TRICONEX 4211 供應

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工業(yè)控制從早期的就地控制、集中控制，已經發(fā)展到現在的集散控制(DCS)，在過去的20年中，過程工業(yè)對DCS系統及相關的儀表裝置進行了大量的投入，DCS系統的應用結果得到了用戶的肯定。4-20mA信號是DCS系統及現場設備相互連接的本質特點，這是控制系統和儀表裝置發(fā)展的一大進步。

然而現在，數字化和網絡化成為當今控制網絡發(fā)展的主要方向。人們意識到傳統的模擬信號只能提供原始的測量和控制信息，而智能變送器在4-20mA信號之上附加信息的能力又受其低通信速率的制約，所以對整個過程控制系統的機制進行數字化和網絡化，應是其發(fā)展的必然趨勢。

　　現場總線在智能現場設備、自動化系統之間提供了一個全數字化的、雙向的、多節(jié)點的通信鏈接?，F場總線的出現促進了現場設備的數字化和網絡化，并且使現場控制的功能更加強大。這一改進帶來了過程控制系統的開放性，使系統成為具有測量、控制、執(zhí)行和—過程診斷的綜合能力的控制網絡。

　　1現場總線對傳統DCS的沖擊

　　現場總線對傳統DCS的沖擊來源于其本質上*于DCS系統的技術特征。根據電工委員會IEC和現場總線基金會FF的定義，現場總線技術具有以下5個主要特點：
　　　　　　
　?、贁底中盘?取代4-20mA模擬信號；
　?、谑够具^程控制、報警和計算功能等*分布在現場完成；
　?、凼乖O備增加非控制信息，如自診斷信息、組態(tài)信息以及補償信息等；
　?、軐崿F現場管理和控制的統一；
　?、菡嬲龑崿F系統開放性、互操作性。
　　現場總線技術不僅是一種通信技術，它實際上融人了智能化儀表、計算機網絡和開放系統互連(OSI)等技術的精粹。所有這些特點使得以現場總線技術為基礎的現場總線控制系統(FCS)相對于傳統DCS系統具有巨大的*性：
　　　　　　　　　　　　　
　?、傧到y結構大大簡化，成本顯著降低；
　?、诂F場設備自治性加強，系統性能全面提高；
　?、厶岣吡诵盘杺鬏數目煽啃院途龋?br />　?、苷嬲龑崿F全分散、全數字化的控制網絡；
　　⑤用戶始終擁有系統集成權。
　　這些*性可從圖1中DCS和現場總線系統的網絡結構比較后得到驗證。

　　2現場總線集成于DCS系統是現階段控制網絡的發(fā)展趨勢

　　盡管用戶對控制系統的結構改進表示歡迎，但他們并不希望對他們現有的儀表系統做大的改動。目前在現場總線的發(fā)展初期，大多數用戶更傾向于對他們現有的儀表系統進行逐步的增添和替換；另一方面，DCS系統及其儀表的消失或*被取代，對于費用或人力而言也都是不合理的?，F階段可行的方案是考慮如何使現場總線與傳統的DCS系統盡可能地協同工作，這種集成方案能夠得到靈活的系統組態(tài)，以適用于更廣泛的、富于實用價值的應用。

　　3現場總線于DCS系統I/0總線上的集成

　　在DCS的結構體系中，自上而下大體可分為3層：管理層，監(jiān)控操作層和I/O測控層。在I/O測控層的I/O總線上，掛有DCS控制器和各種I/O卡件，I/O卡件用于連接現場4-20mA設備、離散量或PIC等現場信號，DCS控制器負責現場控制。
　　　　　　　　　　　　　　　　
　　圖2給出了在DCS系統的I/O總線上集成現場總線的原理圖。其關鍵是通過一個現場總線接口卡掛在DCS的I/O總線上，實現現場總線系統中的數據信息映射成原有DCS的I/O總線上相對應的數據信息，如基本測量值、報警值或工藝設定值等，使得在DCS控制器所看到的現場總線來的信息就如同來自一個傳統的DCS設備卡一樣。這樣便實現了在I/O總線上的現場總線技術集成。
　　這種方案主要可用于DCS系統已經安裝并穩(wěn)定運行，而現場總線引入系統的、規(guī)模較小的應用場合；此方案也可應用于PLC系統。
　　這種方案的優(yōu)點是結構比較簡單，缺點是集成規(guī)模受到現場總線接口卡的限制。
　　　　　　　　　　　　
　　Fisher-Rosemount公司推出的DCS系統DeltaV采用的就是此種集成方案。DeltaV系統在它的I/O卡件中專門開發(fā)設計了此種功能的接口卡——現場總線H1通信模塊(31．25kbit／s)，成功地將現場總線技術集成在DeltaV系統中，可實現與現場總線儀表相連，*地節(jié)省了安裝、操作以及維護費用，同樣的控制器可兼容H1與傳統的I/O模塊，有利于從傳統的控制模．式向現場總線控制模式的過渡和轉變。
DeltaV的系統結構如圖3所示。
　　在DeltaV系統的現場總線H1通信模塊中具有特定的Driver，用以實現現場總線系統數據信息與I/O總線上對應信息的映射，其功能方塊圖如圖4所示。

　　4現場總線于DCS系統網絡層的集成

　　除了在I/O總線上的集成方案，還可以在更高一層——DCS網絡層上集成現場總線系統。在這種方案中，現場總線接口卡不是掛在DCS的I/O總線上，而是在DCS的上層LAN上，其結構如圖5所示。
　　在這種方案中，現場總線控制執(zhí)行信息、測量以及現場儀表的控制功能均可在DCS操作站進行瀏覽并修改。它的優(yōu)點是原來必須由DCS主計算機完成的一些控制和計算功能，現在可下放到現場儀表實現，并且可以在DCS操作員界面上得到相關的參數或數據信息；它的另一個優(yōu)點是不需要對DCS控制站進行改動，對原有系統影響較小。
　　　
　　　　　　　　
　　這種集成方案在工程實際中也有應用。如Smar公司的302系列現場總線產品可以實現在DCS系統網絡層集成其現場總線功能，其具體集成方案如圖6所示。

　　5現場總線通過網關與DCS系統并行集成
　　
　　若在一個工廠中并行運行著DCS系統和現場總線系統，則還可以通過一個網關來網接兩者(如圖7所示)，安裝網關以完成DCS系統與現場總線高速網絡之間的信息傳遞。在這一結構中，DCS系統的信息能夠在新的操作員界面上得到并顯示。通過使用拋網橋可以安裝大量的H1低速總線?，F場總線接口單元可提供控制協調、報警管理和短時趨勢收集等功能。
　　現場總線與DCS的并行集成，完成整個工廠的控制系統和信息系統的集成統一，并可以通過Web服務器實現Infranet與Inernet的互連。這種方案的優(yōu)點是豐富了網絡的信息內容，便于發(fā)揮數據信息和控制信息的綜合優(yōu)勢；另外，在這種集成方案中，現場總線系統與通過網關而集成在一起的DCS系統是相互獨立的。

　　6結論

　　綜上所述，我們相信現場總線系統將廣泛地應用到過程工業(yè)控制中，通過對過程控制系統進行一些必要的修改，將現場總線技術引入到DCS中，將會給用戶帶來大量的收益；另一方面，即使大多數的連續(xù)控制環(huán)路將由現場總線系統來完成，DCS系統仍將在許多諸如實時要求較高的控制場合扮演重要的角色。現階段現場總線與DCS系統的共存將使用戶擁有更多的選擇，以實現更合理的控制系統。