现场总线控制系统(FCS)(4)

备描述编译器，把DDL编写的设备描述的源程序转化为机器可读的输出文件。控制系统正是凭借这些机器可读的输出文件来理解各制造商的设备的数据意义。现场总线基金会把基金会的标准DD和经基金会注册过的制造商附加DD写成CD-ROM，提供给用户。

（4）现场总线通信控制器与智能仪表或工业控制计算机之间的接口技术。在现场总线的产品开发中，常采用OEM集成方法构成新产品，已有多家供应商向市场提供FF集成通信控制芯片、通信栈软件、圆卡等。把这些部件与其他供应商开发的、或自行开发的、完成测量控制功能的部件集成起来，组成现场智能设备的新产品。要将总线通信圆卡与实现变送、执行功能的部件构成一个有机的整体，要通过FF的PC接口卡将总线上的数据信息与上位的各种MMI（即人机接口）软件、高级控制算法融为一体，尚有许多智能仪表本身及其与通信软硬件接口的开发工作要做。如与MMI软件连接中的OPC技术。OPC技术是指用于过程控制的对象链接嵌入（OLE，Object Linking and Embedding）技术。OLE是Microsoft公司在PC机中采用的PC组件（PC Component ）技术。把这一技术引入到过程控制系统，使现场总线控制系统较容易地与现有的计算机平台结合起来，使工厂网络的各个层次可以在网络上共享数据与信息。可以认为，OPC技术是实现数据开放式传输的基础。

（5）系统集成技术。它包括通信系统与控制系统的集成，如网络通信系统组态、网络拓扑、配线、网络系统管理、控制系统组态、人机接口、系统管理维护等。这是一项集控制、通信、计算机、网络等多方面的知识，集软硬件于一体的综合性技术。它在现场总线技术开发初期，在技术规范、通信软硬件尚不十分成熟之时，具有其特殊的意义。对系统设计单位、用户、系统集成商更是具有重要作用。

（6）系统测试技术。包括通信系统的一致性与互可操作性测试技术、

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总线监听分析技术、系统的功能和性能测试技术。一致性与互可操作性测试是为保证系统的开放性而采取的重要措施。一般要经授权过的第三方认证机构作专门测试，验证符合统一的技术规范后，将测试结果交基金会登记注册，授予FF标志。只有具备了FF标志的现场总线产品，才是真正的FF产品，其通信的一致性与系统的开放性才有相应保障。有时，对由具有FF标志的现场设备所组成的实际系统，还需进一步进行互可操作性测试和功能性能测试，以保证系统的正常运转，并达到所要求的性能指标。总线监听分析用于测试判断总线上通信信号的流通状态，以便于通信系统的调试、诊断与评价。对由现场总线设备构成的自动化系统，功能、性能测试技术还包括对其实现的各种控制系统功能的能力、指标参数的测试。并可在测试基础上进一步开展对通信系统、自动化系统综合指标的评价。

第二节 FCS的硬件组成

和传统的DCS控制系统不同，FCS是总线网络，所有现场表都是一个网络节点，并挂接在总线上，每一个节点都是一个智能设备，因此FCS中已经不存在现场控制站，只需要工业PC即可。在现场总线控制系统中，以微处理器为基础的现场仪表已不再是传统意义上的变送或执行单元，而是同时起着数据采集、控制、计算、报警、诊断、执行和通信的作用。每台仪表均有自己的地址与同一通道上的其它仪表进行区分。所有现场表均可采用总线供电方式，即电源线和信号线共用一对双绞线。在本质安全情况下使用时，必须使用现场总线安全栅SB302。

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Smar公司是生产FCS最早的生产厂家，下面以此为例介绍FCS的硬件组成。

一、接口设备

接口设备主要指各种计算机和计算机与现场总线之间的接口卡件。 1、 PC机

一般的工业PC，带有大屏幕显示器、打印机、工业键盘和鼠标。另配有净化电源、UPS电源、操作台、操作椅等，置于操作室内。 2、 过程控制接口卡（PCI）

PCI（Process Control Interface）是一种高性能接口卡，把先进的过程控制与多通道通信、管理融为一体。该接口卡插在PC底板上，一台PC最多可插8卡。主要组成如下：

⑴ CPU：采用32位超级RISC处理器，完成PCI卡执行的全部通信与控制功能。

⑵ Dual-Port RAM，双口RAM：使PC机与本卡CPU共享16位数据存储器，为二者提供一个有效的通信通路。

⑶ Control Logic，控制逻辑：为PCI卡CPU访问所有器件（NVRAM，FLASH，DP，TIMER，MODEM等）的判别部件。

⑷ PC Bus，PC总线：16位ISA或32位EISA总线。在总线上插入PCI卡，通过总线访问PCI卡，同时向PCI卡提供电源。

⑸ Local Bus，就地总线：是PCI卡内部32位总线，它把CPU连接到各快速器件上（NVRAM，FLASH，DP）。

⑹ Peripheral Bus，外围总线：它是8位外围总线，把CPU与低速器件相连接（TIMER，MODEM）。

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⑺ TIMER0-5，定时器：8/16位3通道通用定时器，用做多任务切换及现场总线通信定时的时间基准。

⑻ MODEM0-3，Fieldbus Communication Controller；调制解调器和现场总线通信控制器：Smar现场总线芯片以31.25Kbps串行数字通信，它符合ISA-SP50现场总线物理层规范，将±10mA的电流信号送给一个50Ω的等效负载，产生一个调制在直流电源上的1V峰-峰值的电压信号。

⑼ MAU0-3，Fieldbus Medium Attachment Unit；现场总线附属单元：属于信号调理及隔离电路。

⑽ PCI还有一整套软件，以适应各硬件的运行。 3、 串行接口（BC1）

BC1是Smar 入口级的现场总线网络与PC机之间的智能接口，具有一个Master的特点，它直接把PC机的串行口（RS232）接口到现场总线H1通道，由PC为其供电。用做便携式现场总线组态器及小工厂监控。软件为Windows平台。

二、现场总线仪表

Smar公司共有五种现场总线仪表，三种输入仪表：双通道温度变送器TT3022、差压变送器LD302和三通道输入电流变换器IF302；二种输出仪表：三通道输出电流变换器FI302；输出气压信号变换器FP302，下面逐一介绍。

1、双通道温度变送器TT302

它将两路的温度信号引入现场总线，在现场完成两路的温度信号到现场总线的转换。具有冷端温度补偿，TC及RTD线性化，对特殊传感器有常规线性化模拟输入。

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图2.3.2-1 TT302框图

其输入信号有四种类型，七种连接方式：

① 热电阻（RTD）：二线制、三线制、四线制、温差。 ② 热电偶 （TC）：单偶、双偶、温差。 ③ Ω信号：0~100Ω；0~400Ω；0~2000Ω。

④ mV信号：-6~-2 mV；-2~22 mV；-10~100 mV；-50~500 mV。 硬件组成有：输入板、主板、显示板和液晶显示器。 ⑴ 输入板

① MUX（MultipleXer），多路调制器：把四种类型，七种接法的传感器信号多路传输到信号调理部分。其内部带有环境温度测量元件，实现冷端自动温度补偿。

② Signal Conditioner，信号调理器：给输入信号加以增益，使之适合于A/D转换规范。

③ A/D，模数转换器：把模拟输入信号转换为数字信号，使之适合CPU工作。

④ Power Isolation，电源隔离：输入板与主板之间的输入信号与控制信号必须隔开，以保证系统安全工作；总线不与现场直接关联；通过

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