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現場總線發展趨勢

現場總線Fieldbus)是20世紀80年代末、90年代初國際上發展形成的,用于現場總線技術過程自動化、 制造自動化、樓宇自動化等領域的現場智能設備互連通訊網絡。它作為工廠數字通信網絡的基礎,溝通了生產過程現場及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯系。它不僅是一個基層網絡,而且還是一種開放式、新型全分布控制系統。這項以智能傳感、控制、計算機、數字通訊等技術為主要內容的綜合技術,已經受到 世界范圍的關注,成為自動化技術發展的熱點,并將導致自動化系統結構與設備的深刻變革。國際上許多實力、有影響的公司都先后在不同程度上進行了現場總線技術與產品的開發。現場總線設備的工作環境處于過程設備的底層,作為工廠設備級基礎通訊網絡,要求具有協議簡單、容錯能力強、安全性好、成本低的特點:具有 一定的時間確定性和較高的實時性要求,還具有網絡負載穩定,多數為短幀傳送、信息交換頻繁等特點。由于上述特點,現場總線系統從網絡結構到通訊技術,都具有不同上層高速數據通信網的特色。

一般把現場總線系統稱為第五代控制系統,也稱作FCS——現場總線控制系統。人們一般把50年代前的 氣動信號控制系統PCS稱作第一代,把420mA等電動模擬信號控制系統稱為第二代,把數字計算機集中式控制系統稱為第三代,而把70年代中期以來的集散式分布控制系統DCS稱作第四代。現場總線控制系統FCS作為新一代控制系統,一方面,突破了DCS系統采用通信專用網絡的局限,采用了基于公開化、標準化的解決方案,克服了封閉系統所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中與分散相結合的集散系統結構,變成了新型全分布式結構,把控制功能徹底下放到現場。可以說,開放性、分散性與數字通訊是現場總線系統最顯著的特征。

現場總線技術的發展應體現為兩個方面:一個是低速現場總線領域的繼續發展和完善;另一個是高速現場總線技術的發展。

目前現場總線產品主要是低速總線產品,應用于運行速率較低的領域,對網絡的性能要求不是很高。從應用狀況看,無論是FFProfibus,還是其他一 些現場總線,都能較好地實現速率要求較慢的過程控制。因此,在速率要求較低的控制領域,誰都很難統一整個世界市場。而現場總線的關鍵技術之一是互操作性,實現現場總線技術的統一是所有用戶的愿望。今后現場總線技術如何發展、如何統一,是所有生產廠商和用戶十分關心的問題。

高速現場總線主 要應用于控制網內的互連,連接控制計算機、PLC等智能程度較高、處理速度快的設備,以及實現低速現場總線網橋間的連接,它是充分實現系統的全分散控制結構所必須的。目前這一領域還比較薄弱。因此,高速現場總線的設計、開發將是競爭十分激烈的領域,這也將是現場總線技術實現統一的重要機會。而選擇什么樣的 網絡技術作為高速現場總線的整體框架將是其首要內容。

發展現場總線技術已成為工業自動化領 域廣為注的焦點課題,國際上現場總線的研究、開發,使測控系統沖破了長期封閉系統的禁錮,走上開放發展的征程,這對中國現場總線控制系統的發展是個極好的機會,也是一次嚴峻的挑戰。自動化系統的網絡化是發展的大趨勢,現場總線技術受計算機網絡技術的影響是十分深刻的。現在網絡技術日新月異,發展十分迅猛, 一些具有重大影響的網絡新技術必將進一步融合到現場總線技術之中,這些具有發展前景的現場總線技術有;智能儀表與網絡設備開發的軟硬件技術;組態抗術,包括網絡拓撲結構、網絡設備、網段互連等;網絡管理技術,包括網絡管理軟件、網絡數據操作與傳輸;人機接口、軟件技術;現場總線系統集成技術。

由于目前自動化技術從單機控制發展到工廠自動化FA,發展到系統自動化。工廠自動化信息網絡可分為以下三層結構:工廠管理級、車間監控級、現場設備級,而現場總線是工廠底層設備之間的通信網絡。這里先介紹一下以太網,本文特指工業以太網,工業以太網是作為辦公室自動化領域衍生的工業網絡協議,按習慣 主要指IEEE802.3協議,如果進一步采用TCP/IP協議族,則采用“以太網+TCP/IP”來表示,其技術特點主要適合信息管理、信息處理系統, 并在IT業得到了巨大的成功。在工廠管理級、車間監控級信息集成領域中,工業以太網已有不少成功的案例,在設備層對實時性沒有嚴格要求場合也有許多應用。由于現場總線目前種類繁多,標準不一,很多人都希望以太網技術能介入設備低層,廣泛取代現有現場總線技術,施耐德公司就是該想法的積極倡導者和實踐者,目 前已有一批工業級產品問世和實際應用。可是就目前而言,以太網還不能夠真正解決實時性和確定性問題,大部分現場層仍然會首選現場總線技術。由于技術的局限和各個廠家的利益之爭,這樣一個多種工業總線技術并存,以太網技術不斷滲透的現狀還會維持一段時間。用戶可以根據技術要求和實際情況來選擇所需的解決方 案。

現場總線技術的興起,開辟了工廠底層網絡的新天地。它將促進企業網絡的快速發展,為企業帶來新的效益,因而會得到廣泛的應用,并推動自動化相關行業的發展。





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