、按鈕等各種現(xiàn)場(chǎng)裝置。

　　2.1.3網(wǎng)關(guān)(Gateway);一種特殊的節(jié)點(diǎn)，用于兩面種不同的總線之間的信號(hào)和數(shù)據(jù)變換。

　　2.1.4放大器;一種用于實(shí)時(shí)(加強(qiáng))信號(hào)，以精確復(fù)制原始信號(hào)。連接同一總線的兩部分，解決通訊信號(hào)在通訊線上由于電氣損耗而造成的衰減。當(dāng)信號(hào)變?nèi)醵蛔冃螘r(shí)可以使用放大器。

　　2.1.5中繼器(Repeater);用于加強(qiáng)信號(hào)，產(chǎn)生不變形的新信號(hào)。連接同一總線的兩端，當(dāng)信號(hào)變?nèi)趸蜃冃螘r(shí)可以使用中繼器。

　　2.1.6.橋(Bgridge);有兩類橋。一種是用于連接同一種協(xié)議，不同傳輸速度的兩個(gè)段。另一種是一種智能的中繼器，當(dāng)通訊的源地址和目的地址位于不同總線段時(shí)，用于重復(fù)兩個(gè)段間的數(shù)據(jù)。橋必須被編程設(shè)定地址和相關(guān)的段。當(dāng)橋讀地址時(shí)，要有幾個(gè)位的等待時(shí)間。橋可以應(yīng)用于設(shè)備級(jí)總線，但應(yīng)用并不普遍。

　　2.1.7路由器(Router);用于廣域網(wǎng)的高等級(jí)橋。這類產(chǎn)品很少應(yīng)用于設(shè)備級(jí)總線。

　　2.1.8有源多端口分接器(Active hub)多端口中繼器或放大器，以增加總線的分支能力。

　　2.1.9接口卡、接口模塊(Interface card,interface module);指網(wǎng)關(guān)的常用術(shù)語(yǔ)，作為PLC或PC到設(shè)備及總線的接口。

　　2.2無(wú)源總線產(chǎn)品 無(wú)源總線產(chǎn)品包括：

　　2.2.1T型分支(Tee);用于產(chǎn)生總線上的一路分支。

　　2.2.2無(wú)源多端口分接器(Passive hub);多端口T型分支。

　　2.2.3終端電阻(Terminating Resistor);安裝在總線的始端和末端的電阻，用于穩(wěn)定和調(diào)整信號(hào)。

　　2.2.4總線電纜(Busline);連接節(jié)點(diǎn)，傳送數(shù)據(jù)的各種電纜。

　　3.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

　　國(guó)際電工協(xié)會(huì)(IEC)的SP50委員會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線有以下三點(diǎn)要求：同一數(shù)據(jù)鏈路上過(guò)程控制單元(PCU)、 PLC等與數(shù)字1/ O設(shè)備互連;現(xiàn)場(chǎng)總線控制器可對(duì)總線上的多個(gè)操作站、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等進(jìn)行數(shù)據(jù)存取;通信媒體安裝費(fèi)用較低?，F(xiàn)場(chǎng)總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通訊鏈路，它溝通了生產(chǎn)過(guò)程領(lǐng)域的基本控制設(shè)備(即現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備)與更高層次自動(dòng)控制領(lǐng)域的自動(dòng)化控制設(shè)備(即車(chē)間級(jí)設(shè)備)之間的聯(lián)系?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)主要包括一些實(shí)際應(yīng)用的設(shè)備，如PLC、掃描器、電源、輸入輸出站、終端電阻等。其它系統(tǒng)也可以包括變頻器、智能儀表、人機(jī)界面等。

　　系統(tǒng)中的主控器(Host)可以是PLC或PC，通過(guò)總線接口對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制。其總線接口，有時(shí)可以稱為掃描器?？梢允欠謩e的卡件，也可以集成于PLC中。總線接口作為網(wǎng)絡(luò)管理器和作為主控器到總線的網(wǎng)關(guān)，管理來(lái)自總線節(jié)點(diǎn)的信息報(bào)告，并且轉(zhuǎn)換為主控器能夠讀懂的某種數(shù)據(jù)格式傳送到主控器?？偩€接口的缺省地址通常設(shè)為"0"電源，是網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸和接收信息所必須的。通常輸入通道與內(nèi)部芯片所用電源為同一個(gè)電源，習(xí)慣稱為總線電源。而輸出通道使用獨(dú)立的電源，稱為輔助電源。

　　系統(tǒng)中的輸入輸出節(jié)點(diǎn)雖然有許多不同的類型，但在應(yīng)用中最常用的是24V直流的2線、3線傳感器或機(jī)械觸點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)具有IP67的防護(hù)等級(jí)，有防水、防塵、抗振動(dòng)等特性，適合于直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)。另一個(gè)節(jié)點(diǎn)是端子式節(jié)點(diǎn)，獨(dú)立的輸入/輸出端子塊安裝在DIN導(dǎo)軌上，并連接著一個(gè)總線耦合器。該總線直流耦合器是連接總線的網(wǎng)關(guān)。這種類型的節(jié)點(diǎn)是開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)，其防護(hù)等級(jí)為IP20，它必須安裝在機(jī)箱中。端子式輸入/輸出系統(tǒng)包含有許多種開(kāi)關(guān)量與模擬量輸入/輸出模塊，以及串行通訊、高速計(jì)數(shù)與監(jiān)控模塊。端子式輸入/輸出系統(tǒng)可以獨(dú)立使用也可以結(jié)合使用。

　　而節(jié)點(diǎn)地址連接一個(gè)輔助電源，該電源用于驅(qū)動(dòng)電磁閥和其他的電器設(shè)備。通過(guò)將輔助電器與總線電源分開(kāi)可以極大地降低在總線信號(hào)中的噪音。另外大部分總線節(jié)點(diǎn)可以診斷出電器設(shè)備中的短路狀態(tài)并且報(bào)告給主控器，即使發(fā)生短路也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的通訊。普通傳感器等現(xiàn)場(chǎng)裝置可以通過(guò)輸入輸出模塊連接到現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)工程中，也可以單獨(dú)裝入總線通訊接口，連接到總線系統(tǒng)中。 總線電纜和終端電阻?？偩€電纜一般分為主干纜和分支電纜。各種總線協(xié)議對(duì)于總線電纜的長(zhǎng)度都有所規(guī)定，不同的通訊波特率，對(duì)應(yīng)不同的總線電纜長(zhǎng)度。同時(shí)，分支電纜的長(zhǎng)度也是有所限制的。 網(wǎng)絡(luò)的最后部分是終端電阻。在一些總線系統(tǒng)中。這個(gè)終端電阻只是連接到兩數(shù)據(jù)線的簡(jiǎn)單電阻。它是用來(lái)吸收網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸過(guò)程中的剩余能量。

　　3.1現(xiàn)場(chǎng)總線特點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)的PLC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制方法相比，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。其特點(diǎn)包括：

　　3.1.1.具有較高的性能價(jià)格比。系統(tǒng)綜合成本及一次性安裝費(fèi)用減少40%。由于導(dǎo)線、連接附件的大幅度的減少。使原來(lái)的幾百根，甚至幾千根控制電纜減少到一根總線電纜，從而也使接線端子、電纜橋架等附件大幅度的減少。所以設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)的費(fèi)用大幅度地減少，維護(hù)和改造的停工時(shí)間減少60%。原來(lái)繁瑣的原理圖、布線圖設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單易行;標(biāo)準(zhǔn)接插件快速、簡(jiǎn)便的安裝，使人力、物力大量的減少;強(qiáng)大 的故障診斷能力，使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)工作量大幅減少。

　　3.1.2.系統(tǒng)性能大幅度的提高，使控制系統(tǒng)的檔次跨越了一個(gè)臺(tái)階，可靠的數(shù)據(jù)傳輸，快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)，強(qiáng)大的抗干擾能力。許多總線在通訊介質(zhì)、信息檢驗(yàn)、信息糾錯(cuò)、重復(fù)地址檢測(cè)等方面都有嚴(yán)格的規(guī)定，從而確?？偩€通訊快速、完全可靠的進(jìn)行。

　　3.1.3系統(tǒng)具有強(qiáng)大的自動(dòng)診斷、故障顯示功能。診斷包括總線節(jié)點(diǎn)的通訊故障、電源故障，以及現(xiàn)場(chǎng)裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各種故障位置和狀態(tài)。

　　3.1.4采用數(shù)字信號(hào)通訊，有效提高系統(tǒng)的測(cè)量和控制精度。各種開(kāi)關(guān)量、模擬量信號(hào)就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，避免了信號(hào)的衰減和變形。

　　3.1.5總線節(jié)點(diǎn)具有IP67的防護(hù)等級(jí)，具有防水、防塵、抗振動(dòng)的特性?？梢灾苯影惭b于工業(yè)設(shè)備上，大量減少了現(xiàn)場(chǎng)接線箱，使系統(tǒng)可靠性提高。 3.1.6本質(zhì)安全型總線。更加適合直接安裝于石油、化工等危險(xiǎn)防爆場(chǎng)所，減少系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性。　

　3.2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有總線拓?fù)浜妥杂赏負(fù)鋬煞N結(jié)構(gòu)：

　　3.2.1.總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示：所有站點(diǎn)不需要經(jīng)交換設(shè)備，可直接連接到傳媒體上(即總線)，即所有站點(diǎn)共享一條公共的傳輸媒體，任何一個(gè)站點(diǎn)都能在此媒體上發(fā)送傳播，并能被所有站點(diǎn)接收，因?yàn)樗姓军c(diǎn)共享一條公共傳輸媒體，所有在某一時(shí)刻只能有一個(gè)站點(diǎn)能夠發(fā)送，與其他站點(diǎn)的發(fā)送相競(jìng)爭(zhēng)，故由載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)的媒體訪問(wèn)控制器來(lái)控制?？偩€拓?fù)涫怯梢粭l主干線和若干條分支線及兩個(gè)總線(bus)終端匹配器。