① 现场总线与软总线的区别和联系
现场总线是需要导线在两台或多台计算机之间传递信号的,主要是解决分布式系统的信息互通问题;但你说的软总线我没用过,估计是在虚拟的计算机环境下实现仿真
② 什么是现场总线控制网络
现场总线技术是计算机数字通信技术向工业自动化领域的延伸。现场总线控制系统既是工业设备自动控制的一种开放的计算机局域网系统,又是一种全分布式控制网络系统。本书将目前控制领域中的两大技术热点——现场总线和网络技术有机结合,形成现场总线控制网络技术
③ 现场总线的定义,在技术上有哪些特点
1.数字式通信方式取代设备级的模拟量(如4-20mA,0-5V等信号)和开关量信号;
2.在车间级与设备级通信的数字化网络;
3.现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命;
4.现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络,成为企业信息网络底层。使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场;
5.在CIMS系统中,现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸,是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。
现场总线是工业控制系统的新型通讯标准,是基于现场总线的低成本自动化系统技术。现场总线技术的采用将带来工业控制系统技术的革命。采用现场总线技术可以促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化,符合工业控制系统领域的技术发展趋势。
作为连接生产现场的仪表、控制器等自动化装置的通讯网络,现场总线是九十年代在国际兴起的新一代全分布式控制系统的核心技术。伴随着数字化时代的来临,现场总线控制系统(Fieldbus Control System, FCS)必将成为工业自动化的主流。
现场总线控制系统有如下优点:
全数字化
将企业管理与生产自动化有机结合一直是工业界梦寐以求的理想,但只有在FCS出现以后这种理想才有可能高效、低成本地实现。在采用FCS的企业中,用于生产管理的局域网能够与用于自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外,数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。
全分布
在FCS中各现场设备有足够的自主性,它们彼此之间相互通信,完全可以把各种控制功能分散到各种设备中,而不再需要一个中央控制计算机,实现真正的分布式控制。
双向传输
传统的4~20mA电流信号,一条线只能传递一路信号。现场总线设备则在一条线上即可以向上传递传感器信号,也可以向下传递控制信息。
自诊断
现场总线仪表本身具有自诊断功能,而且这种诊断信息可以送到中央控制室,以便于维护,而这在只能传递一路信号的传统仪表中是做不到的。
节省布线及控制室空间
传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到中央控制室,在中央控制室装备一个大配线架。而在FCS系统中多台现场设备可串行连接在一条总线上,这样只需极少的线进入中央控制室,大量节省了布线费用,同时也降低了中央控制室的造价。
多功能仪表
数字、双向传输方式使得现场总线仪表可以摆脱传统仪表功能单一的制约,可以在一个仪表中集成多种功能,做成多变量变送器,甚至集检测、运算、控制与一体的变送控制器。
开放性
1999年底现场总线协议已被IEC 批准正式成为国际标准,从而使现场总线成为一种开放的技术。
互操作性
现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作,这样就可以在一个企业中由用户根据产品的性能、价格选用不同厂商的产品,集成在一起,避免了传统控制系统中必须选用同一厂家的产品限制,促进了有效的竞争,降低了控制系统的成本。
智能化与自治性
现场总线设备能处理各种参数、运行状态信息及故障信息,具有很高的智能,能在部件、甚至网络故障的情况下独立工作,大大提高了整个控制系统的可靠性和容错能力。
现场总线控制系统通常由以下部分组成:
现场总线仪表、控制器
现场总线线路
监控、组态计算机
这里的仪表、控制器、计算机都需要通过现场总线网卡、通信协议软件连接到网上。因此,现场总线网卡、通信协议软件是现场总线控制系统的基础和神经中枢。
现场总线控制系统是国家九五科技攻关的重点项目。
现场总线系统的功能安全评价大体分以下几点:
(一)现场总线系统完成的功能
现场总线系统所起的作用是通信,它包括一组硬件和软件,允许两个或多个装置之间信息交换。在受控过程中,它不应该传播或建立会产生危险情形的错误:它应能找出数据的讹误,保证实时数据的传送,传递应有序,避免混乱。同时应能随时了解可能出现的故障状态,避免出现因通信错误触发不合理的安全动作,例如使过程在不该停止时停了下来,或使过程在出现故障时还继续工作等。
(二)现场总线系统安全功能评价的方法
要证明一个系统或子系统是否可以用在安全领域,是否符合IEC61508标准,有两个途径:一是按照IEC61508的原则设计一个新系统;二是沿用以前已经使用并证明是安全的系统,用"proven in use"方法来验证。现场总线系统的功能安全评价一般都采取第二种方法。这是一个在"使用中证实"的概念。如果一种产品或系统已经在使用中,只要供应商有足够的证据证明它是安全的,那么以后相同的产品或系统就允许应用在同等安全的领域。
IEC61508中提出的这种"proven in use"的概念对于供应商和用户都有极大的激励作用。目前世界上此重要的设备供应商都开始对自己的产品进行这方面认证工作。但"Proven in use"实际上有很严格的限制条件:
(l)Proven in use方法只能用于那些满足相关要求的功能和接口子系统;
(2)子系统的工作条件与原子系统的工作条件完全相同或十分相近;
(3)如果子系统的工作条件不同,则需要用分析和测试的方法来论证该系统的功能安全完整性可能达到的水平,以保证该系统可用于安全领域;
(4)声明的失效率有足够的统计学数据基础;
(5)收集有足够的失效数据;
(6)考虑了子系统的复杂性,子系统对风险降低的贡献,子系统失效对整个系统可能造成的后果,新设计等
④ 现场总线和IT计算机网络的主要区别
检测信息、状态信息、控制信息等。实时性要求方面,IT计算机网络响应时间一般要求为2~6s;现场总线通信对“快”的要体现在数据传输的及时性和系统响应的实时性。一般来讲,过程控制系统的响应时间要求为0.01~0.5s,制造业自动化系统的响应时间要求为0.5~2s。网络结构方面,IT计算机网络从一点到另外一点的通信路径可以是不固定的。现场总线从一点到另外一点的通信路径是比较固定的。使用场合方面,IT计算机网络一般在办公室、家庭等环境非常好的场所使用,所以它的设备、接头、接线方式等都不要求有较高的抗干扰能力;现场总线是在环境恶劣(特别是电磁干扰)的工业环境下使用的,而其在危险和易燃易爆的场合,还要求它具有本质安全性能,所以从设备、电缆到接线都要求具有较高的抗干扰能力。
⑤ 什么是现场总线目前有哪五种比较典型的现场总线技术
现场总线(Field bus)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线,也是现在我们工作中提到比较多的名词,它主要解决工业现场的智能化仪器仪表与控制器主机(网关)等现场设备间的数字通信。按照现场技术使用比较多的分为485总线:最早的现场总线技术之一,采用半双工工作方式,支持多点数据通信。为有极性总线,拓扑结构为手拉手。
⑥ 现场总线和DCS、FCS等系统是什么联系呀
FCS就是现场总线控制技术,这两者是一回事。
FCS是由PLC发展而来的;而在另一些行业,FCS又是由DCS发展而来的,所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系,又存在着本质的差异。
FCS是由DCS与PLC发展而来,FCS不仅具备DCS与PLC的特点,而且跨出了革命性的一步。而目前,新型的DCS与新型的PLC,都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能;而新型的PLC,在处理闭环控制方面也不差,并且两者都能组成大型网络,DCS与PLC的适用范围,已有很大的交叉。
DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络,因此,数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是:一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。
通过数据公路的设计参数,基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。
(1)系统能处理多少I/O信息。
(2)系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。
(3)能适应多少用户和装置(CRT、控制站等)。
(4)传输数据的完整性是怎样彻底检查的。
(5)数据公路的最大允许长度是多少。
(6)数据公路能支持多少支路。
(7)数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件(可编程序控制器、计算机、数据记录装置等)。
为保证通信的完整,大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。
为了保证系统的安全性,使用了复杂的通信规约和检错技术。所谓通信规约就是一组规则,用以保证所传输的数据被接收,并且被理解得和发送的数据一样。
目前在DCS系统中一般使用两类通信手段,即同步的和异步的,同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收,异步网络采用没有时钟的报告系统。
·FCS
FCS的关键要点有三点
(1)FCS系统的核心是总线协议,即总线标准
前面的章节已经叙述,一种类型的总线,只要其总线协议一经确定,相关的关键技术与有关的设备也就被确定。就其总线协议的基本原理而言,各类总线都是一样的,都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。但由于各种原因,各类总线的总线协议存在很大的差异。
为了使现场总线满足可互操作性要求,使其成为真正的开放系统,在IEC国际标准,现场总线通讯协议模型的用户层中,就明确规定用户层具有装置描述功能。为了实现互操作,每个现场总线装置都用装置描述DD来描述。DD能够认为是装置的一个驱动器,它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于DD包括描述装置通信所需的所有信息,并且与主站无关,所以可以使现场装置实现真正的互操作性。
实际情况是否如上述一致,回答是否定的。目前通过的现场总线国际标准含8种类型,而原IEO国际标准只是8种类型之一,与其它7种类型总线的地位是平等的。其它7种总线,不论其市场占有率有多少,每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑。它们能够形成系统,形成产品,而原IEC现场总线国际标准,是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。所以,要实现这些总线的相互兼容和互操作,就目前状态而言,几乎是不可能的。
通过上述,我们是否可以得出这样一种映象:开放的现场总线控制系统的互操作性,就一个特定类型的现场总线而言,只要遵循该类型现场总线的总线协议,对其产品是开放的,并具有互操作性。换句话说,不论什么厂家的产品,也不一家是该现场总线公司的产品,只要遵循该总线的总线协议,产品之间是开放的,并具有互操作性,就可以组成总线网络。
(2)FCS系统的基础是数字智能现场装置
数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑,是基础,道理很简单,FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。如果现场装置不遵循统一的总线协议,即相关的通讯规约,不具备数字通信功能,那么所谓双向数字通信只是一句空话,也不能称之为现场总线控制系统。再一点,现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。如果现场装置不是多功能智能化的产品,那么现场总线控制系统的特点也就不存在了,所谓简化系统、方便设计、利于维护等优越性也是虚的。
(3) FCS系统的本质是信息处理现场化
对于一个控制系统,无论是采用DCS还是采用现场总线,系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上,采用现场总线后,可以从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息量没有减少,甚至增加了,而传输信息的线缆却大大减少了。这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力,另一方面要让大量信息在现场就地完成处理,减少现场与控制机房之间的信息往返。可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。
减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。减少信息往返常常可带来改善系统响应时间的好处。因此,网络设计时应优先将相互间信息交换量大的节点,放在同一条支路里。
减少信息往返与减少系统的线缆有时会相互矛盾。这时仍应以节省投资为原则来做选择。如果所选择系统的响应时间允许的话,应选节省线缆的方案。如所选系统的响应时间比较紧张,稍微减少一点信息的传输就够用了,那就应选减少信息传输的方案。
现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块,虽然不同产品同种功能块在性能上会稍有差别,但一个网络支路上有许多功能雷同功能块的情况是客观存在的。选用哪一个现场仪表上的功能块,是系统组态要解决的问题。
考虑这个问题的原则是:尽量减少总线上的信息往返。一般可以选择与该功能有关的信息输出最多的那台仪表上的功能块。
⑦ 什么是现场总线
现场总线控制系统(FCS)是信息数字化、控制分散化、系统开放化和设备间相互可操作的新一代自动化控制系统。它具有完全的开放性,在遵循统一的技术标准条件下,用户可以把不同品牌功能相同的产品集成在同一个控制系统内,构成一个集成的现场总线控制系统,在同一个系统内具有相同功能的不同产品之间能够进行自由的相互替换,使用户具有了自动化控制设备选择和集成的主动权。现场总线控制系统真正实现了现场设备智能化,彻底的控制分散化,使微灌控制系统功能不需要依赖控制中心的计算机或主控制装置,可以就近在现场完成控制功能,简化了系统结构,提高了可靠性和方便性。采用数字化通信,提高了信号传输的可靠性和精度,利用现场总线控制技术能够形成完全分散、全数字化的微灌控制网络。
现场总线技术顺应了当今自控技术发展的“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化”的主流,使传统的控制系统无论在结构上还是在性能上都出现巨大的飞跃,是未来微灌应用自动控制技术发展的方向。但是现场总线控制系统目前还处在发展过程之中,现场总线控制的技术标准、现场总线仪表和控制设备的智能化等方面还不是十分完善,进入市场的成熟的智能化现场设备和仪表还不是很多,且与常规设备相比价格仍然较贵,因此目前在微灌领域的应用还处于初始阶段。
⑧ 现场总线控制系统是在怎样背景下发展起来的及其特点
(现场总线技术是现场控制计算机与现代电子、计算机、通信技术相结合的产物。现场总线技术始于20世纪80年代中期。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧降低,计算机与计算机网络系统得到迅速发展。而处于企业生产过程底层的测控自动化系统,由于仍通过开关、阀门、传感测量仪表间的一对一连线,用电压、电流等模拟信号进行测量控制,或者只采用某种自封闭式的集散系统控制,难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换,使自动化系统成为“信息孤岛”,严重制约了控制系统的发展。要实现整个企业的信息集成,要实施综合自动化,就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、实施性强、造价低廉的通行系统,形成工厂底层网络,完成现场自动化设备之间的多点数字通信,实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的。)
背景:现场总线系统由于采用了智能现场设备,能够把原先的DCS中处于控制室的控制模块、各输入/输出模块置入现场设备,加上现场设备具有通信能力,现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号,因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表而直接在现场完成,实现了彻底的分散控制。
特点:①系统的开放性 ②互可操作性与互用性 ③现场设备的智能化与功能自治性
④系统结构的高度分散性 ⑤对现场环境的适应性
⑨ 现场总线与通讯协议的关系
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 。可以理解为多个设备之间数据的“高速公路”。但随应用环境不同,又有很多的不同类型的总线。其中应用最为广泛的如PowerBUS总线、485总线、CAN总线。
而通讯协议又称通信规程,是指通信双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式,同步方式,传送速度,传送步骤,检纠错方式以及控制字符定义等问题做 出统一规定,通信双方必须共同遵守,它也叫做链路控制规程。可以理解为“高速公路”中的“交通规则”。当然这种规则也是多种多样的,其中应用最为广泛如modbus协议。