可編程系統(tǒng)、集散系統(tǒng)及現(xiàn)場總線系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)中的應用
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圖2 重慶水泥廠技改工程TI-545 系統(tǒng)配置圖
4.3 考慮系統(tǒng)連續(xù)性、兼容性及通訊性能
在一些水泥改造項目中，如原項目中已有計算機控制系統(tǒng)，則要考慮系統(tǒng)的連續(xù)性及兼容性。如果電氣控制系統(tǒng)占有很大的比重，則要考慮與生產(chǎn)管理計算機系統(tǒng)信息網(wǎng)絡的連接,即通訊性能。
4.4 考慮系統(tǒng)
生產(chǎn)廠家技術服務性目前在中國PLC 系統(tǒng)和DCS 的銷售市場，國外生產(chǎn)廠家占有率很大，國外各大生產(chǎn)廠家一般在中國設有產(chǎn)品宣傳和技術服務機構，而國外公司經(jīng)常進行重組、合并或兼并，由于各公司產(chǎn)品結構、銷售策略、市場占有方向個不相同，合并或兼并后，在中國市場的技術宣傳和服務方面，將有所變化，有些有所加強而有些有所削弱，因此我們在選擇系統(tǒng)時，應充分掌握信息，考慮系統(tǒng)生產(chǎn)廠家技術服務性，以保證所選擇系統(tǒng)的先進性、發(fā)展性，以保證具有充分的技術支持和備品備件供應。
5 現(xiàn)場總線―標準信號轉換器
如果選用現(xiàn)場總線FCS 控制系統(tǒng)就要解決現(xiàn)場總線―標準信號轉換的問題。 WorldFip 是目前國際認證的8 種總線協(xié)議之一, 除了具備現(xiàn)場總線的一般特點, 還具有一些獨到之處。WorldFIP 現(xiàn)場總線不論低速還是高速,只有一套通信協(xié)議, 所以不需要任何網(wǎng)橋或網(wǎng)關,低速與高速網(wǎng)絡的銜接只用軟件完成。另外它的生產(chǎn)者/ 使用者( Producer/ Consumer) 模式和總線仲裁器(Bus Arbiter) 的調度方式特別適合工業(yè)過程控制用的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。FF 與IEC 標準都采用了這種通信模式, 只是名稱不同。FF 稱為發(fā)布方/ 接收方( Publisher/ Subscriber ) 與鏈接調度器(LAS) , 實際方式與WorldFIP 完成一致。
5．1 現(xiàn)場總線―標準信號轉換器的設計
現(xiàn)場總線―標準信號轉換器的基本功能是將符合WorldFip 協(xié)議的總線信號轉換為DC4-20mA 的標準模擬信號, 提供給外接的執(zhí)行器。設計基本分為4 個模塊: 電源板、通信板、輸出板和顯示模塊。
通信板的設計中采用了微控制芯片MI2CROFIP。MICROFIP 芯片為低功耗芯片, 內(nèi)置的通訊協(xié)議與WorldFip 標準和IEC 現(xiàn)場總線物理層標準兼容。它不需要支持總線仲裁器功能,與現(xiàn)有的WorldFip 協(xié)處理器, 如FULL FIP2 等完全兼容。它的主要特征有以下幾點。
①可選擇分界符和FCS 格式: IEC 或U TE。②芯片內(nèi)置512 字節(jié)內(nèi)存: 120 字節(jié)分配給8字節(jié)塊, 最多支持8 個MPS 變量; 為全雙工交換提供128 字節(jié)的發(fā)報通道能力。③兩個可編程8 位I/ O 端口帶有濾波和FALLBACK功能。④可直接與常用微控制器( INTEL , MO2TOROLA 的所有芯片) 相接。⑤有多種線驅動接口可供選擇: FIECDRIVE ,CREOL 等。⑥選址空間: 7 個以節(jié)點地址為基礎的標識符, 1 個完全可組態(tài)的16 位發(fā)報地址。⑦一個中斷, 以指示發(fā)生了與變量及報文交換相關聯(lián)的事件。⑧獨立操作(無微處理器) ; 將簡單的I/ O 系統(tǒng)接入網(wǎng)絡。⑨工作電壓可選擇5V 或313V , 滿足易爆環(huán)境下的本質安全要求。
MICROFIP 提供了數(shù)據(jù)鏈路層和MPS 應用層的接口, 提供的服務有以下幾點。
① 物理層服務: 在EN10570 和FIP 標準之間進行選擇。
② 數(shù)據(jù)鏈路層服務: 變量傳送服務和報文傳送服務。
③ 網(wǎng)絡管理服務: MICROFIP 介質冗余管理。
④ 附加功能: 輸入/ 輸出端口, 通過并行端口獲取站地址。
5．2 CPU的選用
選用了MOTOROLA 的MC68HC12 , 它有多種工作模式。16 位的地址線, 具有64k 的地址空間, 也易于擴展。32kB 的ROM 和1kB 的RAM ,728kB 的EEPROM , 可以很方便的寫入程序。串行口有同步串行通信和異步串行通信兩種, 與外接芯片的接口設計比較簡單。
5．3 CPU與MICROFIP 的接口
MICROFIP 與CPU 之間的接口信號包括9 條地址/ 數(shù)據(jù)復用線, 1 條片選信號, 1 條重置信號,3 條讀寫控制信號和中斷申請線等。MICROFIP 輸出中斷申請信號給CPU , CPU 通過讀內(nèi)部的中斷狀態(tài)信號來確定中斷源。具體見圖3 。
圖3 接口示意圖
5．4 MICROFIP 與總線的接口
MICROFIP 有8 條現(xiàn)場總線接口線, 分別是一條接收數(shù)據(jù)信號線, 一條發(fā)送數(shù)據(jù)信號線, 一條控制總線發(fā)送器工作狀態(tài)的控制線, 5 條狀態(tài)信號線。總線模擬接口包含的電路有接收信號的整形濾波部分, 發(fā)送信號的驅動部分和變壓器隔離部分。
5．5 CPU與D/ A 的接口
CPU 輸出的數(shù)據(jù)信號DIN 經(jīng)DAC8420 被轉換為模擬信號。DAC8420 的工作時鐘SCK 由CPU提供, 它還提供CS、LOAD 等控制信號, 它們都必須經(jīng)過6N137 進行隔離[5]。
6 結語
綜上所述，系統(tǒng)選型的原則可從以下幾個方面考慮：系統(tǒng)規(guī)模、復雜程度、系統(tǒng)的兼容及通訊性能，以及生產(chǎn)廠家技術支持和售后服務等。在水泥生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中，根據(jù)過程對象復雜程度的不同，以及針對控制系統(tǒng)的可靠性合理選擇的不同控制系統(tǒng)，對保證生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的自動化水平，降低工程造價有著十分重要的意義。同時, 如果選用現(xiàn)場總線FCS 控制系統(tǒng),讓傳統(tǒng)儀表與現(xiàn)場總線兼容無疑是一個很好的途徑, 目前幾種不同協(xié)議的支持廠家都開發(fā)出了相應的總線和標準信號的轉換器。
參考文獻
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[2] 柳桂國 檢測技術及應用 電子工業(yè)出版社 第一版 2002 23―40
[3] 白焰1 計算機控制系統(tǒng)[M]1 北京:中國電力出版社,19981
[4] 劉曙光 現(xiàn)場總線技術的進展與展望 自動化與儀表 2001．3，56―60
[5] SMAR Company. Smar Fieldbus 302 series InstructionManual. SMAR Company , 19961
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