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傳感器現場儀表的傳輸信號與現場總線技術

供稿:虹潤公司 2021/3/16 8:35:25

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  • 關鍵詞: 傳感器 現場儀表 現場總線技術
  • 摘要:事先制訂出統一的開放的、可互操作的一個現場總線標準,制訂出來以後,多數廠家都放棄原來的現場總線,當然很理想,Z大受益者為Z終用户,但是我們要面對現實,在承認現狀、積極應用現標準的。

現場儀表與控制室儀表之間的數字通信統稱為現場總線。實際因為現場設備不同,數字信號傳輸數據的通信寬度不同,而分為傳感器總線、設備總線和現場總線幾種(統稱為現場總線);又於過渡期有HART協議的準數字化通信;另外,就是標準和行業標準的複雜性和數字通信技術發展速度太快造成的系統架構扁平化等等原因,使現在現場總線技術處於“春秋戰國”時期,所以有必要讓流程工業及加工業決策者,對這個問題理出一個思路來,促進現場總線技術的普及。
  
  20世紀70年代大約在電動單元組合式儀表研發時期,出現了4~20mDC的統一信號(對應電壓信號為1~5VDC),相應兩線制技術也得到普及。兩線制是指一個現場變送器由兩根導線與控制室對應端子相連,在其上完成供電(24VDC)及電流信號傳輸。當然,四線制技術也還可以使用(四線制指現場變送器接兩根電源線和兩根信號線)。
  
  在1986年美國Rosemount公司推出HART(HighwayAddressableRemoteTransducer可尋址遠程傳感器高速公路)通信協議,在原兩線制變送器上增加了數字信號傳輸功能,即在4~20mA的直流模擬信號基礎上疊加了一個波形為FSK(FrequencyShiftingKeying)Bell202的數字通信信號,以後得到多家儀表研製這方面的產品。嚴格地説,它不是現場總線,但由於它兼容了模擬信號及有利於改造老產品,所以10多年來它還能生存下來,而且有所發展,如它規定了設備描述語言,而且多種DCSPLC均可與之相連,配套的HARTMuHiplexer多路複用器之外,還有HARTI/O,使老裝置裝置改造中現有佈線系統得到利用,完成工廠資產設備管理等功能,提高工廠生產效率。
  
  標準和行業標準
  
  追溯上世紀80年代IFC、90年代初ISP及ISPF已經進行了初步聯合,1994年法國加入成立現場總線基金會(FF)比HART通信協議公佈稍後,電工委員會IEC於1988年IEC/TC65/SC65C/WG6工作組正式開始現場總線標準化工作,於2000年1月正式通過IEC61158測量和控制數字數據通信工業控制系統用現場總線標準,有10種類型,為了便於標準的應用,又制訂了IEC61784作為解釋和補充,IEC61784為工業控制系統的連續和斷續製造用現場總線行規設置,涉及7個協議簇,即FF、ControlNet、Profibus、P-Net、SwiftNet、WorldFIP、Interbus。
  
  另外,IEC/TC17/SC17B分管低壓電器的分委員會制訂了IEC62026有關的現場總線AS-I、DeviceNet、SDS及Seriplex4種現場總線標準;IEC/TC22分管電力電子的分委員會將CAN總線列為標準,而且ISO(標準組織)通過為標準:CANISO11898(1Mbit/s)與CANISO11519(125Kbit/s)。以上通常稱有7+4+1=12種現場總線標準。也有很多人把部分應用較少或原理與其它總線相賓的總線略去而稱有8種現場總線。
  
  在未成為標準的現場總線中,應用很廣,性能很好的有Lonworks,它為ANSI美國國家標準及智能建築等5個行業的標準;Modbus總線應用的歷史較長,現在也在發展與以太網相結合等技術;另外就是CC-Link,它由日本三菱公司推出,應用面也很廣。
  
  關於多標準問題
  
  在IEC制訂現場總線標準的同時,各國或跨國大公司也在積極開發現場總線,一些國家或行業的特殊性,IEC原設想的現場總線基金會雖然代表了100多個國家,其開發的基金會現場總線並不能滿足各行業的要求,而且要滿足過程工業的要求,也還有一個的過程,所以只好將其低速標準FF的H1部分與其它各種功能相近的Profibus-PA、Profibus-DP等並列為標準。另外原因就是數字通信技術發展很快,加之FCS概念雖已形成,但與DCS、PLC等系統還得“和平共處”一無相當長時期;又與80年代剛制定標準時期相比,FF高速標準與以太網(互聯網)技術相兼容是大勢所趨,所以出現了FF的HSE及Profinet等標準,這些都是順應潮流的選擇。應該説多標準的產生,這是反映了數字通信技術的現實,不是以人們的意志而轉移的。既然是多標準,以後還會有所增加,我國如有新的現場總線出現,也可以爭取成為標準。
  
  如事先制訂出統一的開放的、可互操作的一個現場總線標準,制訂出來以後,多數廠家都放棄原來的現場總線,當然很理想,Z大受益者為Z終用户,但是我們要面對現實,在承認現狀、積極應用現標準的同時,用户和製造廠都對開放性和可互操作性的理想鍥而不捨,我想這一天終究會到來。
  
  現場總線的比較
  
  多現場總線是製造商、集成商和Z終用户以來不便選用困難,但是通過比較,結合自身特點,是能選出一種或兩種現場總線,併發揮現場總線技術的優勢,以來經濟效益,而且可以自下而上防止出現信息孤島。
  
  主要現場總線比較如表1所示。表中除主要性能特點以外,與選型有關的還有:主從方式、無主方式或點對點方式;傳送過程數據和住處組態住處運行狀態等報文長短;通信實時性;通信準確性和通信安全性等。高速或上層的現場總線在表中所列的FFHSE、Profinet、ControlNet中的Ethernet/IP均使用了工業以太網;其它的現場總線現在也在致力於和以太網(互聯網)相連;加之工業以太網也在從事“e網到底”的努力,即在發展直接與以太網相連的I/O模塊;又IEC正與IAONA(工業自動化開放網絡聯合會)制訂包含工業以太網行規的“工業網絡化系統安裝導則”,所以我們要重視工業以太網的發展。

審核編輯(王靜)
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