现场总线控制系统在实际应用中的待解决问题
来源:未知 日期:2017/08/22 浏览量:次
现场总线是顺应智能现场仪表而发展起来的一种开放型的数字通信技术,其发展的初衷是用数字通信代替一对一的I/O连接方式,把数字通信网络延伸到工业过程现场。根据IEC和美国仪表协会ISA的定义,现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络,它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。
随着现场总线技术与智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录)的发展,这种开放型的工厂底层控制网络构造了新一代的网络集成式全分布计算机控制系统,即现场总线控制系统(简称FCS)。FCS作为新一代控制系统,采用了基于开放式、标准化的通信技术,突破了DCS采用专用通信网络的局限;同时还进一步变革了DCS中“集散”系统结构,形成了全分布式系统架构,把控制功能彻底下放到现场。
简而言之,现场总线将把控制系统最基础的现场设备变成网络节点连接起来,实现自下而上的全数字化通信,可以认为是通信总线在现场设备中的延伸,把企业信息沟通的覆盖范围延伸到了工业现场。
现场总线控制系统在实际应用中还存在一些问题有待解决,其中最突出的问题就是缺少统一的标准。2000年初IEC公布的IEC61158国际标准,产生了H1(FF)、ControlNet、Profibus、P-Net、HSE(FF)、SwiftNet、WorldFIP、Interbus等8种IEC现场总线国际标准子集。IEC现场总线国际标准制定的结局表明,在相当长的一段时期内,将出现多种现场总线并存的局面,并导致控制网段的系统集成与信息集成面临困难。无论是最终用户还是工程集成商也包括制造商,都在寻求高性能、低成本的解决方案。
8种类型的现场总线采用不同的通信协议,要实现这些总线的相互兼容和互操作几乎是不可能的。每种现场总线都有自己最合适的应用领域,如何在实际中根据应用对象,将不同层次的现场总线组合使用,使系统的各部分都选择最合适的现场总线,对用户来说,仍然是比较棘手的问题。
在实际应用中,一个大的系统很可能采用多种的现场总线,特别是我国那些高速成长的终端用户,在企业的不同发展阶段和国际范围的跨国制造装备采购几乎不可能统一技术前沿的现场总线。如何把企业的工业控制网络与管理层的数据网络进行无缝地集成,从而使整个企业实现管控一体化,显得十分关键。现场总线系统在设计网络布局时,不仅要考虑各现场节点的距离,还要考虑现场节点之间的功能关系、信息在网络上的流动情况等。由于智能化现场仪表的功能很强,因此许多仪表会有同样的功能块,组态时要仔细考虑功能块的选择,使网络上的信息流动最小化。同时通信参数的组态也很重要,要在系统的实时性与网络效率之间做好平衡。
现场总线在应用中还存在一些技术瓶颈问题,主要表现在以下几个方面。
1、当总线电缆断开时,整个系统有可能瘫痪。用户希望这时系统的效能可以降低,但不能崩溃,这一点目前许多现场总线不能保证。
2、本安防爆理论的制约。现有的防爆规定限制总线的长度和总线上负载的数量。这就是限制了现场总线节省电缆优点的发挥。
3、系统组态参数过分复杂。现场总线的组态参数很多,不容易掌握,但组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。
因此,采用一种统一的现场总线标准对于现场总线技术的发展具有特别重要的意义。为了加快新一代控制系统的发展与应用,各大厂商纷纷寻找其他途径以求解决扩展性和兼容性的问题,业内人士把目光转移到了在商用局域网中大获成功的具有结构简单、成本低廉、易于安装、传输速度高、功耗低、软硬件资源丰富、兼容性好、灵活性高、易于与Internet集成、支持几乎所有流行的网络协议的以太网技术。