基金會高速現(xiàn)場總線FF－HSE分析與應(yīng)用研究
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通信路徑冗余是HSE交換機(jī)、鏈接設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)之間的物理層介質(zhì)冗余，或稱介質(zhì)冗余。冗余路徑對應(yīng)用是透明的，當(dāng)其中一條路徑發(fā)生中斷時，可選用另一條路徑通信。而設(shè)備冗余是為了防止由于單個HSE設(shè)備的故障造成控制失敗，在同一網(wǎng)絡(luò)中附加多個相同設(shè)備。由圖2-1的通信模型結(jié)構(gòu)可知，每個HSE設(shè)備中專門設(shè)計(jì)了一個HSE的LAN冗余實(shí)體（HSELRE），提供容錯處理，LAN冗余實(shí)體周期地發(fā)送和接收冗余診斷信息。每個HSE設(shè)備通過診斷信息建立一個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表，它記錄著連入網(wǎng)絡(luò)中的所有HSE設(shè)備的詳細(xì)狀態(tài)信息，根據(jù)這張網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表，LRE來選擇決定使用哪條路徑或端口來傳送信息。HSE的容錯處理方法增強(qiáng)了控制網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。
3.2 靈活功能塊
功能塊是FF的技術(shù)特色之一，但是在靈活功能塊推出之前，F(xiàn)F設(shè)備根本不接收傳統(tǒng)的離散信號。HSE不僅支持FF所有標(biāo)準(zhǔn)功能塊，而且增加了靈活功能塊（FFB，F(xiàn)lexible Function Blocks），以實(shí)現(xiàn)離散控制，這是HSE的又一特色。靈活功能塊是具體應(yīng)用于混合、離散控制和I/O子系統(tǒng)集成的功能模塊，它包含了8個通道的多路模擬量輸入輸出、離散量輸入輸出和特殊應(yīng)用塊，并使用IEC61131-3定義的標(biāo)準(zhǔn)編程語言，也可以使用于H1中。靈活功能塊的應(yīng)用包括聯(lián)動驅(qū)動、監(jiān)控數(shù)據(jù)獲取、批處理、先進(jìn)I/O子系統(tǒng)接口等，它支持多路技術(shù)、PLC和網(wǎng)關(guān)，可以說給用戶提供了一個標(biāo)準(zhǔn)化的企業(yè)綜合協(xié)議。
4 應(yīng)用實(shí)例和前景展望
以下給出一個FF-HSE現(xiàn)場總線用于水位和溫度控制的例子，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4—1所示，整個系統(tǒng)采用Smar公司的FF現(xiàn)場總線控制設(shè)備與軟件。在系統(tǒng)中，通過10/100M的交換機(jī)，將DFI302、管理計(jì)算機(jī)和監(jiān)控站連入到HSE網(wǎng)絡(luò)中。DFI302是結(jié)合了鏈路設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備、網(wǎng)關(guān)3種功能的FF現(xiàn)場總線控制器、接口和主機(jī)系統(tǒng)，其中的鏈接部件DF51將控制溫度、水位的H1控制鏈路接入HSE網(wǎng)絡(luò)。在上層監(jiān)控站，通過SYSCON軟件進(jìn)行系統(tǒng)邏輯和控制策略組態(tài);采用支持OPC技術(shù)（OLEfor ProcessControl）的AIMAX組態(tài)軟件開發(fā)人機(jī)界面。
這種網(wǎng)絡(luò)形式，使得系統(tǒng)的開放性大大增強(qiáng)，用戶可以進(jìn)行靈活的系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)集成。我們知道，無論是以太網(wǎng)還是TCP/IP都沒有形成一個完整的通訊協(xié)議棧，還需要應(yīng)用層和用戶層來形成一個開放的標(biāo)準(zhǔn)。HSE恰恰包括了所有這些層次，使得HSE成為真正意義上的完全開放協(xié)議，使得從設(shè)備到會議室的信息集成變得緊密而簡潔。HSE的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是具有控制功能的Internet，這種網(wǎng)絡(luò)形式為通過3 W的遠(yuǎn)程操作奠定了基礎(chǔ)。它的多層次冗余設(shè)計(jì)大大增加了控制系統(tǒng)的可靠性，靈活的功能塊使得HSE可以為離散制造業(yè)提供理想的解決方案。
HSE充分體現(xiàn)了現(xiàn)場總線不僅是通訊協(xié)議，也是一種編程語言的概念，使得系統(tǒng)的組態(tài)、設(shè)備維護(hù)和診斷用統(tǒng)一的語言即可實(shí)現(xiàn)。HSE和H1相結(jié)合，使得基金會現(xiàn)場總線覆蓋了更寬廣的控制應(yīng)用領(lǐng)域，將給工業(yè)自動化提供高性能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。HSE將具有廣闊的應(yīng)用前景。
5 結(jié)束語
HSE提供了一種以經(jīng)濟(jì)的以太網(wǎng)硬件和軟件為構(gòu)架，低成本、高速的過程控制網(wǎng)絡(luò)。以100Mbit/s運(yùn)行的HSE用于高速過程自動化、批處理、離散控制應(yīng)用中，同時也提供工廠管理和MIS系統(tǒng)的信息積累。HSE加強(qiáng)了以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域中的地位，使FF技術(shù)涵蓋現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)層和控制網(wǎng)絡(luò)層，完全可以構(gòu)筑大型帶有層次調(diào)度控制功能和儀表電氣綜合控制能力的系統(tǒng)。
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