現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用研究論文

1、. . 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用研究中文摘要:現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)自70年代誕生至今，由于它在多方面的優(yōu)越性，得到大圍的推廣，導(dǎo)致了自動(dòng)控制領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。本文從多個(gè)方面介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的種類、現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域及前景?，F(xiàn)場(chǎng)總線FFField Bus的概念起源于70年代，當(dāng)時(shí)主要考慮將操作室的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和到控制儀器的控制信號(hào)由一組總線以數(shù)字信號(hào)形式傳送，不必每個(gè)信號(hào)都用一組信號(hào)線。隨著儀表智能化和通訊數(shù)字化技術(shù)的開展，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)成為可能，由全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)代替數(shù)字與模擬分散型控制系統(tǒng)已成為工業(yè)化控制系統(tǒng)開展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)開展成為集計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)控制、生產(chǎn)管理等容為一

2、體的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCSField-bus Control System。它將通信線一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備，用于過(guò)程和制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，將傳統(tǒng)的DCS三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造變成兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，降低了本錢，提高了可靠性，實(shí)現(xiàn)了控制管理一體化的構(gòu)造體系。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、自動(dòng)控制、開展趨勢(shì). 第一章 緒論現(xiàn)場(chǎng)總線Fieldbus是80年代末、90年代初國(guó)際上開展形成的，用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的根底，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種

3、開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界圍的關(guān)注，成為自動(dòng)化技術(shù)開展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)造與設(shè)備的深刻變革?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS是順應(yīng)智能現(xiàn)場(chǎng)儀表而開展起來(lái)的。它的初衷是用數(shù)字通訊代替420mA模擬傳輸技術(shù)，但隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與智能儀表管控一體化儀表調(diào)校、控制組態(tài)、診斷、報(bào)警、記錄的開展，在控制領(lǐng)域引起了一場(chǎng)前所未有的革命?？刂茖＜覀兗娂婎A(yù)言：FCS將成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流。第二章 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述2.1現(xiàn)場(chǎng)總線的定義：目前，公認(rèn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概念描述如下：現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀表與控制室的自動(dòng)控

4、制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。其中，生產(chǎn)過(guò)程包括斷續(xù)生產(chǎn)過(guò)程和連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程兩類?；蛘?，現(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)生的意義1現(xiàn)場(chǎng)總線Fieldbus技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；是一次工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備通信的數(shù)字化革命?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可使用一條通信電纜將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化、帶有通信接口連接，用數(shù)字化通信代替4-20mA/24VDC信號(hào)，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制、監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程參數(shù)化等功能。2傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用一

5、對(duì)一連線的、4-20mA/24VDC信號(hào)，信息量有限，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自控系統(tǒng)成為工廠中的信息孤島，嚴(yán)重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。3基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化通信技術(shù)，使自控系統(tǒng)與設(shè)備參加工廠信息網(wǎng)絡(luò)， 構(gòu)成企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的延伸，是支撐現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)信息集成的技術(shù)根底。第三章 現(xiàn)場(chǎng)總線的種類從20世紀(jì)90年代以后，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到了迅猛開展，出現(xiàn)了群雄并起、百家爭(zhēng)鳴的局面。目前已開發(fā)出有40多種現(xiàn)場(chǎng)總線，如Interbus、Bitb

6、us、DeviceNet、MODbus、Aret、P-Net、FIP、ISP等，其中最具有影響力的有5種，分別是FF、Lon Works、Profibus、CAN和HART。2.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，即FoudationFieldbus,簡(jiǎn)稱FF，這是在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好開展前景的技術(shù)。其前身是以美國(guó)Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Fo*boro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協(xié)議。屈于用戶的壓力，這兩大集團(tuán)于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)，致力

7、于開發(fā)出國(guó)際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為根底，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為3125Kbps,通信距離可達(dá)1900m(可加中繼器延長(zhǎng)),可支持總線供電，支持本質(zhì)平安防爆環(huán)境。H2的傳輸速率為1Mbps和2.5Mbps兩種，其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持比絞線、光纜和無(wú)線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。其物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼，每位發(fā)送數(shù)據(jù)的中心位置或是正跳變，或是負(fù)跳變。正跳變代表0，負(fù)跳變代表1，從而使串行數(shù)據(jù)

8、位流中具有足夠的定位信息，以保持發(fā)送雙方的時(shí)間同步。接收方既可根據(jù)跳變的極性來(lái)判斷數(shù)據(jù)的“1”、“0”狀態(tài)，也可根據(jù)數(shù)據(jù)的中心位置準(zhǔn)確定位。為滿足用戶需要，Honeywell、Ronan等公司已開發(fā)出可完成物理層和局部數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的專用芯片，許多儀表公司已開發(fā)出符合FF協(xié)議的產(chǎn)品，1總線已通過(guò)測(cè)試和測(cè)試，完成了由13個(gè)不同廠商提供設(shè)備而組成的FF現(xiàn)場(chǎng)總線工廠試驗(yàn)系統(tǒng)。2總線標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)形成。1996年10月，在芝加哥舉行的ISA96展覽會(huì)上，由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)組織實(shí)施，向世界展示了來(lái)自40多家廠商的70多種符合FF協(xié)議的產(chǎn)品，并將這些分布在不同樓層展覽大廳不同展臺(tái)上的FF展品，用醒目的橙紅色電纜

9、，互連為七段現(xiàn)場(chǎng)總線演示系統(tǒng)，各展臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間可實(shí)地進(jìn)展現(xiàn)場(chǎng)互操作，展現(xiàn)了基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的成就與技術(shù)實(shí)力。2.2 LonWorksLonWorks是又一具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它是由美國(guó)Ecelon公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置，其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可到達(dá)2700m(78kbps，雙絞線),支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)

10、。LonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron的芯片中并得以實(shí)現(xiàn)。集成芯片中有3個(gè)8位CPU;一個(gè)用于完成開放互連模型中第12層的功能，稱為媒體訪問(wèn)控制處理器，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問(wèn)的控制與處理;第二個(gè)用于完成第36層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理器，進(jìn)展網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計(jì)量時(shí)、網(wǎng)絡(luò)管理，并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等;第三個(gè)是應(yīng)用處理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)效勞與用戶代碼。芯片中還具有存儲(chǔ)信息緩沖區(qū)，以實(shí)現(xiàn)CPU之間的信息傳遞，并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。如Motorola公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片MC143120E2就包含了2KRAM和2KEEPRO

11、M。LonWorks技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯片的低本錢(每片價(jià)格約59美元)，而芯片的低本錢又返過(guò)來(lái)促進(jìn)了LonWorks技術(shù)的推廣應(yīng)用，形成了良好循環(huán)，據(jù)Ecelon公司的有關(guān)資料，到1996年7月，已生產(chǎn)出500萬(wàn)片神經(jīng)元芯片。LonWorks公司的技術(shù)策略是鼓勵(lì)各OEM開發(fā)商運(yùn)用LonWorks技術(shù)和神經(jīng)元芯片，開發(fā)自己的應(yīng)用產(chǎn)品，據(jù)稱目前已有2600多家公司在不同程度上卷入了LonWorks技術(shù):1000多家公司已經(jīng)推出了LonWorks產(chǎn)品，并進(jìn)一步組織起LonWark互操作協(xié)會(huì)，開發(fā)推廣LonWorks技術(shù)與產(chǎn)品。它被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)

12、備、工業(yè)過(guò)程控制等行業(yè)。為了支持LonWorks與其它協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)之間的互連與互操作，該公司正在開發(fā)各種網(wǎng)關(guān)，以便將LonWorks與以太網(wǎng)、FF、Modbus、DeviceNet、Profibus、Serple*等互連為系統(tǒng)。另外，在開發(fā)智能通信接口、智能傳感器方面，LonWorks神經(jīng)元芯片也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。LonWorks技術(shù)已經(jīng)被美國(guó)暖通工程師協(xié)會(huì)ASRE定為建筑自動(dòng)化協(xié)議BAet的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)剛剛收到的消息，美國(guó)消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)已經(jīng)通過(guò)決議，以LonWorks技術(shù)為根底制定了EIA-709標(biāo)準(zhǔn)。這樣，LonWorks已經(jīng)建立了一套從協(xié)議開發(fā)、芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、控制模塊開發(fā)制造、O

13、EM控制產(chǎn)品、最終控制產(chǎn)品、分銷、系統(tǒng)集成等一系列完整的開發(fā)、制造、推廣、應(yīng)用體系構(gòu)造，吸引了數(shù)萬(wàn)家企業(yè)參與到這項(xiàng)工作中來(lái)，這對(duì)于一種技術(shù)的推廣、應(yīng)用有很大的促進(jìn)作用。2.3 ProfibusProfibus是作為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化，而PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類型，

14、它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國(guó)公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩局部形成了其標(biāo)準(zhǔn)第一局部的子集，DP型隱去了37層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口，F(xiàn)MS型只隱去第36層，采用了應(yīng)用層，作為標(biāo)準(zhǔn)的第二局部。PA型的標(biāo)準(zhǔn)目前還處于制定過(guò)程之中，其傳輸技術(shù)遵從IEC1158-2(1)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)總線供電與本質(zhì)平安防爆。Porfibus支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對(duì)多主站系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間擁有總

15、線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長(zhǎng)時(shí)間。按Profibus的通信規(guī)，令牌在主站之間按地址順序，沿上行方向進(jìn)展傳遞。主站在得到控制權(quán)時(shí)，可以按主從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。主站可采取對(duì)所有站點(diǎn)播送(不要求應(yīng)答),或有選擇地向一組站點(diǎn)播送。Profibus的傳輸速率為9612kbps最大傳輸距離在12kbps時(shí)為1000m，15Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長(zhǎng)至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。2.4 CANCAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡(jiǎn)稱，最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車部測(cè)量與執(zhí)行部件之

16、間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)現(xiàn)已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。CAN協(xié)議也是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型根底上的，不過(guò)，其模型構(gòu)造只有3層，只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá)1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/kbps,可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè)。CAN的信號(hào)傳輸采用短幀構(gòu)造，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上

17、的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局播送方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停頓發(fā)送，從而防止了總線沖突。已有多家公司開發(fā)生產(chǎn)了符合CAN協(xié)議的通信芯片，如Intel公司的82527，Motorola公司的MC68HC05*4，Philips公司的82C250等。還有插在PC機(jī)上的CAN總線接口卡，具有接口簡(jiǎn)單、編程方便、開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。2.5 HARTHART是HighwayA

18、ddressableRemoteTransduer的縮寫。最早由Rosemout公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會(huì)。這種被稱為可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中工業(yè)過(guò)程控制的過(guò)渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，得到了較好的開展。HART通信模型由3層組成:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層采用FSK(FrequencyShiftKeying)技術(shù)在420mA模擬信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào)，頻率信號(hào)采用Bell202國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);數(shù)據(jù)傳輸速率為1200bps,邏輯

19、“0”的信號(hào)頻率為2200Hz，邏輯“1”的信號(hào)傳輸頻率為1200Hz。數(shù)據(jù)鏈路層用于按HART通信協(xié)議規(guī)則建立HART信息格式。其信息構(gòu)成包括開頭碼、顯示終端與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備地址、字節(jié)數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)與通信狀態(tài)、數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)等。其數(shù)據(jù)字節(jié)構(gòu)造為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，1個(gè)終止位。應(yīng)用層的作用在于使HART指令付諸實(shí)現(xiàn)，即把通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息。它規(guī)定了一系列命令;按命令方式工作。它有3類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設(shè)備理解、執(zhí)行的命令;第二類稱為一般行為命令，它所提供的功能可以在許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(盡管不是全部)中實(shí)現(xiàn)，這類命令包括最常用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能庫(kù);第三類稱為特殊設(shè)備

20、命令，以便在*些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能，這類命既可以在基金會(huì)中開放使用，又可以為開發(fā)此命令的公司所獨(dú)有。在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備?？砂l(fā)現(xiàn)同時(shí)存在這3類命令。HART支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)播送方式。按應(yīng)容許方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為23次/,按播送方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為34次/,它還可支持兩個(gè)通信主設(shè)備?？偩€上可掛設(shè)備數(shù)多達(dá)15個(gè)，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可有256個(gè)變量，每個(gè)信息最大可包含4個(gè)變量。最大傳輸距離3000m，HART采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語(yǔ)言DDL?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開發(fā)商采用這種標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言來(lái)描述設(shè)備特性，由HART基金會(huì)負(fù)責(zé)登記管理這些設(shè)備描述并把它們編為設(shè)備描述字典，主設(shè)備運(yùn)用DDL技術(shù)，來(lái)理解這些設(shè)備的特

21、性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開發(fā)專用接口。但由于這種模擬數(shù)字混信號(hào)制，導(dǎo)致難以開發(fā)出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本安防爆要求。2.6 RS-485盡管-485不能稱為現(xiàn)場(chǎng)總線，但是作為現(xiàn)場(chǎng)總線的鼻祖，還有許多設(shè)備繼續(xù)沿用這種通訊協(xié)議。采用RS-485通訊具有設(shè)備簡(jiǎn)單、低本錢等優(yōu)勢(shì)，仍有一定的生命力。以RS-485為根底的OPTO-22命令集等也在許多系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。. 3各種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域3.1 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線1996年3月15日批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，即DIN 50170 V.2。PROFIBUS產(chǎn)品在世界市場(chǎng)上已被普遍承受，市場(chǎng)份額占?xì)W洲

22、首位，年增長(zhǎng)率25%。目前支持PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品超過(guò)1500多種，分別來(lái)自國(guó)際上250多個(gè)生產(chǎn)廠家。在世界圍已安裝運(yùn)行的PROFIBUS設(shè)備已超過(guò)200萬(wàn)臺(tái)，到1998年5月，適用于過(guò)程自動(dòng)化的PROFIBUS-PA儀表設(shè)備在19個(gè)國(guó)家的40個(gè)用戶廠家投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。1985年組建了PROFIBUS國(guó)際支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用戶組織PNO。目前在世界各地相繼組建了20個(gè)地區(qū)性的用戶組織，企業(yè)會(huì)員近650家。1997年7月組建了中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS專業(yè)委員會(huì)，并籌建現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS產(chǎn)品演示及認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室。PROFIBUS主要應(yīng)用領(lǐng)域有：.制造業(yè)自動(dòng)

23、化：汽車制造機(jī)器人、裝配線、沖壓線等、造紙、紡織。.過(guò)程控制自動(dòng)化：石化、制藥、水泥、食品、啤酒。.電力：發(fā)電、輸配電。.樓宇：空調(diào)、風(fēng)機(jī)、照明。.鐵路交通：信號(hào)系統(tǒng)3.2 FF現(xiàn)場(chǎng)總線1994年由ISP 基金會(huì)和World FIP(北美)兩大集團(tuán)合并成立FF基金會(huì)，其宗旨在于開發(fā)出符合IEC和ISO標(biāo)準(zhǔn)的、唯一的國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線Fundation Fieldbus。低速總線H1協(xié)議已于1996年發(fā)表。已完成開發(fā)的高速總線H2擬于1998年發(fā)表。1997年5月建立了中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線FF專業(yè)委員會(huì)，并籌建FF現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品認(rèn)證中心。目前，F(xiàn)F現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域以過(guò)程自動(dòng)化為主。如：化工、電力廠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、廢

24、水處理、油田等行業(yè)。3.3 LONWORKS總線LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線全稱為L(zhǎng)ONWORKS NetWorks,即分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，希望推出能夠適合各種現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用場(chǎng)合的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。目前LONGWORKS應(yīng)用圍廣泛，主要包括工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等。國(guó)主要應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化方面。3.4 CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線已由ISO/TC22技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IOS 11898通訊速率小于1Mbps和ISO 11519通訊速率小于125Kbps。CANBUS主要產(chǎn)品應(yīng)用于汽車制造、公共交通車輛、機(jī)器人、液壓系統(tǒng)、分散型I/O。另外在電梯、醫(yī)療器械、工具機(jī)床

25、、樓宇自動(dòng)化等場(chǎng)合均有所應(yīng)用。3.5WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線9091年FIP現(xiàn)場(chǎng)總線成為法國(guó)國(guó)家平安標(biāo)準(zhǔn)。96年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50170 V.3。下一步目標(biāo)是靠近IEC標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在技術(shù)上已做好充分準(zhǔn)備。WorldFIP國(guó)際組織在設(shè)有辦事處，即WorldFIP中國(guó)信息中心，負(fù)責(zé)中國(guó)的技術(shù)支持。WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線采用單一總線構(gòu)造來(lái)適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，不同應(yīng)用領(lǐng)域采用不同的總線速率。過(guò)程控制采用31.25Kbit/s,制造業(yè)為1M bit/s,驅(qū)動(dòng)控制為1-2.5Mbit/s。采用總線仲裁器和優(yōu)先級(jí)來(lái)管理總線上包括各支線的各控制站的通信?？蛇M(jìn)展1對(duì)1、1對(duì)多點(diǎn)組、1對(duì)全體等多重通信方式。

26、在應(yīng)用系統(tǒng)中，可采用雙總線構(gòu)造，其中一條總線為備用線，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的平安性。WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線適用圍廣泛，在過(guò)程自動(dòng)化、制造業(yè)自動(dòng)化、電力及樓宇自動(dòng)化方面都有很好的應(yīng)用。3.6 P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線籌建于己于1983年。1984年推出采用多重主站現(xiàn)場(chǎng)總線的第一批產(chǎn)品。1986年通信協(xié)議中參加了多重網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口產(chǎn)品。1987年P(guān)-NET標(biāo)準(zhǔn)成為開放式的完整標(biāo)準(zhǔn)，成為丹麥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。1996年成為歐洲總線標(biāo)準(zhǔn)的一局部EN 50170 V.1。1997年組建國(guó)際P-NET用戶組織，現(xiàn)有企業(yè)會(huì)員近百家，總部設(shè)在丹麥的Siekebor

27、g，并在德國(guó)、英國(guó)、葡萄牙和加拿大等地設(shè)有地區(qū)性組織分部。P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線在歐洲及北美地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域。. . 5現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)5.1現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)構(gòu)造的簡(jiǎn)化，使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)，都表達(dá)出優(yōu)越性。節(jié)省硬件數(shù)量與投資由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控PC機(jī)作

28、為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設(shè)備的減少，還可減少控制室的占地面積。節(jié)省安裝費(fèi)用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單，由于一對(duì)雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備時(shí)，無(wú)需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測(cè)算資料，可節(jié)約安裝費(fèi)用60以上。節(jié)省維護(hù)開銷由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力，并通過(guò)數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了

29、維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)化，連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量。用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來(lái)集成系統(tǒng)。防止因選擇了*一品牌的產(chǎn)品被“框死了設(shè)備的選擇圍，不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過(guò)程中的主動(dòng)權(quán)完全掌握在用戶手中。提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時(shí)，由于系統(tǒng)的構(gòu)造簡(jiǎn)化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場(chǎng)儀表部功能加強(qiáng):減少了信號(hào)的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。. 6現(xiàn)場(chǎng)

30、總線的開展趨勢(shì)6.1現(xiàn)場(chǎng)總線的開展不會(huì)被計(jì)算機(jī)通信技術(shù)取代在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)誕生的初期，它的主要功能是將當(dāng)時(shí)的可編程邏輯控制器以一種較簡(jiǎn)潔的方式連接起來(lái)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)引入PLC，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)被引入現(xiàn)場(chǎng)總線；PLC功能的增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線提出了更高的要求，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的引入大大增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)總線的功能，成為現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開展的主要趨勢(shì)。 在分散型控制系統(tǒng)的開展歷程中，較早地在站間通信中采用了局域網(wǎng)技術(shù)。隨著電子技術(shù)的開展，許多站的功能已經(jīng)可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，因此通信也逐漸延伸到現(xiàn)場(chǎng)。 在過(guò)程控制領(lǐng)域，曾經(jīng)采用過(guò)許多通信協(xié)議。隨著商用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的局域通信逐步被以太網(wǎng)壟斷，過(guò)程控制領(lǐng)域中上層的通信也逐步統(tǒng)一到以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)。由于因特網(wǎng)的快速開展，人們通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)控制系統(tǒng)，進(jìn)展遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和效勞的愿望越來(lái)越強(qiáng)烈，因此TCPIP協(xié)議也進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域。實(shí)際上我們現(xiàn)在就可以看到通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的事例。 這里我們看到了兩種趨勢(shì)，第一是現(xiàn)場(chǎng)有越來(lái)越多的信息需要往上送，第二是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)越來(lái)越向下延伸。人們不禁要問(wèn)：包括Internet技術(shù)的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通信技術(shù)是否會(huì)最終延伸到現(xiàn)場(chǎng)，并取代現(xiàn)場(chǎng)總線“ 我們認(rèn)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通信技術(shù)有能力延伸到現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中也會(huì)不斷地融入計(jì)算機(jī)通信