傳感器現(xiàn)場儀表的傳輸信號(hào)與現(xiàn)場總線技術(shù)
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20世紀(jì)70年代大約在電動(dòng)單元組合式儀表研發(fā)時(shí)期，出現(xiàn)了4～20mDC的國際統(tǒng)一信號(hào)（對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)為1～5VDC），相應(yīng)兩線制技術(shù)也得到普及。兩線制是指一個(gè)現(xiàn)場變送器由兩根導(dǎo)線與控制室對(duì)應(yīng)端子相連，在其上完成供電（24VDC）及電流信號(hào)傳輸。當(dāng)然，四線制技術(shù)也還可以使用（四線制指現(xiàn)場變送器接兩根電源線和兩根信號(hào)線）。
在1986年美國Rosemount公司推出HART（Highway Address able Remote Transducer可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速公路）通信協(xié)議，在原兩線制變送器上增加了數(shù)字信號(hào)傳輸功能，即在4～20mA的直流模擬信號(hào)基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)波形為FSK（Frequency Shifting Keying）Bell 202的數(shù)字通信信號(hào)，以后得到多家儀表研制這方面的產(chǎn)品。嚴(yán)格地說，它不是現(xiàn)場總線，但由于它兼容了模擬信號(hào)及有利于改造老產(chǎn)品，所以10多年來它還能生存下來，而且有所發(fā)展，如它規(guī)定了設(shè)備描述語言，而且多種DCS、PLC均可與之相連，配套的HART MuHiplexer多路復(fù)用器之外，還有HART I/O，使老裝置裝置改造中現(xiàn)有布線系統(tǒng)得到利用，完成工廠資產(chǎn)設(shè)備管理等功能，提高工廠生產(chǎn)效率。
國際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
追溯上世紀(jì)80年代IFC、90年代初ISP及ISPF已經(jīng)進(jìn)行了初步聯(lián)合，1994年法國加入成立現(xiàn)場總線基金會(huì)（FF）比HART通信協(xié)議公布稍后，國際電工委員會(huì)IEC于1988年IEC/TC65/SC65C/WG6工作組正式開始現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化工作，于2000年1月正式通過IEC61158測(cè)量和控制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，有10種類型，為了便于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，又制訂了IEC61784作為解釋和補(bǔ)充，IEC61784為工業(yè)控制系統(tǒng)的連續(xù)和斷續(xù)制造用現(xiàn)場總線行規(guī)設(shè)置，涉及7個(gè)協(xié)議簇，即FF、Control Net、Profibus、P-Net、Swift Net、WorldFIP、Interbus。
另外，IEC/TC17/SC17B分管低壓電器的分委員會(huì)制訂了IEC62026有關(guān)的現(xiàn)場總線AS-I、Device Net、SDS及Seriplex4種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)；IEC/TC22分管電力電子的分委員會(huì)將CAN總線列為國際標(biāo)準(zhǔn)，而且ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)組織）通過為標(biāo)準(zhǔn)：CAN ISO11898（1M bit/s）與CAN ISO11519（125K bit/s）。以上通常稱有7+4+1=12種現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)。也有很多人把部分應(yīng)用較少或原理與其它總線相賓的總線略去而稱有8種現(xiàn)場總線。
在未成為國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線中，應(yīng)用很廣，性能很好的有Lonworks，它為ANSI美國國家標(biāo)準(zhǔn)及智能建筑等5個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)；Modbus總線應(yīng)用的歷史較長，現(xiàn)在也在發(fā)展與以太網(wǎng)相結(jié)合等技術(shù)；另外就是CC-Link，它由日本三菱公司推出，應(yīng)用面也很廣。
關(guān)于多標(biāo)準(zhǔn)問題
在IEC制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，各國或跨國大公司也在積極開發(fā)現(xiàn)場總線，一些國家或行業(yè)的特殊性，IEC原設(shè)想的現(xiàn)場總線基金會(huì)雖然代表了100多個(gè)國家，其開發(fā)的基金會(huì)現(xiàn)場總線并不能滿足各行業(yè)的要求，而且要滿足過程工業(yè)的要求，也還有一個(gè)完美的過程，所以只好將其低速標(biāo)準(zhǔn)FF的H1部分與其它各種功能相近的Profibus-PA、Profibus-DP等并列為標(biāo)準(zhǔn)。另外原因就是數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展很快，加之FCS概念雖已形成，但與DCS、PLC等系統(tǒng)還得“和平共處”一無相當(dāng)長時(shí)期；又與80年代剛制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)期相比，F(xiàn)F高速標(biāo)準(zhǔn)與以太網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)相兼容是大勢(shì)所趨，所以出現(xiàn)了FF的HSE及Profinet等標(biāo)準(zhǔn)，這些都是順應(yīng)潮流的選擇。應(yīng)該說多標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生，這是反映了數(shù)字通信技術(shù)的現(xiàn)實(shí)，不是以人們的意志而轉(zhuǎn)移的。既然是多標(biāo)準(zhǔn)，以后還會(huì)有所增加，我國如有新的現(xiàn)場總線出現(xiàn)，也可以爭取成為國際標(biāo)準(zhǔn)。
如事先制訂出統(tǒng)一的開放的、可互操作的一個(gè)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，制訂出來以后，多數(shù)廠家都放棄原來的現(xiàn)場總線，當(dāng)然很理想，最大受益者為最終用戶，但是我們要面對(duì)現(xiàn)實(shí)，在承認(rèn)現(xiàn)狀、積極應(yīng)用現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，用戶和制造廠都對(duì)開放性和可互操作性的理想鍥而不舍，我想這一天終究會(huì)到來。
現(xiàn)場總線的比較
多現(xiàn)場總線是制造商、集成商和最終用戶以來不便選用困難，但是通過比較，結(jié)合自身特點(diǎn)，是能選出一種或兩種現(xiàn)場總線，并發(fā)揮現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以來經(jīng)濟(jì)效益，而且可以自下而上防止出現(xiàn)信息孤島。
主要現(xiàn)場總線比較如表1所示。表中除主要性能特點(diǎn)以外，與選型有關(guān)的還有：主從方式、無主方式或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式；傳送過程數(shù)據(jù)和住處組態(tài)住處運(yùn)行狀態(tài)等報(bào)文長短 ；通信實(shí)時(shí)性 ；通信準(zhǔn)確性和通信安全性等。高速或上層的現(xiàn)場總線在表中所列的FF HSE、Profinet、Control Net中的Ethernet /IP均使用了工業(yè)以太網(wǎng)；其它的現(xiàn)場總線現(xiàn)在也在致力于和以太網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）相連；加之工業(yè)以太網(wǎng)也在從事“e網(wǎng)到底”的努力，即在發(fā)展直接與以太網(wǎng)相連的I/O模塊;又IEC正與IAONA（工業(yè)自動(dòng)化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合會(huì)）制訂包含工業(yè)以太網(wǎng)行規(guī)的“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)安裝導(dǎo)則”，所以我們要重視工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展。
評(píng)論