現(xiàn)場總線技術(shù)在水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
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1.1 現(xiàn)場總線技術(shù)概述
現(xiàn)場總線（Fieldbus）是連接現(xiàn)場智能設(shè)備（如智能化的傳感器、變送器、測量儀表和執(zhí)行器等）和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、雙向傳輸、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，用于完成智能設(shè)備之間以及智能設(shè)備與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，它融入了智能儀表、控制、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字通訊和開放系統(tǒng)互聯(lián)等技術(shù)的精粹，是一種高性能的通信技術(shù)。
現(xiàn)場總線技術(shù)是隨著控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種總線技術(shù)，現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，它逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是繼集散控制系統(tǒng)DCS之后的又一代控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是開放的、具有良好互操作性的和分散的雙向傳輸數(shù)字化互連網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的集成。目前，現(xiàn)場總線已在自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢，是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)，代表了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。
1.2 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
以太網(wǎng)是目前世界上應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)技術(shù)。隨著Internet的發(fā)展，以太網(wǎng)已經(jīng)成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，TCP/IP的簡單實(shí)用已深入人心，為廣大用戶所接受。目前不僅在辦公自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，而且各個(gè)企業(yè)的管理網(wǎng)絡(luò)也使用以太網(wǎng)。在工業(yè)控制領(lǐng)域，隨著儀器儀表智能化的提高和工業(yè)管理智能化的深入，系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒘勘貙⒃黾?，未來傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能以不滿足幾十個(gè)字節(jié)，甚至可以是WEB網(wǎng)頁，所以網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇笕萘吭诠I(yè)控制中越來越重要，而以太網(wǎng)可以滿足工業(yè)控制的這種需求。
另外，工業(yè)底層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線協(xié)議數(shù)目眾多，不同協(xié)議的兼容問題一直困擾工業(yè)界。底層網(wǎng)絡(luò)引入以太網(wǎng)不僅使現(xiàn)場層、控制層和管理層在垂直層方便集成，更能降低不同廠家設(shè)備在水平層面上的集成成本，所以以太網(wǎng)向現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的底層延伸是順理成章的。
1.3 基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
由于嵌入技術(shù)使Ethernet能到達(dá)傳感器和執(zhí)行器，這使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸效應(yīng)集中在應(yīng)用現(xiàn)場總線的設(shè)備層上的問題得以解決，可構(gòu)成如圖1所示的新型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是：首先，Ethernet貫穿于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次，它使網(wǎng)絡(luò)成為透明的、覆蓋整個(gè)企業(yè)范圍的應(yīng)用實(shí)體。它實(shí)現(xiàn)了辦公自動(dòng)化與工業(yè)自動(dòng)化的無縫結(jié)合，其良好的互連性和可擴(kuò)展性使之成為一種真正意義上的全開放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，一種真正意義上的大統(tǒng)一。其次，采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線，將保證技術(shù)上的可持續(xù)發(fā)展。由于以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使它的發(fā)展一直受到廣泛的重視和大量的技術(shù)投入，保證了以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展。如果工業(yè)控制領(lǐng)域采用以太網(wǎng)作為現(xiàn)場總線，將保證技術(shù)上的可持續(xù)發(fā)展，并在技術(shù)升級(jí)方面無需獨(dú)自的研究投入。這一點(diǎn)是任何現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)無法比擬的。另外，低成本是基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)越性。相對(duì)于現(xiàn)場總線卡的價(jià)格，以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格只有其十分之一。并且隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，其價(jià)格還會(huì)進(jìn)一步下降。由于以太網(wǎng)已被使用多年，人們對(duì)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用有很多經(jīng)驗(yàn)，這就意味著可以顯著降低系統(tǒng)的開發(fā)和培訓(xùn)費(fèi)用。
隨著以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和抗干擾問題的逐步解決，以太網(wǎng)大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)⒅溉湛纱⒁蕴W(wǎng)應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域，可以形成真正意義上的開放式系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)不同廠家的以太網(wǎng)產(chǎn)品互連。如果說現(xiàn)場總線系統(tǒng)是工業(yè)控制領(lǐng)域里的一場革命，那么以太網(wǎng)技術(shù)將現(xiàn)場總線系統(tǒng)帶入又一個(gè)新時(shí)代。以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備層是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，也是信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。
評(píng)論