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现场总线技术发展新动向

cly  发表于 2009/3/24 20:31:01      1110 查看 1 回复  [上一主题]  [下一主题]

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[关键词] :现场总线仪表

世纪是信息经济的时代。随着计算机技术、信息技术的飞速发展,全球市场进一步形成,竞争也空前加剧,产品技术含量更高、换代时间更短。处于全球市场之中的工业生产为了适应市场竞争的需要,在追求竞争力的过程中逐渐形成了计算机集成制造系统。计算机集成制造系统采用系统集成、信息集成的观点组织生产,把市场、生产计划、制造过程、企业管理、售后服务看作要统一考虑的生产过程,并采用计算机、自动控制、网络通信等技术来实现整个过程的综合自动化,以改善生产加工、管理决策等。为了实现这个目标,必须要将企业内现场控制、过程监控、经营管理、市场管理等各层次智能设备互联成综合自动化网络,实现各层次的信息汇通和数据共享,即实现工业企业的“管控一体化”。为此,企业首先必须对各种企业资源建立完善的管理网络,使各方面资源充分调配、平衡和控制,最大限度地发挥其能力;其次,必须形成市场、经营、生产和研发之间紧密的协作链,提高市场反应的敏捷性和产品转型的灵活性,时刻保持产品高质量、多样化和领先性;再次,必须实现企业生产制造资源与其它资源管理的一体化集成,实现生产现场在线设备动态管理,降低成本。

所谓现场总线,按照国际电工委员会IEC/SC65C的定义,是指安装在制造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线。以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场控制系统(FCS)。

现场总线的产生是多方面因素共同作用的结果。

现场总线的产生首先反映了仪器仪表本身发展的需要。仪器仪表的发展经历了全模拟式仪表、智能仪表、具有通信功能的智能仪表、现场总线仪表等几个阶段。其中,全模拟式仪表是将传感器信号进行调理放大后,经过V/I电路转换,输出4—20mA或0~5V的模拟信号,其后随着计算机技术的发展,微处理器在仪器仪表中得到了广泛应用,过程变量经调理放大、A/D采样,转换为数字信号,并经过微处理器的运算、补偿等处理后,再通过D/A、V/I等电路,仍然以4~20mA或0~5V的模拟信号输出,这种智能仪表相对于全模拟仪表来讲,测量精度得到大大提高,但信号传输过程仍然容易受到外界电磁干扰,传输精度和可靠性都不高。于是,人们在仪器仪表中增加了通信接口(如RS232/485等),以数字通信的方式代替模拟信号传输。但由于这些通信标准只规定了物理层上的电气特性,而对于数据链路层及其以上各高层协议规范,则没有统一定义,致使不同生产厂家生产的仪器仪表由于通信协议的专有与不兼容而无法实现相互之间的信息互访。为解决这个问题,必须使这些网络的通信标准进行统一,组成开放互连系统,于是就产生了现场总线。其次,现场总线的产生也反映了企业管控一体化信息集成的要求。

因此,从20世纪80年代开始,各种现场总线相继产生,其中主要的有:基金会现场总线FF(Founda,tionFieldbus)、控制局域网络CAN(Controller Area Network)、局部操作网络Lon Works(Local OperatingNetwork)、过程现场总线PROFIBUS(Process FieldBus)和HART协议(Highway Addressable RemoteTransducer)以及DeviceNet、ControlNet、P—NET等。

面对如此之多的现场总线,用户如何选择?为解决这个问题,国际电工委员会IEC在1984年就开始筹备制定单一现场总线国际标准。然而,由于行业与地域发展等历史原因,加上各公司和企业集团受自身利益的驱使,围绕着现场总线技术的标准进行了一场大战,最后经过多方妥协,于1999年年底通过了包含FF、Profibus等八种总线在内的IEC61158,没有实现制定单一标准的目标。这个结局表明,在今后相当长一段时间内多种现场总线将并存,控制网络的系统集成与信息集成会面临困难的复杂局面。无论是最终用户还是制造商,普遍都在关注现场总线技术的发展新动向,都在寻求高性能低成本的解决方案。 

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