在水处理自动化中应用现场总线的一些建议.docx

在水处理自动化中应用现场总线的一些建议 ronggang 导语：本文针对现场总线技术的崛起以及多种现场总线标准并存的场面，提出了在水处理自动化中应用现场总线技术的问题提出了一些看法和建议 摘 要：本文针对现场总线技术的崛起以及多种现场总线标准并存的场面，提出了在水处理自动化中应用现场总线技术的问题提出了一些看法和建议。 关键词：现场总线 水处理自动化 现场总线控制系统FCS 标准 改革开放以来，我国通过外国政府及世行贷款等工程，引进了国际上较先进的水处理自动化控制理念和技术。经过10多年的努力，以PLC构成的集散监控系统已成为水处理自动化的主流。经历证实，这样的控制系统对水处理工业来讲是平安、可靠和经济适用的。随着PLC技术性能的不断提升，向来以采用DCS系统为主的化工、冶金行业也在争论是采用DCS或者是DCS与PLC的混合系统，还是全PLC系统的问题。随着网络化、信息化概念向自动化领域的不断浸透，现场总线技术成为当今世界自动化领域的新出发点。面对现场总线技术的崛起，水处理自动化控制技术还要不要向前开展了呢?答复是肯定的。问题是1999年现场总线技术标准IEC 61158的尘埃落定，有8种总线成为IEC现行的现场总线技术标准，人们所期望的由一种现场总线一统天下的场面并未发生。IEC 61158将最终选择权推给了用户，怎样应用现场总线成为从事水处理自动化工作的技术人员正在考虑的一个问题。对此，笔者有几点不成熟的看法，提出来与同行们共同商榷。 1 对应用现场总线问题的几点看法 1.1 现场总线是自动化技术开展的必然趋势 一个典型的企业网络信息集成系统可以分成三层构造：控制网infranet、企业内部网 int ranet和全球信息互联网 internet。就企业的控制网来讲，传统的自动化监控及信息集成系统包括基于PC、PLC、DCS产品的分布式控制系统，其主要特点是现场设备与控制站之间采用一对一连线的所谓I/O连接方式，用电压、电流的模拟信号进展测控，是一个模拟与数字混合系统，其缺点是： 1信息集成才能不强。控制站所获取的治理信息有限，大量的数据如设备参数、故障及故障记录等数据很难得到，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换与信息分享。 2系统不开放，可集成性差，不同厂家产品之间缺乏互操纵性和互换性。 3可靠性不易保证。只是将控制分散到假设干部分，而未能实现危险的彻底分散。大量I/O电缆敷设施工，不仅增加了本钱，也增加了系统的不可靠性。 4可维护性不高。由于现场设备信息不全，其在线故障诊断、报警、记录功能不强，很难完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。 随着计算机、微处理器、网络等技术的飞速开展，内置CPU的智能现场设备集检测与控制于一体，增强了就地处理才能，使得控制功能完全下放到现场。现场总线位于消费控制和网络构造的底层，是用于现场设备与控制室控制系统之间的一种全数字化、双向、多站的串行通讯的数据总线。开放的、统一的全数字网络通讯技术实现了现场设备的互联，形成了现场总线式全分布集成网络控制系统FCS。FCS将控制站、可通讯智能现场设备以及其他信息资源作为企业网络中的节点，使非控制信息治理信息大大增加，进而为企业从经过控制走向经过治理，也即为企业构建管控一体化铺平了道路，促进了企业网络化进程，也为控制网络与公用数据网络的一体化，实现产供销最优起到了促进作用。因此，FCS是自动化技术开展的必然趋势。 1.2 现场总线的应用要着眼于控制技术的开展，不能为了应用而应用 在信息技术飞速开展的现阶段，我们的立足点应当高一点。不仅要考虑目前市场份额的因素，更宜从技术开展的角度来做出评估和判定。IEC 61158标准不得不采纳多种类型总线标准的根本原因通常以为有二：一是以为没有单一的标准可以从技术和经济角度同时知足不同类型和不同层次应用的需要，因此，从市场角度看不同种别的现场总线并无上下优劣之分;二是以为纯属贸易竞争的结果。笔者更倾向于以为后者才是最重要的原因。按广义现场总线的观点可将总线划分为位总线传感器执行器总线、设备总线和信息流总线。这样的划分也许并不错，但问题是不能模糊了当代现场总线与古典现场总线之间的本质区别。从技术角度看，各种现场总线由于其开展的背景和应用的目的不同，技术上是存在差异的。例如作为现场总线关键性技术的网络通讯技术，目前存在的假设干种现场总线其通讯方式主要是建立在三种根本的通讯形式之上，即客户/效劳器型;主/从型;消费者/消费者型。三种通讯方式中前两者均为一对一、点对点的通讯，后者那么是一对多的通讯方式，它们在通讯的实时性、效率及网络构造灵敏性等方面是不一样的。目前现场总线中，既有采用单一形式的，也有采用多种形式相结合以增强其通讯才能，知足不同需要的，例如FF总线即是典型的三种根本通讯形式相结合的总线，分别将其应用于非周期量通讯和准确周期量通讯，以进步网络构造的灵敏性和平安性。总之，不同的现场总线尽管占有其一定的市场份额，但在技术上各有特点。因此，用户是从广义总线的角度出发，采用按系统的不同局部选用不同的总线即多层次总线呢还是在条件成熟时选用单一总线，是一个需要慎重考虑的问题。 1.3 现场总线不排挤远程I/O，但也只是权宜之计 仅将总线送到远程I/O是DCS、PLC技术早已解决的问题，在IEC 61158标准中，有些现场总线本身就是由PLC控制系统开展而来，是以远程I/O总线技术为根底的。前面讲过，PLC包括 DCS加上安装在现场的分布式I/O，其经济性是明显的，十分是对一些简单的现场设备，所以总线系统并不排挤远程I/O，但这绝不即是"现场总线"。现场总线系统的本质特征是使用有现场总线通讯才能的智能现场设备，这些可通讯智能现场设备所构成的网络节点，不仅具有竖向与系统通讯也具有横向节点之间通讯的才能。"现场"的概念不仅指间隔 ，更主要的是指可通讯的智能化设备。假如仅用远程I/O转换，那就失去现场总线多信息和丰富诊断治理控制功能的灵魂。由于目前现场总线的智能现场设备品种还不丰富，有时将远程I/ O和现场总线混为一谈也只是权宜之计而已。 1.4 FCS与DCS、PLC目前应是共存而非取代 FCS是在传统的仪表控制系统和集散控制系统的根底上利用现场总线技术逐步开展形成的，目前仍然使用着大量的模拟仪表、DCS和PLC。根据现状，现场总线式智能仪表还不可能完全取代模拟仪表，FCS也不可能完全取代DCS和PLC，这里存在一个过渡期。我国如今还处于开发现场总线的初始阶段，普遍应用现场总线的条件还不成熟，主要是标准确实定和产品 主要是国内产品的支持率等方面问题。因此，从用户角度而言，大可不必太着急。在过渡期内的水处理自动化仍可坚持采用由PLC构成的低本钱分布式网络控制系统，只是在组网上应更加灵敏，控制分站的数目不必过于拘泥，远程I/O应得到更好的应用，以缩短模拟信号传输途径，尽量延长数字通讯间隔 。为利于今后开展，最好是选用支持多主从系统并具有广泛支持率的PLC通讯总线，以便在有条件的时候，以现场设备的通讯接口取代分布式I/O接入系统。IEC 61158包含了8种类型的现场总线标准，另外还有其他国际或者国家标准的现场总线，如CAN、Lon Works等。这种多总线并存的情况是过渡期的一个重要特点，也因此而促成了现场总线集成技术的开展，其系统和网络的软、硬件集成技术及产品的开发研制已成为当今自动化领域的一个热门课题，有的产品已开发成功。因此，如今采用PLC系统应不必担忧今后与FCS系统在通讯协议上的兼容问题。 1.5 信息需求量的增加将推动现场总线与以太网相结合 随着各种智能现场设备产品的丰富和应用以及工业治理自动化的深化，有资料以为在将来数年里，估计信息量还要再增加1030倍。治理者根据经营治理的需要，希望得到更多的实时信息，并通过建立开放的信息治理系统去实现信息的沟通与分享。因此，随着仪器仪表智能化的进步，传输的数据也必将趋于复杂，将来传输的数据可能已不知足于几个字节。信息需求量的不断增加，将推动现场总线技术的开展，因此有人以为，以太网向控制系统底层延伸是必然的，也是我们在选择现场总线时应留意到的一个问题。 1.6 现场总线标准的统一是必然的 这种预言也许为时尚早，但无论怎样从用户角度看，多种总线并立决不是一件好事。如前所讲，由于这些现场总线采用完全不同的通讯协议，要解决这些不同标准系统之间的互相兼容和互操纵问题，就必然会增加用户的投资和使用维护的复杂性。统一的TCP/IP协议使得In ternet网络快速开展的经历和以太网标准的很多进步，使一直为不同协议的兼容问题所困扰的工业界看到一线希望，很多现场总线组织正致力于开展Ethernet/IP技术，以太网以其廉价高速方便的特性被引入底层网络不仅使现场层、控制层和治理层在垂直面的集成获得方便，更能降低不同厂家在程度层面的集成本钱。当然，要使工业以太网最终成为统一的总线标准还有很多技术问题有待解决如总线供电、本征平安等，但并非是不可能的。 综上所述，现场总线技术适应了控制向智能化、分散化、网络化以及标准化开展的潮流，是建立企业信息网络，实现管控一体化的根底，因此成为自动化技术开展的热门。但多种总线的利益之争，实际上已阻碍和延缓了FCS技术在我国的应用。面对多总线并立的场面，作为应用现场总线技术和产品的用户来讲，在目前的过渡期中，怎样选择现场总线应是一个要审慎考虑的问题。本文所谈的一些看法未必正确，正由于如此，笔者建议国家水工业的治理和技术研究中心成立一个象建立部科技委下属智能建筑技术推广中心的Lon Works现场总线协作网一样的机构，主要负责跟踪现场总线技术的开展，信息技术沟通，指导行业对这一新技术的推广和应用，并在此根底上制定我国水处理自动化技术的标准与标准，推动水处理自动化技术的开展。 1 于常友，等.IEC 61158中不同现场总线的评价和选择.电气自动化，2001，232：46 2 李嘉，等.引入以太网技术是现场总线技术开展的一个必然趋势.自动化仪表，2001，225：14 3 常弘，等.现场总线中三种根本通讯形式分析.电工技术杂志.2001，6：1921 4 郭凤文.水工业自动化控制技术的开展趋势.中国给水排水.2001，173：3235