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与时俱进的EPA

goodidea  发表于 2007/10/30 13:39:32      1136 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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       EPA是我国制定的第一个现场总线标准,已被列入今年发布的IEC61158第4版国际标准。为了促进发展,推进应用,中国自动化学会仪表与装置专业委员会于9月19日在上海召开了“EPA现场总线控制系统及其应用”技术交流会。

  会上,由浙江中控科技集团有限公司冯冬芹教授代表EPA工作组介绍“工业网络化标准趋势与EPA对策”,大连理工计算机控制工程有限公司仲崇权教授介绍“EPA分散控制系统中IEC 61131功能块技术与应用”,沈阳中科博威自动化有限公司林跃先生介绍“NCS 4000现场总线控制系统及仪表”。会议由上海工业自动化仪表研究所缪学勤教授级高工主持。

一 与时俱进

       据冯冬芹教授介绍,近几年来IEC在标准化方面做了大量工作,其中SC65A工作组负责功能安全,SC65B负责设备与过程分析,SC65C负责工业网络,SC65E工作组是新成立的,负责系统工程与管理,特别是SC65C与SC65E工作非常活跃。工业网络以前都是专用的,而现在将IT技术用于工业中,因此有必要进行规范,以便于实现管控一体化。与过去相反,现在国际上采用“先有标准,再有产品”的方式,以标准规范、促进技术与产品的发展,如西门子,当某项国际标准推出3~5年后,该公司的技术与产品也都出来了。因此,我们要关注标准化的热点与趋势。

  当前工业网络发展的热点,一是分布式测量与控制,IEC已颁布了IEC PAS 61499(Function blocks),IEC 61804(Function blocks for Process Control)标准,学习这两个标准后,我个人觉得一个工控工程师应如何把精力集中在测量控制上,而不是在网络通信上。二是功能安全,IEC已制定了IEC 61508关于功能安全的基础标准和一系列有关行业标准,从简单的组件到复杂的计算机系统,要处理与安全相关的控制功能,保护由于功能失效引起的危险;为实现功能安全,要从设计、评估、验证、维护等各个环节入手;EPA在功能安全通信、功能安全仪表方面,正采取措施进行推进。三是现场总线,最新的IEC61158现场总线国际标准第4版已于今年7月出版,其中11种类型为实时以太网,我国的EPA被列入Type14;一种现场总线只能支持一种通信协议,而实时以太网在一种媒体上能支持几种协议,这是其优势之一。

  现在,工业网络化标准的发展趋势:一是IT技术广泛用语工业自动化,如以太网技术、Web技术、原本用于IT的一些软件技术等,测量控制从集中到分散,要甬道许多IT技术。二是标准化已从单元到系统,IEC/TC65标准化工作的趋势已从单元仪表、数字化仪表、系统集成、向电子上午发展,不同的系统用不同的设备集成,现在,设备的一些属性如尺度(长、宽、高)、重量、版本等信息都可以自动获得。三是从单一通信标准向标准系列化发展,例如从计划制定的IEC工业无线通信标准,到IEC61784-2/3/4/5,分别为实时以太网、功能安全、信息安全、线缆与安装行规,已形成一系列的标准。其中IEC工业无线通信行规,正由美国仪表、系统和自动化学会(ISA)的SP100标准委员会在制定,现在ISA SP100为了使无线产品供应商有一致的规范,已规定了自动化和控制环境下的几类应用:1类,闭环调节控制;2类,闭环监督控制;3类,开环控制(由人工控制);4类,标记产生短期操作结果;5类,记录和下载/上载。前两类,目前从制造桑还无法保证能达到。

  现在,工业网络化标准由国外跨国公司为主导,并控制国际标准的制定;有的通过专利芯片等手段,垄断核心技术;某些现场总线在我们国内应用,还要付不低的技术使用费。而我们开发实时以太网,必须解决10大关键技术:确定性通信,实时通信,总线供电,扩展性与大规模系统设计(现在多为I/O超过2000点的项目),高可靠性与高可用性,网络安全,互操作性,远距离窗书,本质安全防爆,功能安全通信。EPA是实时以太网,实时数据与标准的非实时数据都可在EPA网上传输,可E网到底。

  棉队上述工业网络发展的弱点与标准化的趋势,EPA要与时俱进,我们的对策是:(1)苦练内功:2005年以来,重点进行1000多点I/O系统长期运行稳定性的考核;开发了内嵌EPA协议栈的EPA硬件开发仿真平台;开发了EPA组态软件,设计设备管理、信息访问、图形化组态,以及对设备的校正、诊断等技术;开发EPA系统管理软件。(2)进行验证:系统的有关严整工作已陆续进行,如EMC性能严整已达到了级B的指标。(3)产品化与产业化:已成立EPA俱乐部,有20多个单位参加,如上海自仪公司已开发出EPA技术并进行产品化。(4)推广应用:“十一五”期间,要从技术研发为重点转移到推广应用上,建立几个工程应用示范项目。(5)解决有的产品的价格问题:如现在品派工业交换机,一个节点的平均价贵,一般用户很难承受,这迫使我们自己搞交换机,以便使产品价格便宜些,有利于EPA的推广应用。(6)在技术上:我们要继续跟踪国际潮流;要制定EPA工程设计、安装标准;在防爆场合如何安装调试也要制定具体办法。总之,EPA的意义很大,但困难很多,前景看好。

二  遵循标准

  仲崇权教授介绍,我们遵循有关标准开发的工业以太网(EPA)现场总线控制系统,具有以下特点:主干网络基于工业以太网,支持Modbus TCP/UDP、EPA协议,可与现有人机界面软件直接连接;系统还支持RS-485总线,支持Modbus RTU/ASCⅡ协议,可方便地扩展本公司和第三方设备,将Modbus设备作为从设备,解决了本系统产品单一的问题;每个设备既可独立工作,实现逻辑控制、过程控制等功能,也可通过网络互连形成控制系统;编程软件PLC-Configke 对主干网络设备和扩展从设备进行同意编程,实现分布式控制;变成语言支持IEC 61131-3功能块、梯形图、指令码;模块化结构设计,各种设备可进行广泛组合,能很好地满足现场应用的需要,现有200多种功能块,包含了一般控制系统所有常规的功能,这些功能模块有相应的组态软件管理;系统可采用分散型结构,也可采用紧凑型结构,使应用十分灵活。

  工业以太网(EPA)现场总线控制系统有下列产品组成:(1)基于IEC61131-3降表准系列产品:PLC-Config编程软件,可对主控制器及其从设备进行管理和同意编程;PEC7000(主控制器)、DUT7000可编程控制器,支持以太网、串行通信;PEC3000可变成控制器(扩展模块),支持串行通信;DIO2000、DIO1000开入开出逻辑控制器(扩展模块),可独立完成小规模逻辑控制。(2)基于IEC61499和IEC61804标准系列产品;EPA-Config组态软件,可对以太网控制模块及其从设备进行管理及控制策略组态;DUT5000以太网控制模块(主控制器)支持以太网、穿行通信。(3)温度控制模块;TAC6000扩展模块,为8路PID调节,PWM输出控温,支持PID参数自整定;TAC3000/,GONGNENG YU  6000基本相同,支持绝对值、相对值、预警的报警。(4)监控软件:DUT_HMI基于组件软件,采用IE浏览器,可对整个EPA系统进行监控。该现场总线控制系统已用于轧机、空压机、波峰焊机控制及水泥等行业。

三  不断创新

  林跃先生介绍,沈阳中科博威的NCS4000网络化控制系统用于大中型系统,I/O最多可达16000点;它符合EPA标准,支持FF、HART总线;编程语言符合IEC61131-3标准,支持OPC标准;拓扑结构中,管理网络为LAN,控制网络为EPA或FF HSE,现场网络为FF/HART;系统构成中,有工程师站、操作员站与控制站(NCS4000的几个控制站柜总宽度可达6M);控制站的控制器包括电源模块、控制模块、I/O模块,其中电源模块:24V DC供电,输出功率25W,支持热插拔;控制模块:双CPU结构,内存16M,EPA协议或FF HSE标准,支持255个控制进程,进程最小执行周期位0ms;支持200个优先级,实时性要求高的优先级设置高一些,一些高级算法由于费时,优先级可设置低一些。控制站的I/O系统为本公司产品,采用无源背板总线技术(专利技术),与一般的I/O不同,我们的产品I/O端子与I/O背板是分离的,便于安装。现场总线接口模块HART、FF等,支持冗余;HART模块有8个通道,支持点对点连接;FF-H1模块有2个H1接口,它作为链路住设备,具有调度功能。一个工作站最多支持3000个功能块,支持功能块图、梯形图符合IEC61131-3标准。NCS4000采用组件化结构,可进行分布式组态。NCS4000系统已应用于水泥、石化、水处理等行业。

  可与NCS4000系统配套的创新产品有:装备专用一体化PLC,智能化仪表与现场总线通信芯片(FF、HART、Profibus-PA),有国内第一个通过FF认证的协议主站及网关,其他产品还有安全栅、本安认证仪表等,实施的工程项目已有80多项。

四  期待

       通过这次交流会,人们不难看出:一是EPA技术在不断完善、发展中;二是产品化与产业化是当务之急;三是推广应用是EPA生存、发展的关键。可喜的是有关单位都在与时俱进地奋斗,我们预祝EPA取得更大的业绩。

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