浅谈PLC的现场总线技术

原创 2020-05-27 12:03  阅读

  在传统的自动化工厂中,位于生产现场的许多设备和装置,如:传感器、调节器、变送器、执行器等都是通过信号电缆与计算机、PLC相连的。当这些装置和设备相距较远、分布较广时,就会使电缆线的用量和敷设费用大大地增加,造成了整个项目的投资成本增加、系统连线复杂、可靠性降低、维护工作量增大、系统进一步扩展困难等问题。因此人们迫切需要一种可靠、快速、能经受工业现场环境、低廉的通信总线,将分散于现场的各种设备连接起来,实施对其监控。现场总线(Field Bus)就是在这种背景下产生了。

  根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF(Fieidbus Foundation)的定义:现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络。也就是说基于现场总线的系统是以单个分散的,数字化,智能化的测量和控制设备作为网络的节点,用总线相连,实现信息的相互交换,使得不同网络,不同现场设备之间可以信息共享。现场设备的各种运行参数状态信息以及故障信息等通过总线传送到远离现场的控制中心,而控制中心又可以将各种控制、维护、组态命令又送往相关的设备,从而建立起了具有自动控制功能的网络。

  现场总线的节点是现场设备或现场仪器,但不是传统的单功能的现场仪器,而是具有综合功能的智能仪表。例如,温度变送器不仅具有温度信号变换和补偿功能,而且具有PID控制和运算功能;调节阀的基本功能时信号驱动和执行,另外还有输出特性补偿、自效验和自诊断功能。现场设备具有互换性和互操作性,采用总线供电,具有本质安全性。

  现场总线不仅是一种通信技术,也不仅是用数字仪表代替模拟仪表,关键是用新一代的现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)代替传统的集散控制系统DCS(Distributed Control System),实现现场通信网络与控制系统的集成。

  现场总线年代其技术日趋成熟,并受到世界各自动化设备制造商和用户的广泛关注。它成为自动化技术发展的热点,并导致自动化系统结构与设备的深刻变革。

  5) 第五代控制系统:以开放性、分散性与数字通信为特征的现场总线控制系统FCS。

  PLC的生产商也将现场总线技术应用于各自的产品之中,构成工业局域网的底层,使得PLC网络实现了真正意义上自动控制领域发展的一个热点,给传统的工业控制技术带来了有一次革命。

  3 现场总线) 全数字化通信:采用现场总线技术后只用一条通信电缆就可以将控制器与现场设备(智能化的、具有通信口)连接起来,提高了信号传输的可靠性。

  现场总线发展的最初,各个公司都提出自己的现场总线协议,如AB公司的DeviceNet、TURCK公司的Sensoplex、Hpneywell公司的SDS、Phoenix公司的InterBus-S等。经过十几年的发展,现场总线的协议逐渐趋于统一。针对制造业自动化,DeviceNet在北美和日本用得比较普遍,PROFIBUS-DP在欧洲用得比较普遍。针对过程自动化,PROFIBUS-PA和Foundation Fieldbus占据大部分市场。其他的总线协议如ASI、InterBus-S、Sensoplex在某些特殊的领域也有一些市场。

  DeviceNet能够降低设备安装的费用和时间。控制系统中的接近开关、光电开关和阀门等可通过电缆、插件、站等产品进行长距离通信。并且能够提高设备级的诊断能力。相对于PROFIBUS-DP,DeviceNet具有更强大的通信功能,支持除了主-从方式之外的,多种通信方式,可以更灵活地应用于控制系统中。

  高级过程控制现场总线Foundation Fieldbus(基金会现场总线)是针对过程自动化而设计的,它是通过数字、串行、双向的通信方法来连接现场装置的。Foundation Fieldbus通信不是简单的数字4~20mA信号,而是使用复杂的通信协议,它可连接执行简单的闭环算法(如PID)的现场智能装置,一个通信段可配置32各现场装置。

  LonWorks(Local Operating Network)由美国Ecelon公司推出,它采用了ISO/OSI模型的全部七层通信协议,采用了面向对象的设计方法,通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置,其通信速率从300bit/s至15Mbit/s不等,直接通信距离可达2700m(78kbit/s,双绞线),支持双绞线、同轴电缆、光线、射频、红外线、电源线等多种通信介质,被誉为通用控制网络。

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