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【推荐】现场总线系统的组成技术特点及应用

2023-01-16 来源:盐城机械信息网

现场总线系统的发展经过多年变化,现如今已逐渐趋于完善,而且现场总线还是当今自动化领域的热点之一,它的出现标志着工业控制技术又进入了一个新的时代。那有些人可能还不太清楚到底什么是现场总线系统,下面就带大家来了解一下现场总线系统的组成、技术特点及应用。

什么是现场总线?

现场总线是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线,它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点,因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。

它是一种工业数据总线,是自动化领域中底层数据通信络。

简单说,现场总线就是以数字通信替代了传统mA模拟信号及普通开关量信号的传输,是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。

现场总线系统简介:

现场总线系统,也叫现场总线控制系统,现场总线控制系统是全数字串行、双向通信系统。系统内测量和控制设备如探头、激励器和控制器可相互连接、监测和控制。在工厂络的分级中,它既作为过程控制(如PLC,LC等)和应用智能仪表(如变频器、阀门、条码阅读器等)的局部,又具有在络上分布控制应用的内嵌功能。

现场总线系统的组成:

现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成,而通信部分的硬、软件是它最有特色的部分。

1、现场总线控制系统:

它的软件是系统的重要组成部分,控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。通过组态软件,完成功能块之间的连接,选定功能块参数,进行络组态。在络运行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计算。优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。

2、现场总线的测量系统:

其特点为多变量高性能的测量,使测量仪表具有计算能力等更多功能,由于采用数字信号,具有高分辨率,准确性高、抗干扰、抗畸变能力强,同时还具有仪表设备的状态信息,可以对处理过程进行调整。

3、设备管理系统:

可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息(包括智能仪表)、厂商提供的设备制造信息。例如Fisher—Rosemoune公司,推出AMS管理系统,它安装在主计算机内,由它完成管理功能,可以构成一个现场设备的综合管理系统信息库,在此基础上实现设备的可靠性分析以及预测性维护。将被动的管理模式改变为可预测性的管理维护模式AMS软件是以现场服务器为平台的T型结构,在现场服务器上支撑模块化,功能丰富的应用软件为用户提供一个图形化界面。

4、总线系统计算机服务模式:

以客户机/服务器模式是较为流行的络计算机服务模式。服务器表示数据源(提供者),应用客户机则表示数据使用者,它从数据源获取数据,并进一步进行处理。客房机运行在PC机或工作站上。服务器运行在小型机或大型机上,它使用双方的智能、资源、数据来完成任务。

5、数据库:

它能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序,实现数据的充分共享、交叉访问,具有高度独立性。工业设备在运行过程中参数连续变化,数据量大,操作与控制的实时性要求很高。因此就形成了一个可以互访操作的分布关系及实时性的数据库系统,市面上成熟的供选用的如关系数据库中的Oracle,sybas,Informix,SQL Server;实时数据库中的Infoplus,PI,ONSPEC等。

6、络系统的硬件与软件:

络系统硬件有:系统管理主机、服务器、关、协议变换器、集线器,用户计算机等及底层智能化仪表。络系统软件有络操作软件如:NetWarc,LAN Mangger,Vines,服务器操作软件如Lenix,os/2,Window NT。应用软件数据库、通信协议、络管理协议等。

现场总线系统的技术特点:

现场总线系统是一个全数字化、全分散式、可互操作、开放式互连络的控制系统,现场总线系统与传统的DCS相比,具有以下技术特点,一起来看看吧。

1.全数字通信

传统控制系统DCS采用4~20mA的模拟信号传输方式。这种传输方式一对传输电缆只能传送一路信号。而且,模拟信号在传输过程中易被其他信号或环境噪声所干扰,传输精度不高,控制效果不理想。而现场总线系统采用全数字信号传输。传输过程中采用数字信号的检错、纠错机制,使其具有较高的抗干扰能力,传输精度也得到显着提高。全数字通信使得多参数传输得以实现。现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类型和参数、整定值、设备运行状态等都可以通过一对传输线送到现场总线络上的任何智能设备,从而消除了模拟信号传输的瓶颈。

2.控制分散

现场总线系统采用全分散式控制。现场智能终端设备,既有测量、采集、保护、变换、信号处理等功能,也有逻辑运算和控制功能。通过现场总线,将复杂的控制任务进行分解,分散下放于现场设备中,由现场智能终端设备构成控制回路,实现对各对象的控制。和传统的DCS控制系统相比,现场总线系统简化了系统结构,提高了系统的可靠性、自治性和灵活性。

3.开放性、互操作性

现场总线采用统一的协议标准,是开放式的互联络,对用户是透明的,不同厂家产品只要使用同一总线标准,就具有互操作性、互换性,因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式,允许其它厂商将自己专长的控制技术,如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去,因此,不同厂家的络产品可以方便地接入同一络,集成在同一控制系统中进行操作,简化了系统集成。而在传统的DCS中,不同厂家的设备是不能相互访问的。

4.多分支结构

传统控制系统中设备的连接都是一对一的,而现场总线是多分支结构,其络拓扑可为总线型、星型、树型等多种形式。这种多分支结构使得布线简单、工程安装周期缩短、运行维护方便,并能节省投资。这种结构还具有较强的系统扩展性,对于新增的设备,只需直接并行挂接即可,无需架设新的电缆,也无需系统停机。

5.现场设备状态可控

通过现场总线,现场设备的管理信息大大增加,这些信息包括功能模块组态、参数状况、诊断和验证数据等。操作人员在控制室里就可以对这些信息进行维护和验证数据等。操作人员在控制室里就可以对这些信息进行维护和管理,对现场设备进行参数整定,并实时地进行性能维护。当设备参数、状态发生变化时,操作人员能提前对该设备进行预处理,可减少事故发生。故障发生后,报警机制会立刻通知操作人员故障发生的部位和设备,从而提高了系统的可靠性和可维护性。

6.降低了系统及工程成本

对大范围、大规模I/O的分布式系统来说,省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用,降低了系统及工程成本。

现场总线系统的应用:

现场总线的产生对工业的发展起着非常重要的作用,对国民经济的增长有着非常重要的影响。现场总线主要应用于石油、化工、电力、医药、冶金、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。这里以电厂为例,来给大家介绍一下现场总线控制系统在国内电厂的应用,以供大家参考了解。

现场总线控制系统在我国的化工、石油、冶金等领域已有成功应用的例子,但在电力行业,现场总线控制系统在大型火电机组中的应用还几乎空白。统计资料显示,电力行业在现场总线方面的应用业绩不及化工行业的十分之一。因此,现场总线控制系统在电力行业中的推广应用刻不容缓现场总线控制系统的飞速发展已经向我们提出了新的挑战。我们必须以科学的、实事求是的、积极主动的、循序渐进的态度在心理上和技术上做好准备。今后现场总线控制系统在电厂应用要按以下四点:

1、由外到内

现场总线控制系统的推广应用宜采用由外到内的策略,先从位于主厂房外的辅助车间开始。例如化学水处理车间、输煤车间、循环水泵房、汽水化验站等等。然后再逐步推广到主厂房内的主控系统。

2、由小到大

在现场总线控制系统推广应用的初级阶段,应该先从小规模的系统(500个I/O点以下)做起,然后再逐步应用到超大规模的系统(2000个I/O点以上)。

3、由简到繁

现场总线控制系统的实际应用可以采用由简到繁的步骤。例如从数据采集到自动控制从单回路控制到多回路控制、从简单控制到协调控制、从单目标控制到多目标控制等等。

4、由点到面

任何一项新技术的应用都必须经历由点到面的发展历程,现场总线控制系统也不例外。我们应该有计划地安排一些现场总线控制系统的试点工程或示范工程,取得经验,适时推进在条件成熟时,大面积地推广应用现场总线技术。

综上所述便是对“现场总线系统的组成、技术特点及应用”的相关介绍,有兴趣了解的朋友不妨看看,希望对您有所用!

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