探析現(xiàn)場總線技術在自動化控制系統(tǒng)中的應用

　　現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信、完成測量控制任務的數(shù)據(jù)總線。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)正逐漸把電氣控制和過程控制合并起來,實現(xiàn)真正意義的集中控制。

　　1現(xiàn)場總線技術介紹

　　1.1PROFIBUS(Process Fieldbus)現(xiàn)場總線

　　以西門子公司為首的PROFIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議滿足開放性總線系統(tǒng)的要求,構成從傳感器/執(zhí)行器、現(xiàn)場級、單元級直至管理級的透明的通訊系統(tǒng)。PROFIBUS是一個家族。它有三個成員或三種類型,即-FMS,-DP和-PA，基本特點如下：

　　1)PROFIBUS-FMS(Fieldbus MessageSpecification現(xiàn)場總線報文規(guī)范)。此部分是完成控制器和現(xiàn)場器件之間的通信以及控制器之間的信息交換，適應于完成中等傳輸速度進行較大數(shù)據(jù)交換的循環(huán)和非循環(huán)通訊任務。使用RS485時，通信速率為9.6k-500k波特，距離為1.6km-4.8km，最多可接122個節(jié)點，介質(zhì)可為雙絞線或光纜。

　　2)PROFIBUS-DP(Decentralized Pe—riphery分散型外圍設備)是一種優(yōu)化的通訊模塊，適用于自動控制系統(tǒng)和外圍設備之間的通信，對時間要求苛刻的場合。RS-485雙絞線或光纜，為9.6K-12M波特,最大站數(shù)126。

　　3)PROFIBUS-PA(Process Automa—tion過程自動化)，應用于過程自動化，用于對安全性要求高的場合及由總線供電的站點。通信速率為31.25kbps，最大距離為≤1.9km。

　　1.2LonWorks(Local Operating Networks)現(xiàn)場總線

　　LonWorks技術是美國Echelon公司1991年推出的一套標準，是一種開放分布式控制總線技術。目前采用LonWorks技術的產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)控制、建筑物自動化等領域，相應的LON(LocalOperating Networks)總線也成為但前最為流行的總線之一，基本特點如下：

　　1)LONWORKS協(xié)議遵循ISO/OSI參考模型，它提供了OSI所定義的全部7層服務，可以構成總線型、星型、環(huán)型和混合型等典型的網(wǎng)絡結構，能實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲結構的自由組合，可以通過網(wǎng)關實現(xiàn)不同現(xiàn)場總線的互聯(lián)。

　　2)通信速率為78Kbps/2700m，1.25Mbps/130m，節(jié)點數(shù)32000個，傳輸介質(zhì)可為雙絞線，同軸電纜,光纖,電源線等。

　　1.3 CAN (Controller ATea Network) 總線

　　CAN總線最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)不測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。廣泛應用于離散控制領域,是目前唯一被批準為國際標準的現(xiàn)場總線，基本特點如下：

　　1)CAN協(xié)議遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理層、鏈路層與應用層的三層結構;每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個，這樣傳輸時間短，受干擾的概率低。

　　2)CAN的通信速率為5Kbps/l0km，1Mbps/40m，節(jié)點數(shù)可達ll0個，傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、光纖等?？蓪崿F(xiàn)全分布式多機系統(tǒng)，且無主從之分。

　　2現(xiàn)場總線的應用

　　2.1在電力自動化中的應用

　　下面是對某35KV變電站電力自動化進行的一次改造，其中35KV變電站的間隔層通訊網(wǎng)絡全部采用現(xiàn)場總線技術。LonWorks現(xiàn)場總線技術應用于變電站綜合自動化系統(tǒng)，并將基于微處理器的間隔層設備直接并入LonWorks現(xiàn)場總線，以其高可靠的性能和大容量高速度的通信能力，大大提高了通信系統(tǒng)的信息吞吐和數(shù)據(jù)處理能力，從而解決了應用低速串口通信采樣數(shù)據(jù)時經(jīng)常產(chǎn)生的瓶頸現(xiàn)象。

　　2.2在智能樓宇中的應用

　　樓宇自動化系統(tǒng)是智能建筑中最基本且為最重要的組成部分。中國建設部智能建筑中心已經(jīng)把LonWorks技術作為推薦采用的控制網(wǎng)絡技術在智能建筑中推廣使用。據(jù)統(tǒng)計，截止到2009年，應用該技術的門禁控制器182種、火災報警控制器50種、保安監(jiān)控控制器350種、門窗感應器87種、空調(diào)控制器568種，至今應用該技術的新產(chǎn)品仍大規(guī)模多層次出現(xiàn)

　　3現(xiàn)場總線技術應用特點及發(fā)展趨勢

　　采用現(xiàn)場總線方式可以節(jié)省硬件數(shù)量與投資，可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨的控制器、計算單元等;節(jié)省安裝和維護費用，總線系統(tǒng)的接線簡單，由于一對雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少，同時由于系統(tǒng)結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量;提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性，由于現(xiàn)場總線設備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的準確度，減少了傳送誤差。

　　現(xiàn)場總線應該根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展和市場需求,結合現(xiàn)場總線特點和我國國情,從長遠出發(fā)確定現(xiàn)場總線的發(fā)展戰(zhàn)略。隨著基于現(xiàn)場總線技術的全開放控制系統(tǒng)的誕生,將對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結構帶來革命。