现场总线控制系统(FCS)(3)

⑷ CAN

CAN是控制局域网络（ControI Area Network）的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准。由于得到了Motorola，Intel，Philip，Siemence，NEC等公司的支持，它广泛应用在离散控制领域。CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，不过，其模型结构只有三层，即只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。其信号传输介质为双绞线。通信速率最高可达1Mbps／40m，直接传输距离最远可达10km／5kbps。可挂接设备数最多可达110个。

CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能，以切断该节点与总线的联系，使总线上的其他节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。

⑸ HART

HART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写，最早由Rosemount公司开发并得到八十多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。这种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。

它规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、执行的命令；第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备中实现，这类命令包括最常用的现场设备的功能库；第三类称为特殊设备命令，以便在某些设备中实

11

现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。 HART采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混合信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。

HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求，并可组成由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。

在后面的章节中，将较为详细地介绍基金会现场总线技术及应用实例。

二、基金会现场总线的特征

基金会现场总线系统是为适应自动化系统、特别是过程自动化系统在功能、环境与技术上的需要而专门设计的。它可以工作在工厂生产的现场环境下，能适应本质安全防爆的要求，还可通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。

这种现场总线标准是由现场总线基金会（Fieldbus Foundation）组织开发的。它得到了世界上主要自控设备供应商的广泛支持，在北美、亚太、欧洲等地区具有较强的影响力。现场总线基金会的目标是致力于开发出统一标准的现场总线，并已于1996年一季度颁布了低速总线H1的标准，安装了示范系统，将不同厂商的符合FF规范的仪表互连为控制系统和通信网络。使Hl低速总线步入实用阶段。

基金会现场总线的系统是开放的，可由来自不同制造商的测量、控制

12

设备构成。这些制造商所设计开发的设备遵循相同的协议规范。在产品开发期间，通过一致性测试，确保产品与协议规范的一致性。当把不同制造商的产品连接于同一网络系统时，作为网络节点的各设备间应可实现互操作。同时还允许不同厂商生产的相同功能设备之间进行相互替换。 基金会现场总线的最大特色就在于它不仅仅是一种总线，而且是一个系统。是网络系统，也是自动化系统。它作为新型自动化系统，区别于以前各种自动化系统的特征就在于它所具有的开放型数字通信能力，它使自动化系统具备了网络化特征。而它作为一种通信网络，有别于其他网络系统的特征则在于它位于工业生产现场，其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。

基金会现场总线系统作为全分布式自动化系统，要完成的主要功能是对工业生产过程各个参数进行测量、信号变送、控制、显示、计算等，实现对生产过程的自动检测、监视、自动调节、顺序控制和自动保护，保障工业生产处于安全、稳定、经济的运行状态。这里的全分布式自动化系统是相对DCS而言的。

目前在工业生产中广为采用DCS。它打破了计算机控制系统发展初期由单台计算机统管整个车间甚至工厂的集中控制模式，把整个生产过程分解为多个子系统，由多台计算机共同协作完成自控系统功能，每台计算机或微处理器独立承担其中某一部分功能，这种系统的优点是针对集中控制模式中危险也集中的弊端，但在其系统的物理结构上，仍然为数字控制器与模拟变送器组成的模拟一数字混合系统。模拟变送器位于工艺设备的生产现场，而控制器一般位于集中控制室。从构成控制系统的信号流的角度来看，在现场把被控参数转换为测量信号后，被送往位于集中控制室的控制器，经控制运算后，再把所得到的操作信号由控制室送往位于生产现场的调节阀或控制电机，这样，即使是一个简单回路控

13

制系统，其信号的必经路径也将会较长，因而会引发许多弊端和隐患。比如在控制室与现场之间的连线出现断线或短路故障时，控制室的计算机或控制器将对生产现场失去控制，而单凭现场仪表又不能实现控制功能，会给生产造成影响。

现场总线的全分布式自动化系统则把控制功能完全下放到现场。仅由现场仪表即可构成完整的控制功能。由于基金会现场总线的现场变送、执行仪表（以下也称之为现场设备）内部都具有微处理器，现场设备内部可以装人控制计算模块，只需通过都处于现场的变送、执行器之间连接，便可组成控制系统。这个意义上的全分布无疑将增强系统的可靠性和系统组织的灵活性。当然，这种控制系统还可以与别的系统或控制室的计算机进行信息交换，构成各种高性能的控制系统。

基金会现场总线系统作为低带宽的通信网络，把具备通信能力、同时具有的控制、测量等功能的现场自控设备作为网络的节点，由现场总线把它们互连为网络。通过网络上各节点间的操作参数与数据调用，实现信息共享与系统的各项自动化功能。各网络节点的现场设备内具备通信接收、发送与通信控制能力。它们的各项自动化功能是通过网络节点间的信息传输、连接、各部分的功能集成而共同完成的，因而称之为网络集成自动化系统。网络集成自动化系统的目的是实现人与人、机器与机器、人与机器、生产现场的运行控制信息与办公室的管理指挥信息的沟通和一体化。借助网络的信息传输与数据共享，组成多种复杂的测量、控制、计算功能，更有效、方便地实现生产过程的安全、稳定、经济运行，并进一步实现管控一体化。

基金会现场总线作为工厂的底层网络，相对一般广域网、局域网而言，它是低速网段，其传输速率的典型值为31.25kbps，1Mbps和2.5Mbps。它可以由单一总线段或多总线段构成，也可以由网桥把不同传输速率、

14

不同传输介质的总线段互连而构成。网桥在不同总线段之间透明地转换传送信息。还可以通过网关或计算机接口板，将其与工厂管理层的网段挂接，彻底打破了多年来未曾解决的自动化信息孤岛的格局，形成了完整的工厂信息网络。

基金会现场总线围绕工厂底层网络和全分布自动化系统这两个方面形成了它的技术特色。其主要技术内容有：

（1）基金会现场总线的通信技术。它包括基金会现场总线的通信模型、通信协议、通信控制器芯片、通信网络与系统管理等内容。它涉及一系列与网络相关的硬、软件，如通信栈软件，被称之为圆卡的仪表用通信接口卡，FF与计算机的接口卡，各种网关、网桥、中继器等。它是现场总线的核心基础技术之一，无论对于现场总线设备的开发制造单位，还是系统设计单位、系统集成商以至用户，都具有重要作用。

（2）标准化功能块（FB，Function Block）与功能块应用进程（FBAP，Function Block Application Process）。它提供一个通用结构，把实现控制系统所需的各种功能划分为功能模块，使其公共特征标准化，规定它们各自的输入、输出、算法、事件、参数与块控制图，并把它们组成为可在某个现场设备中执行的应用进程。便于实现不同制造商产品的混合组态与调用。功能块的通用结构是实现开放系统构架的基础，也是实现各种网络功能与自动化功能的基础。

（3）设备描述（DD，Device Description）与设备描述语言（DDL，Device Description Language）。为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能块操作，基金会现场总线采用了设备描述技术。设备描述为控制系统理解来自现场设备的数据意义提供必需的信息，因而也可以看作控制系统或主机对某个设备的驱动程序，即设备描述是设备驱动的基础。设备描述语言是一种用以进行设备描述的标准编程语言。采用设

15

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库现场总线控制系统(FCS)(3)在线全文阅读。