现场总线技术的开展与应用.docx
现场总线技术的开展与应用ISAInstrumentSocietyofAmerica下属的标准施行StandardandPractice第50组，简称ISA/SP50开场制定现场总线标准，1992年度IEC批准了SP50的物理层标准。2.4.3Profibus,经过现场总线，1987年度德国联邦科技部集中了Siemens等13家公司的5个研究所成立了一个专门委员会开场制定Profibus。1991年度4月完成了制定工作，在DIN19245中发表，对其进展了阐述进而正式为德国现场总线的国家标准，如今是欧洲标准prENS50170的三个组成局部之一。被工业界称为“德国派。2.4.4ISP和ISPF1992年度由Siemens,Foxboro,Rosemount,Fisher,Yokogawa,ABB等公司成立ISP组织InteroperableSystemProject,可互操作系统规划，是一个以Profibus为根底制定的现场总线，1993年度成立ISPFISPFoundation,ISP基金会。2.4.5WorldFIP工厂仪表世界协议，1993年度由Honeywell,Bailey等公司牵头成立FIPFactoryInstrumentationProtocol，120家公司加盟，以法国标准46602/603/604/606为根底制定.该标准与德国的Profibus同时在欧洲投票通过为欧洲标准prEN50170,成为三个组成局部之一。被工业界称为“法国派。2.4.6FFFielbdusFoundation,现场总线基金会1994年度6月ISPF和WorldFIP握手言和成立了FF，总部设在美国Texas州的Austin，有会员120家，它是一个非商业化的公正的国际标准化组织和协会组织，无专利答应要求，供任何人使用WorldFIP的欧洲局部在1995年度3月才参加。低速总线H1已进入实用阶段。FF开展的主要障碍来自Profibus的商业利益。2.5几种有影响的现场总线2.5.1CAN由德国RobertBasch和几个集成电路制造商一起开发，最初是专门为汽车工业设计，后来推广到各个领域.目前已由ISO/TC22技术委员会批准为ISO11898通信速率小于1Mbps和ISO11519通信速率小于等于125kbps。CAN是现场总线中唯一被批准为国际标准的现场总线。值得注意的是一些微处理器的消费商也在微处理器芯片中附加CAN的接口，并且成为一种潮流。而其他现场总线的协议芯片根本上是以专用的芯片来供给，这样CAN在低本钱方面优势明显，此外CAN技术在抗干扰技术方面颇有特色。2.5.2LONworksLocalOperationNetwork部分操作网络；1991年度3月由美国的Echelon公司推出，是一种“智能网，核心技术是节点由神经元芯片含三个CPU构成，带有OSI的七层网模型，适应面最广，开发工具约1030万，价格较贵。据统计产品的40用于工业控制，30用于楼宇自动化。2.5.3Hart和HCF1986年度由Rosemount提出的通讯协议HARTHighwayAddressableRemoteTransducer,可寻址远程传感器数据通路，主要是在420mA的DC信号上叠加FSKFrequencyShiftKeying，频率调制键控数字信号，是现场总线的过渡性协议，它对于现场总线的形成有重大影响，但是在电器行中开展的可能性很小。2.5.4一些可能对电器行业产生影响的低层次的现场总线：如：Bitbus,Interbus,ASInterface,DEVICENet,VXL等等。3.多现场总线技术目前，在一些工程中通常的做法是在某种现场总线的根底上开发能连接其他公司现场总线的接口产品。由于现场总线国际标准尚未建立，多种类型的现场总线枚不胜数，需要开发大量的接口产品才能知足不同工程需要。假如仅以FF、CAN、LONWORKS、PROFIBUSDP、MODBUS五种著名现场总线为例，要使它们中任意两种不同现场总线能统一于一个智能化配电系统中，仅是协议转换器这种接口产品就要有二十种之多，假如一个系统中有三种或者三种以上不同现场总线产品，那费事那么更大。不少企业，包括一些国际上的大公司为解析决来自不同厂家的产品兼容性问题，都投入了宏大的精力和财力，但成效甚微。随着自动化技术和通信技术的开展，带有通信接口的产品应用量越来越大，而且随着用户对智能化控制系统可靠性和灵敏性的更高要求，加上各现场总线本身的特点和相关的产品品种繁多，因此在智能化配电系统工程设计中，采用一种现场总线总线的智能化产品往往不能知足应用的全面要求，多现场总线产品共存于一个智能化控制系统已成为一个现实的问题。由于多现场总线系统中不同类型的产品均配专用的通信协议，有的厂家还专门为自己的产品开发了专用的通信卡、通信控制器等专用设备，因此，整个系统中的产品由于通信协议不同无法直接和主控单元进展通信，这严重防碍智能自动化控制系统设计中对智能设备的选择。对应用而言,假如在一个智能化控制系统中每一种智能化产品均选择其专用的通信卡或者通信控制器，一个智能化控制系统将变得支离破碎，组态性和灵敏性均较差，使得系统的性能价格比不高，而且在系统进展改造或者晋级时，将要花费用户更多的时间和费用。因此，多现场总线技术在一个智能化控制系统中的应用已成为一个重要的研究课题。对于智能化自动化控制领域来讲，它的现场总线有一定的特殊性。同时它又不能完全脱离上层现场总线。对于智能化控制系统的现场总线网络，十分是经过自动化系统将不得不面对几个现场总线其原因是：3.1实际上经过自动化控制系统和高中压电网控制系统存在各种不同的现场总线。3.2建筑自动化系统在推广Lonworks现场总线，用于智能大厦。3.3FF有国家的大力支持，也许是重要的开展方向。3.4CAN的价格优势对低压电器有很大的吸引力。3.5Profibus已经有了不少应用。这是一个需要认真考虑的现实。智能化召开系统现场总线网络是个多层次的网络,IEC62026本身就包含各种现场总线。IEC62026明确表示了高层的工业通讯网络由IEC/SC65C考虑。FCS，现场总线控制系统的一个重要的开展方向是多层次的网络构造；向下连接低层次的现场总线，智能化控制系统现场总线网络需要多层次的网络。而智能设备需要非常灵敏地与各种总线、控制对象等的配合控制和交换信息。实现各种总线互相间的转换也是解决现场总线之争的途径之一。目前，在一些工程设计中通常的做法是在某种现场总线的根底上开发能连接其他公司现场总线的接口产品。由于现场总线国际标准尚未建立，多种类型的现场总线枚不胜数，需要开发大量的接口产品才能知足不同工程需要。假如仅以FF、CAN、LONWORKS、PROFIBUSDP、MODBUS五种著名现场总线为例，要使它们中任意两种不同现场总线能统一于一个智能化配电系统中，仅是协议转换器这种接口产品就要有二十种之多，假如一个系统中有三种或者三种以上不同现场总线产品，其技术复杂程度和管理、维护、扩展等因素都是影响现场总线在智能化控制系统中推广应用，国际上的个大公司为解析决来自不同厂家的产品兼容性问题，都投入了宏大的精力和财力，但成效甚微。针对上述在智能化控制系统开发中遇到的实际问题，在工程中的解决方案是做一个统一而简单的子网：一个简单的子网可能解决自动化控制系统的大局部控制问题。各智能化设备的各种现场总线接口的配合可以通过相应的协议芯片来解决。统一的子网可能使整个行业的开发本钱最低，开发速度最快。为此提出了通用型现场总线协议控制器这种全面的解决方案，通过硬件和软件的方法共同对现场总线协议进展处理，解决智能化控制系统中多现场总线的兼容性问题，其目的是为了能将不同现场总线的产品和谐地融入一个系统中，充分发挥不同产品的长处，为那些祈望使用不同厂家优质产品的用户提供更大的灵敏性。通用型现场总线协议控制器是现场级的通用通信管理设备，由它把各个现场设备连成网络，并负责现场设备与上位机之间的信息传递。由于其是通用性的，只需通过相应的CPU及接口电路和软件就可以完成多种现场总线协议的转换，实现与不同厂家的现场设备进展通信。4.现场总线协议控制器通用型现场总线协议控制器是采用模块化构造和多CPU工作方式来设计的，因为模块化的构造可以使系统有较强的扩展才能，为系统将来的晋级换代带来便利。通用型现场总线协议控制器主要由底板和插卡组成，其中底板带有电源和扩展槽、固定支架、系统总线、信号线构成。插卡分三种，分别为主控板、协议板、接口板，其中主控板和协议板带CPU。主控板负责管理整个系统和与上位机的通信，通用型现场总线协议控制器通过RS232接口与上位机连接，主控板通过它与上位机进展信息交换，主要包括：管理系统总线，给协议板和接口板分配系统资源，与协议板进展信息交换，对来自协议板的数据进展处理，等待上位机提取。协议板是通用型现场总线协议控制器的关键局部，所有与现场设备的通信都由它完成。协议板可以提供多种现场总线协议，一般一块协议板只能进展一种现场总线协议的通信。接口板附属于某一协议板，为协议板提供通信接口。用户可以根据实际情况进展选择，接口种类有RS232、RS422、RS485等。通用型现场总线协议控制器与上位机和与现场设备的通信都采用串行方式，而通信控制器内部各插卡之间通过系统总线来完成。其中主控板与各协议板的通信采用主从式。主控板通过系统总线分别与协议板进展通信，各协议板之间不能进展通信。通信经过如下：主控板在系统总线上，通过播送方式发送协议板号来呼叫与之通信的协议板，每块协议板上有协议板号识别电路，只有与发送的协议板号相符的协议板才响应主控板，进而实现主控板与协议板的通信。当用户增加新的协议设备时，不必改动硬件，只需在增加的新的协议板上设置好协议板号，并在上位机的组态中添加相应的系统信息存入计算机即可。协议板和接口之间的信息传递通过系统中的部分总线来完成。5.智能化配电系统智能化配电系统由配各种智能化开关柜的硬件系统和软件系统两局部组成。硬件包括各种智能化开关柜、通用型现场总线协议控制器、上位控制计算机。软件由主控程序、通讯界面和人机界面三局部组成。根据以上硬件设备的配置情况，在上位机上输入系统配置信息，通过串行口传递给控制器主板。主控板将系统配置信息分类传递给各协议板，各协议板收到系统信息后与所属硬件设备进展通信，将收集到的数据经主控板传送到上位机，并通过主控板承受上位机命令。5.1通讯功能5.1.1遥讯功能：现场总线协议控制器向上站机报送断路器现时的各项保护参数。5.1.2遥测：现场总线协议控制器向上位机报送工作参数、故障参数，到达上位机对电力电网系统遥测的目的。5.1.3遥调：现场总线控制器接收上位机的遥调参数来改变断路器中智能型脱扣器的保护特性参数来到达改变电力电网干路参数设定值的目的5.1.4遥控：现场总线控制器接收上位机的控制信号来实现电力电网计算机控制系统的遥控功能。5.2网络构造：5.2.1数据通信网络的构造为一点对多点的由上位机主呼的主从网构造现场总线型。5.2.2通讯方式播送应答方式，半双工类型4.2.3硬件接口电路类型：RS485、RS232、RS422接口电器，具有瞬态保护或者隔离型5.2.4通讯线路UTP双绞线，8芯4对，五类通讯线，在干扰严重的工业环境或者线路与电力线一同敷设时可选用屏蔽线STP5.2.5上位机：中央处理器应为586以上。假设上位机处于干扰严重的工业环境中，那么应选用工控机机型。6.完毕语现场总线作为自动化领域的一次革命，它的意义和产生的效益是非常宏大的。积极开展各种现场总线技术的研究和应用，十分是加强对于一些已有成功经历的现场总线在智能化控制系统中的开发与应用，对于开电气设备制造厂家来讲可以防止很多弯路和资源浪费，是合适我国国情的一个实用的开展途径。智能化控制系统采用多现场总线技术，全中文操作界面，具有很高的通用性和灵敏性和较低的本钱，使其具有非常高性能价格比，可以使用户方便、灵敏地构成一个实用可靠的智能化控制系统，其优良的可扩展性使其可以适应通信技术开展的潮流，知足不同用户的需要。0
