現(xiàn)場總線與控制系統(tǒng)
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圖 2 LAN/ fieldbus網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
工業(yè)自動化的標(biāo)準(zhǔn)有以下幾個方面 ：1現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) IEC61 1 58;2可編程邏輯程序語言IEC61 1 31— 3;3符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硬件有開放式結(jié)構(gòu)的 PC平臺，如 ISA,Compact PCI,PC1 0 4和 VXI等；4OPC及微軟的 COM,DCOM,DNA在自動化產(chǎn)品中應(yīng)用非常廣泛，被認(rèn)為是工業(yè)上的事實標(biāo)準(zhǔn)，另外，還有 Sun Connect,HTTP—HG等。
2.3 組態(tài)技術(shù)
組態(tài)技術(shù)主要指控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫生成及控制算法組態(tài)。其中數(shù)據(jù)庫生成組態(tài)與各種硬件設(shè)備關(guān)系太密切，還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，就 PL C本身來講，這部分一直是空白，也就是說，PLC所能提供的只是寄存器，它需要借助第 3方或?qū)Ｓ密浖⑵滢D(zhuǎn)換成有意義的工程參數(shù)，對于 DCS,數(shù)據(jù)測點(diǎn)定義就完備多了。同樣地，控制算法組態(tài)方面，傳統(tǒng)的 PL C多數(shù)只提供梯形圖邏輯及少量的功能塊，并且與IEC61 1 31— 3不兼容，而 DCS具有全面的控制算法組態(tài)技術(shù)，包括梯形圖、助記符、功能塊及順序流程圖等。第 3方軟件支持商支持 IEC61 1 31—3并可以加載到部分 PL C中。開放式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)理所當(dāng)然應(yīng)具有組態(tài)技術(shù),包括數(shù)據(jù)庫組態(tài)及控制算法組態(tài)，生成的參數(shù)及算法不僅可以在控制器中運(yùn)行 (所謂 Soft PL C),還可以在遠(yuǎn)程 I/ O或智能設(shè)備上運(yùn)行，按照現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)定義的功能塊可以在智能儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)中進(jìn)行運(yùn)算，以實現(xiàn)真正的分布式控制。
3影響控制系統(tǒng)可靠性的幾個因素
3. 1 嵌入式控制與控制器的可靠性：控制系統(tǒng)的可靠性很大一部分依賴于控制器是否可靠。 PL C,DCS有其專用的控制器，開放式系統(tǒng)中建議的是標(biāo)準(zhǔn)的硬、軟件平臺。顯然 PC機(jī)和微軟的 Windows是一種選擇。工業(yè) PC機(jī)經(jīng)過多年的改 進(jìn)已經(jīng)比較可靠了,但故障還是會發(fā)生，其較差的運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)能力和旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障(硬盤故障)給維護(hù)帶來了困難。一種解決方案是用嵌入式 PC機(jī)如PC1 0 4結(jié)構(gòu)的硬件平臺，這種平臺有較寬的運(yùn)行環(huán)境,沒有硬盤，而且具有豐富的模件資源,支持以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)接口。從操作系統(tǒng)角度看,帶有實時擴(kuò)展 (RTX)的 NT(如 Ventur Com公司提供的RTX NT)是在標(biāo)準(zhǔn) PC平臺上用于實時控制的較佳選擇;但嵌入式控制中資源有限，即使是嵌入式NT也很難適應(yīng)。Windows CE不失為一個嵌入式應(yīng)用較好的選擇，特別是其 3. 0版本的推出，在確定性、實時性、優(yōu)先級擴(kuò)展能力及中斷服務(wù)延時、進(jìn)程切換時間上有了顯著的提高，過程處理循環(huán)時間降到毫秒級。事實上一些公司已生產(chǎn)出采用 Win CE的控制裝置，如 Win PL C,GE公司的 CNC,Xycom自動化公司的 ASIC— 3000等 [4]。Win CE并不是唯一的選擇，許多實時操作系統(tǒng)非常成熟,已在通信Internet及電力等行業(yè)發(fā)揮了巨大作用,如p SOS,QNX,VRTX等，這些操作系統(tǒng)的共同特征是內(nèi)核非常小,支持 BSP開發(fā) (板級支持包 )及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支撐功能,缺點(diǎn)是第 3方的支持軟件不豐富。采用嵌入式控制是提高控制器可靠性的重要保證。
3. 2 網(wǎng)絡(luò)的可靠性：現(xiàn)場總線從一開始就是為連接現(xiàn)場控制設(shè)備而設(shè)計的，充分考慮了其對各種運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)能力及實時控制中對確定性的要求，只要符合其制定的規(guī)范 (如通信速度、通信距離、物理鏈接等 ),現(xiàn)場總 線應(yīng)該是可靠的。以太網(wǎng)成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)也可靠嗎 ?回答是肯定的。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)使用總線將各個節(jié)點(diǎn)連在一起,允許同時將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)上，這樣就發(fā)生了沖撞，必須采用重發(fā)機(jī)制以達(dá)到相對高的成功率。這種機(jī)制導(dǎo)致非確定性 (non-deterministic),而控制系統(tǒng)需要確定性。以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了其通信的確定性，首先，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，采用星形連接及交換式Hub,交換式 Hub提供數(shù)據(jù)緩沖及具有確定接收數(shù)據(jù)的網(wǎng)段智能，使數(shù)據(jù)沖撞及重發(fā)機(jī)會最小化;其次,快速以太網(wǎng) (100 Mbit/ s,1 Gbit/ s)的發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)使以太網(wǎng)更適應(yīng)于實時應(yīng)用;另外,改進(jìn)的通信協(xié)議克服了 TCP/ IP協(xié)議中的緩沖器滿再發(fā)送及沖撞控制中的允許“丟”包等缺點(diǎn)。
3. 3 電磁兼容性與硬件設(shè)備可靠性：控制系統(tǒng)要適應(yīng)惡劣的運(yùn)行環(huán)境,必須滿足一系列電磁兼容性國際標(biāo)準(zhǔn),IEC61 0 0 0— 4標(biāo)準(zhǔn)或我國等同采用的 GB/ T 1 762 6標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)達(dá)到的電氣技術(shù)指標(biāo)，這些標(biāo)準(zhǔn)包括 ：1浪涌 ：IEC61 0 0 0— 4— 5(GB/ T1 762 6. 5);2振蕩波抗擾度：IEC61 0 0 0— 4—1 2 (GB/ T 1 762 6. 1 2 );3靜電放電抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4— 2 (GB/ T 1 762 6. 2 );4電快速瞬變脈沖群抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4— 4(GB/ T 1 762 6. 4);5射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4— 6(GB/ T1 762 6. 6);6射頻電磁場輻射抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4—3(GB/ T1 762 6. 3)。
以上指標(biāo)中定義了在不同控制電壓等級下及運(yùn)行環(huán)境下應(yīng)達(dá)到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足這些標(biāo)準(zhǔn)將為控制系統(tǒng)的可靠性提供有力的保證。
4結(jié)語
我們處在一個主流系統(tǒng)與非主流系統(tǒng)各行其道、共享市場的時代,中國進(jìn)入 WTO后,大量的外國公司產(chǎn)品及技術(shù)將瓜分中國的測控市場，包括電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，競爭最激烈的應(yīng)該是廠站自動化領(lǐng)域，特別是水電廠、火電廠控制系統(tǒng)。一方面大大小小的 PL C幾乎占領(lǐng)著整個水電廠監(jiān)控領(lǐng)域，另一方面國外 DCS牢牢占據(jù)著大中型火電廠控制系統(tǒng)。我們迫切需要有自己的控制系統(tǒng)，以及適合國情的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件資源及軟件工具。這不僅需要科研人員的不懈努力,還需要市場的培育及支持。有理由相信,有中國特色的先進(jìn)控制系統(tǒng)將在競爭激烈的自動控制領(lǐng)域占有一席之地。(end)
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