总线控制范文

总线控制范文（精选8篇）

总线控制 第1篇

现场总线控制系统学习心得

班级：电技131 姓名：杨秋

学号：20*** 现场总线控制系统学习心得

六个星期的现场总线控制系统课程已经结束，通过这段时间的学习和老师的耐心讲解，我初步了解到了这门课程的基本内容。

目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识，而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。

1现场总线和现场总线控制系统的概念

根据国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线，即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System），它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。

其中，现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS，第二代为4~20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统，第四代为70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS。现场总线技术现场总线技术将专用的微处理器置入了传统的测量控制仪表，使其各自都具有了多多少少的数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们通过普通双绞线、光纤、同轴电缆等多种途径进行信息传输，这样就能够形成以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。该网络系统按照规范和公开的通信协议，在位于生产现场的多个微机化自控设备之间，以及现场仪表与用作管理、监控的远程计算机之间，实现数据传输与信息共享，进一步构成了各种适应实际需要的自动控制系统 现场总线的分类

老师重点讲述了现场总线的几种类别，典型的现场总线技术包括了基金会现场总线FF（Foudation Fieldbus），LonWork现场总线，Profibu现场总线，CAN现场总线以及HART现场总线。其中FF总线尤为重要，按照基金会总线组织的定义，FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统，是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统，其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的，在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此，有人称FF总线为专门为过程控制设计的现场总线。现场总线技术的特点

现场总线技术具有系统的开放性，互可操作性与互用性，现场设备的智能化与功能自治性，系统结构的高度分散性以及对现场环境的适应性等。除此之外，现场总线技术还具备以下优点：节省硬件数量与投资，节省安装费用，节省维护开销，用户具有高度的系统集成主动权以及提高了系统的准确性与可靠性。

5现场总线技术的发展

现场总线技术的发展体现在两个方面，一个是高速现场总线技术的发展，另外一个是低速现场总线领域的继续完善和发展。就现在而言，现场总线产品主要针对的是低速总线产品，用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不高。而高速现场总线主要应用于互联控制网、连接控制计算机、处理速度快的设备以及实现低速现场总线网间的连接，是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。但是目前高速现场总线这一环节还相对薄弱。总体来说，自动化系统与设备将向现场总线体系的结构改变，并且向着趋于开放统一的方向发展。同时，在单独的现场总线体系下不可能只容纳单一的标准，加上商业利益的驱使，各种现场总线技术都在十分激烈的市场竞争环境中求得发展。所以有理由认为，在将来的不久，集中总线标准的设备通过路由网关互联并且会实现信息共享的局面。

除此之外，老师还向我们介绍了现场总线控制系统与以前学到的DCS系统的关系。通过现场总线系统的网络结构可以发现，它可以由现场智能设备和人机接口构成两层的网络结构，同时把常规的PID在智能变送器中实现。但这种总线控制系统的局限性限制了现场总线控制系统的功能，使之不能实现复杂的协调控制功能，为了实现这个功能，其结构中需要包含控制站，即需要三层的网络结构。这样，三层网络结构的现场总线系统网络就与DCS相似了，但是其中控制站所承担的功能却与DCS有很大差别。在传统的DCS系统中，控制站可以用来实现包括控制回路的PID运算和控制回路之间的协调控制等功能。但在FCS中，底层的PID等基本控制功能却完全由现场设备来完成，控制站只完成控制回路之间信息的交流和控制协调功能。这样的话，就大大减轻了控制器的负荷率，分散了系统的风险性，加快了数据处理速度。通过现场总线系统的网络结构可以发现，它可以由现场智能设备和人机接口构成两层的网络结构，同时把常规的PID在智能变送器中实现。但这种总线控制系统的局限性限制了现场总线控制系统的功能，使之不能实现复杂的协调控制功能，为了实现这个功能，其结构中需要包含控制站，即需要三层的网络结构。这样，三层网络结构的现场总线系统网络就与DCS相似了，但是其中控制站所承担的功能却与DCS有很大差别。在传统的DCS系统中，控制站可以用来实现包括控制回路的PID运算和控制回路之间的协调控制等功能。但在FCS中，底层的PID等基本控制功能却完全由现场设备来完成，控制站只完成控制回路之间信息的交流和控制协调功能。这样的话，就大大减轻了控制器的负荷率，分散了系统的风险性，加快了数据处理速度。

现场总线技术自推广以来，已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。现场总线的技术推广有了三、四年的时间，已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。应用的总线协议主要包括PROFIBUS、DeviceNet、Foundation、Fieldbus、Interbus_S 等。在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的汽车生产线和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。

通过这段时间的现场总线课程的学习，让我对现场总线有了更多的了解，还有更多的是对其工业各方面应用的了解及其前景。自己对自己的这个专业有了更多的了解和认识，自己专业意识和素养都有很多的增加。特别从老师那里学到那种精神，要有专业素养和意识，不仅要学好书上的知识，自己的那种专业敏感度，和实际动手能力都要好好培养，我感觉自己受益颇多。

总线控制 第2篇

引言

随着我国电力行业的高速发展，DCS的应用也越来越广泛，但DCS主要完成的是汽轮机、锅炉的自动化过程控制，对电气部分的自动化结合较少，DCS一般未充分考虑电气设备的控制特点，所以无论是功能上还是系统结构上，与网络微机监控系统相比在开放性、先进性和经济性等方面都有较大的差距。1 电气现场总线控制系统的监控对象

电气现场总线控制系统的监控对象主要有:发电机-变压器组，其监控范围主要包括发电机、发电机励磁系统、主变压器、220kV断路器；高压厂用工作及备用电源，其监控范围主要包括高压厂用工作变压器、起动-备用变压器等；主厂房内低压厂用电源，其监控范围主要包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器等主厂房的低压厂用变压器；辅助车间低压厂用电源；动力中心至电动机控制中心电源馈线；单元机组发电机和锅炉DCS控制电动机；保安电源；直流系统；交流不停电电源。电气现场总线控制系统的特点

2.1 电气参数变化快电气模拟量一般为电流、电压、功率、频率等参数，数字量主要为开关状态、保护动作等信号，这些参数变化快，对计算机监控系统的采样速度要求高。

2.2 电气设备的智能化程度高电气系统的发电机-变压器组保护、起动-备用变压器保护、自动同期装置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型，6kV开关站保护为微机综合保护，380V开关站采用智能开关和微机型电动机控制器，所有的电气设备均实现了智能化，能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双向通信。另外，电气设备的控制一般均为开关量控制，控制逻辑十分简单，一般无调节或其它控制要求，电气设备的控制逻辑简单。

2.3 电气设备的控制频度较低除在机组起、停过程中，部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外，在机组正常运行时电气设备一般不需要操作。在事故情况下，大多由继电保护或自动装置动作来切除故障或进行用电源切换。且电气设备具有良好的可控性，这是因为电气的控制对象一般均为断路器、空气开关或接触器，其操作灵活，动作可靠，与电厂其它受控设备相比，具有良好的可控性。

2.4 电气设备的安装环境较好且布置相对集中电气设备大多集中布置在电气继电器室和各电气配电设备间内，设备布置相对比较集中，且安装环境极少有水汽或粉尘的污染，为控制设备就地布置提供了有利条件。电气现场总线控制系统配置

每台机组配置现场总线控制系统(fieldbusco nt rol sys-tem，FCS)，将机组电气系统的发电机-变压器组、单元机组厂用电系统和公用厂用电系统都纳入FCS，FCS作为DCS的一个子系统，在DCS操作员站实现对电气系统的监控，并通过冗余配置的通信服务器在站控层与DCS进行连接。

3.1 网络结构电气FCS采用分层、分布式计算机控制系统，在系统功能上分层，设备布置上分散。网络结构为3层设备2层网方式，3层设备指监控主站层、通信子站层和间隔层，2层网指连接监控主站层与通信子站层的以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线网。监控主站层由双冗余的系统主机、工程师站、网络交换机和负责与DCS及厂级监控系统(SIS)通信的双冗余通信服务器等组成，通信子站层主要由安装于电气继电器室的多串口通信服务器和安装在各配电室的通信管理机组成，间隔层设备主要包括安装在电气继电器室、6kV开关柜和380V开关柜的智能测控装置、综合保护测控装置、电动机控制器和智能仪表等。通信管理机与监控主站采用双冗余的光纤以太网连接，与间隔层设备可根据设备情况采用Profibus，LON，CAN，工业以太网或其它现场总线进行连接，其主要功能除完成对各综合智能测控单元的数据进行管理外，还完成实时数据的加工和分布式数据库的管理工作。公用厂用电系统的站控层以太网独立组网，通过通信网关分别与机组自动化系统以太网连接，共用单元机组的工程师站，并通过软、硬件闭锁手段只能接受一台机组控制系统的操作指令。

3.2 数据采集对发电机-变压器组、高压厂用变压器及起动-备用变压器，除少量模拟量信号、高压侧断路器、隔离开关、接地开关位置信号、控制回路断线及允许远方操作信号、发电机-变压器组及起动-备用变压器所有控制量信号采用硬接线直接与DCS连接外，其它监测信号均通过专设的测控装置接入FCS，再以通信方式送DCS。电气专用装置如发电机-变压器组及起动-备用变压器保护、电压自动调整装置(AVR)、同期装置、故障录波、厂用电快速切换、柴油机、直流系统以及交(直)流不停电电源(UPS)系统等均设有通信接口，通过多串口通信服务器接入FCS。

电厂厂用电源分高压厂用工作及备用电源、主厂房低压厂用电源系统和辅助车间低压厂用电源系统，主厂房低压厂用电源包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器及其380V配电装置等，辅助车间低压厂用电源包括输煤系统、工业废水处理站、翻车机、循环水系统、补给水系统变压器及其380V配电装置等。为与本工程水、煤、灰辅助系统集中控制的思路相适应，辅助车间厂用电源系统均纳入机组DCS监控。针对热控水、煤、灰单独设置控制点的方案，辅助车间380V电源系统也可纳入相应可编程序控制器(PLC)控制。

为使控制系统接线更加简单，对主厂房重要厂用电源如6kV厂用电系统及锅炉、汽轮机、主厂房公用系统等，采用硬接线和现场总线相结合的采集方式，即重要DI信号(如断路器合闸位置、断路器跳闸位置、允许操作、故障)和DO信号(如断路器合闸指令、断路器跳闸指令等)保留硬接线，回路其它所有信息均通过现场总线以通信方式送入FCS及DCS；而对机组不重要厂用电源如检修、照明、电除尘及辅助车间厂用电系统等，取消厂用电电源系统全部的硬接线，完全采用通信方式进行监视和控制。

对单元机组电动机，由于与机组热工系统联系紧密，采用硬接线和现场总线相结合的采集方式，同时，要保留和监控逻辑有关的重要信息，采用硬接线的方式，接入DCS中进行监控。FCS采集的供电气系统分析管理的信息如各保护整定值、故障时电流和电压波形等数据，送入FCS的工程师站进行分析处理，不送入DCS，但可以通过独立的通信接口送入SIS和管理信息系统(MIS)。4 结束语

随着电厂自动化水平的不断提高，电气系统采用计算机控制已成为当前设计的主流，控制方式也从单纯的DCS监控逐步向具备故障分析、信息管理、设备管理、自动抄表、仿真培训等高等级运行管理功能的方向发展，由此又推动了现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用。将FCS应用到火力发电厂控制过程有利于提高火力发电厂电气系统的自动化水平，节约工程投资，值得大力推广应用。

参考文献：

现场总线控制技术简介 第3篇

关键词：现场总线,控制,技术

1 前言

现场总线控制是工业设备自动化控制的一种计算机局域网络。它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片, 数字化仪表 (设备) 在现场实现彻底分散控制, 并以这些现场分散的测量, 控制设备单个点作为网络节点, 将这些点以总线形式连接起来, 形成一个现场总线控制系统。现场总线控制技术作为一种新兴技术, 已广泛成功地应用在冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、纺织机械等多个行业。开放的、全数字化和双向、多站的通讯网络, 与多功能的智能化现场数字仪表是现场总线技术的主要特征, 使自动控制系统的效能产生巨大的飞跃, 同时降低施工、调试、运行、维护和系统扩展等方面的综合费用。而现场总线技术在电厂过程控制中的实质性实施却始终不多。随着认识的提高和技术的发展, 这样的局面已有所改变。随着九台电厂、金陵电厂相继投产, 标志着大型火电机组控制系统 (包括主控系统) 采用现场总线是完全可行的。

2 现场总线的特点及优势

国际电工委员会IEC1158定义:安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行双向、多点通信的数据总线称为现场总线。现场总线是建立在现场仪表之间、现场仪表与控制器等设备之间相互联结, 实现全数字化、双向、串行、多变量通信的计算机网络。而现场总线控制系统是基于现场总线, 将通信标准统一的智能仪表和控制器挂在总线上, 通过数字量的双向传递来完成显示、调节逻辑运算、保护等功能的控制系统。现场总线控制系统的建立应该具备两个前提: (1) 工业级的通信总线; (2) 所有测控设备都应微机化, 具有遵循该通信总线协议的能力。

由此可以明确得出现场总线控制系统有以下特点:

2.1 控制精度提高

传统集散控制系统的I/O信号有开关量、脉冲信号、420m A信号、0~5V信号等;现场总线所双向传递的信号均为数字信号, 消除了传统集散控制系统中模/数和数/模转换以及模拟信号在传输中受到干扰而产生的精度损失。

2.2 节省大量电缆

这也是许多人认为现场总线控制系统最大的好处。由于现场总线网络的每一段都可以带数个到数十个智能仪表设备将点对点的多电缆连接方式转变为双绞线/光纤的总线连接方式, 必然会带来电缆数量、敷设工作量和校线调试工作量的大量减少。工艺系统分布越广, 节省电缆的优势越能得到体现。

2.3 控制系统全数字化

现场总线控制系统给用户带来的最本质的优势是使控制系统全数字化。现场总线上连接的测控设备均采用微机芯片, 最低层的仪表、执行器、开关马达等能向系统提供详尽的参数、诊断等信息, 同时管理人员也可通过现场总线对低层设备进行各种设置。当前火力发电厂的自动化水平, 管理层有MIS系统, 中间有SIS系统, 车间级有DCS监控层网络和全厂辅助系统网络, 但只有解决现场级控制的数字化, 才能称之为全数字化电厂。现场级控制的数字化, 带来最显著的变化是改变设备检修管理方式。传统的检修方式是被动检修, 等到设备出现问题, 工作完全不正常后, 检修人员到现场进行分析再检修。如果所有的测控设备都可以挂接到现场总线控制系统上, 由于智能仪表设备能提供大量信息, 如故障诊断、远程调校等指导信息, 借助这些信息指导运行维护人员进行远程设备管理维护工作 (如智能仪表、智能执行机构、智能马达等进行调校、设定、状态分析) , 及时快速发现和处理问题, 减少了因测控设备的故障而造成的安全隐患, 提高了生产运行的安全性、可靠性。同时还可减轻运行维护人员的劳动强度, 提高工作效率。

2.4 彻底分散

现场总线控制系统可以带来的第四个好处是实现控制系统的彻底分散。对于这个结论应该进行具体分析。

(1) 现场总线模拟量控制系统:当前在火电厂的一些简单模拟量控制系统 (如燃油压力控制、高加水位控制、除氧器压力控制等) 中有实用意义和广阔的应用前景, 它集数据采集、自治控制以及现场设备维护、调整、管理于一身, 还有节省电缆和减少工程量等优点。但是, 对于复杂的控制系统 (如机炉协调控制、给水控制等) , 如果“彻底分散”, 其控制器的数据通过现场总线来源于多个其他的控制器, 其故障点必然增多, 且其数据频繁在二段现场总线之间进行交换, 处理周期会延长, 整个系统的可靠性因此会降低。

(2) 现场总线开关量控制系统:由于开关量控制之间的联系相对较少, 可以将一个功能子组划归于一对冗余控制器, 甚至为节约成本根据物理位置将多个功能子组划归于一对冗余控制器, 实现功能子组的自治。因而, 采用现场总线技术实现对开关量控制的彻底分散是可能的。但问题是, 对于保护类开关量, 目前火力发电厂设计技术规程明确规定, “机组跳闸命令不应通过通信总线传送”。

(3) 现场总线数据采集系统:在使用智能测控设备后, 应该大胆抛开数据采集系统的概念, 取而代之以全厂智能测控设备监视维护系统, 它的服务对象不仅是运行人员 (对运行参数监视) , 还包括热工和电气等专业的检修人员 (对设备的调校和管理) 。虽然其数据来源繁多, 如直接来自现场测控设备 (如金属壁温、系统压力等参数) , 或来自模拟量控制系统或开关量控制系统等, 因其时效性和故障率要求并不是特别高, 采用现场总线技术完全可行。

2.5 与常规控制系统的技术优势

传统控制系统的局限性:信号与电缆一一对应, 信号单向传输。数字化电厂需要大量的现场实时数据, 会使的I/O信号成倍增长, 传统DCS难以承担“信息爆炸”的重负。现场总线技术不仅能够提供I/O数据, 而且能够提供设备状态、诊断以及历史统计数据。这些数据通过通信线传送到控制器、数据库, 不受电缆和距离的限制。

现场总线技术使现场设备与控制器间实现信号双向传输, 这样就能够对设备远程维护、管理。

2.6 现场总线控制系统在电厂建设阶段的优越性

减少控制机柜数量, 可节省电子间的空间。

大量减少I/O电缆, 简化设计, 节省电缆、电缆桥架、敷设空间及安装工作量。

调试中可减少查验点, 能够远程监视和诊断现场设备, 节省工作量和时间。

2.7 现场总线控制系统在电厂运行阶段的优越性

可组态设备实时状态和诊断显示、报警等, 快速发现设备故障位置、原因, 快速维修, 节省人力和提高系统可用性。

采用设备管理软件, 记录和积累设备运行状态、诊断信息, 预测设备故障, 提前维护, 降低故障发生率。

综合实时和历史数据, 开发有针对性的软件, 能够实现“状态维修”、“性能优化”、“寿命评估”等功能, 便于电厂的设备维护和管理。

3 现场总线的类型

近年来, 随着现场总线控制系统在不同行业中的逐步应用, 专业技术人员对各种总线标准应用场合的认识日益清晰。比较一致的结论是:对过程控制应用来说, PROFIBUS和FF (FOUNDATION Fieldbus) 总线比较适合。

FF现场总线设备具有一定的控制和运算功能, 能够完成较单纯的单回路或串级调节任务, 但是对于存在多回路耦合的复杂控制, 需要在不同网段间传输数据, 就可能影响控制的实时性。如网段、设备分布设计不当, 就可能影响到工艺系统及设备的安全运行。若选用FF现场总线, 可将少数单回路调节系统控制功能下放到FF现场总线设备中 (根据工艺设计要求确定) 。

Profibus现场总线的现场智能设备本身基本不具备控制功能。在现场设备层全面采用现场总线仪表和设备的基础上, 基本不减少DCS控制器的配置, 多数调节回路控制策略和设备控制逻辑仍按照工艺系统划分在不同DCS控制器中集中处理。

两种总线相比而言, FF较在模拟量控制、“控制功能下放”、“功能块”功能等方面有优势, 而PROFIBUS在离散量控制方面有较强优势。

4 现场总线配置原则

4.1 主控系统

火力发电厂发电机组连续安全稳定运行是至关重要的而控制系统的可靠性是保证机组可用率的重要因数。主控系统采用现场总线后, 设计中采用分散设置、冗余配置等手段保证控制系统的安全性, 通过比较PROFIBUS-DP、FF总线的响应时间, 建议机组控制中的有快速处理功能的控制回路采用常规控制方式。

鉴于目前现场总线在机组控制中的应用还处在起步阶段, 为最大程度地降低现场总线的工程应用风险, 对机组安全运行至关重要的锅炉炉膛安全保护系统FSS和汽机DEH (包括ETS) 仍采用常规DCS方式实现, 从技术创新与节约投资成本综合考虑, 现场总线选取范围选取具有典型性、示范性热力系统, 重要连锁和保护设备仍采用常规控制。

4.2 辅控系统

辅助车间系统可采用基于DCS的现场总线控制系统 (FCS) 、选用合适的现场总线协议、支持该协议的现场智能仪表及设备形成一个完整的现场总线的控制系统。采用现场总线系统的信息处理、设备诊断和设备管理软件, 发挥FCS的本质优越性, 完成设备管理等功能。以上这些需要统筹兼顾工程风险和技术创新二者的综合效益。

应用现场总线原则如下:

(1) 热电偶、热电阻 (测点少或分散时用一体化温变) 采用总线I/O方式接入。

(2) 料位开关、液位开关、流量开关等逻辑开关采用总线I/O方式接入;压力差压开关采用总线I/O方式接入。

(3) 压力及差压变送器采用现场总线采集方式。

(4) 调节型气动阀采用现场总线控制方式。

(5) 电动执行机构全部采用现场总线控制方式。

(6) 有控制要求的电动机采用总线控制方式。

(7) 辅助生产系统中有少量变频器控制对象, 采用现场总线控制技术时, 有两种接入方式: (1) 变频器通信接口直接采用Profibus/FF总线通信协议, 直接接入现场总线系统; (2) 总线I/O下增加协议转换器 (如西门子CP341模块) 来完成变频器的控制。

(8) 辅助车间控制系统中有一定数量化学分析仪表。目前, 具备现场总线接口的化学分析仪表相对较少, 而且价格也较常规仪表高出许多, 可采用常规化学分析仪表, 利用硬接线I/O方式接入至现场总线系统。

(9) 辅助生产系统中有大量的气动开关阀控制对象, 采用现场总线控制技术时, 有两种接入方式: (1) 采用带有现场总线接口的阀岛/模块化电气终端产品; (2) 在现场电磁阀箱内安装具有现场总线接口的总线I/O来完成电磁阀的控制。

5 结束语

地铁列车总线通信控制网络探讨 第4篇

【关键词】列车总线通信控制網络；WTB/MVB；LonWorks；ARCNET

前 言

20世纪70年代末80年代初，以单片机为代表的计算机开始应用到列车控制及故障诊断、显示系统。工业控制总线技术和控制方式的不断进步，并在列车中得到推广应用，使得许多原来用硬连接线不易实现或不可能实现的功能成为可能。而随着地铁运输要求的提高以及计算机网络技术的不断发展，在地铁领域逐步形成了所谓的列车通信控制网络。早期的列车微机控制系统仅用于传动装置的控制，随着计算机技术的发展以及控制、服务对象的增多，计算机在地铁列车上的应用依次划分为：列车控制、车辆控制、传动控制和过程驱动。目前，在国际上运用比较广泛的列车总线通信控制网络有：TCN（Train Communication Net-work），LonWorks（Local Operating Networks），ARCNET（Auxiliary Resource Computer Network）等。

1、三种列车总线通信控制系统

1.1TCN列车总线通信控制网络

这里用Adtranz公司以TCN为标准开发的MITRAC系统，来介绍TCN列车总线控制网络。

早期Adtranz的MICAS-S2系统将列车通信网络分成列车总线和车辆总线，列车总线采用FSK（频移键控），通信波特率为19.2kb/s,车辆总线采用RS-485串行通信标准；局部总线采用双绞线，远程总线采用光缆，通信波特率为1.5Mb/s。MITRAC系统则是在MICAS-S2的基础上发展起来的分布式列车控制网络，其协议已完全符合TCN的标准。应用TCN标准的列车通信总线（WTB）能实现整列车之间的通信，应用多功能车辆总线（MVB）能实现固定车辆组之间及车辆内部的通信。

后由于Adtranz被Bombardier收购,所以MITRAC现在被叫做：庞巴迪轨道车辆牵引控制的电子系统。基于MITRAC系统组成的车辆控制和通信系统叫TCC（即固定单元组的MVB）。有协调所有总线之间的通信和控制列车的功能。其系统的核心是列车控制单元VTCU，它是一个总线管理器，连接MVB和WTB，管理列车控制和网关通信。每个三车单元都有相同结构的TCC和硬件结构。总线管理器控制总线成员之间的通信，它管理所有的总线成员。

1.2LonWorks列车总线通信控制网络

LonWorks是用于开发监控网络系统的一个完整的技术平台，并具有现场总线技术的一切特点。其通信协议LonTalk支持OSI全部的七层模型，这是LonWorks总线最突出的特点。

我国已将LonWorks制定为列车通信网络标准的一部分。对LonWorks网络的规定：适用于连接一个基本运转单元（单个车辆或车辆的固定组合）或一组基本运转单元内的电子装置，传送时间不太紧迫、时间不要求确定的由事件驱动的消息数据的传送，主要应用于列车监控系统中。由于列车监控系统监控对象组成的相对固定和列车编组的特殊性，标准同时规定了最为常用的网络拓扑结构和网络中的总线关系。

1.3ARCNET列车控制网络系统

ARCNET是一个开放标准协议，1999年成为美国国家标准ANSI/ATA-878.1。它是一种基于令牌传递（Token Passing）协议的现场总线。从OSI参考模型来看，ARCNET位于ISO/OSI七层网络体系模型中的物理层和数据链路层。每个ARCNET物理节点包括一个数据链路层的通信控制器芯片和一个物理层的收发器芯片。在数据链路层，它采用令牌环机制，各节点通过传递令牌来协调网络使用权。节点使用唯一的MAC地址标识自己，单个ARCNET子网最多可有255个节点，ARCNET支持点对点的定向消息和单点对多点的广播消息。

ARCNET在列车上的应用以日本为主要代表。日立的ATI-C系统就是基于ARCNET总线技术设计的。以三动三拖的地铁列车为例，ATI系统列车总线采用ARCNET总线，车辆总线采用RS-485通讯总线。

2、三种列车总线通信控制网络比较

三种列车总线通信控制网络分别在不同的三个地区得到不断发展，欧洲TCN，美国LonWorks，日本ARCNET。现阶段三种列车总线控制技术都较为成熟，但三者间存在着较大差异。TCN网络是专门为列车设计的，而LonWorks和ARCNET是为办公自动化而设计的网络，由于其优越的过程处理能力而被移植到列车控制网络当中。TCN只能组成总线型网络，LonWorks能组成任何形式的网络，ARCNET可以组成总线型或环型网络，但在列车控制网络中一般都采用总线型网络。TCN网络中，WTB总线只能作为列车级总线，MVB总线作为车辆级总线（可承担部分列车级总线功能）。LonWorks网络中，定义列车级与车辆级为不同的域(DOMAIN)。跨越两个域的节点可作为路由器(ROUTER)、代理节点(PROXY)或网关(GATEWAY)。在同一域可以点对点、点对多点通信，可以按子网(SUBNET)或组(GROUP)组网，即在同一条物理介质上实现多个网络的组网。ARCNET网络中，ARCNET作为列车级总线，其车辆总线由RS-485总线或其它总线组网。目前，几种网络之间存在着不同的组网方式，如：TCN与LonWorks混合组网，其形式为：以WTB总线为列车级总线，LonWorks为车辆级总线。例如：新泽西的“慧星”号列车由采用TCN的ADtranz机车和采用LonWorks的ALSTOM客车组成。在列车级网络中，WTB总线通信不经过中间车辆路由传递，而是由总线直接连接，LonWorks和ARCNET总线中列车级总线通信是通过中间车辆的路由传递来完成的。在数据通信差错控制方面，三者一般均采用循环冗余校验码（CRC）。在介质访问控制方式方面，TCN网络采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）。LonWorks网络采用P-CSMA。而ARCNET采用令牌传递总线（Token-Passing Bus）方式。这三种介质访问控制方式中ARCNET的令牌传递总线方式最为稳定，因为它采用的令牌方式是一种按照一定顺序的在各站点传递令牌的方法，谁得到令牌，谁才有发起通信的权利，从而避免几个结点同时发起通信而产生的冲突，特别适合在数据流量巨大的情况下应用。编码方式上，TCN和LonWorks一般采用Manchester编码（曼彻斯特编码）、而ARCNET一般采用NRZI编码（非归零反相编码）。

3、结束语

国外的列车总线通信控制技术发展都相当的快速，而且也很成熟。出现多种不同的控制方式主要是由于各大公司之间的利益与竞争导致的结果。而列车总线通信控制技术是我们国家地铁列车的薄弱环节，所以今后我们应该加快对国外先进技术的学习消化吸收，提高国产化率，这对我们国家降低制造列车成本有着重要的意义。

参考文献

[1]李国平.列车通信网络WTB／MVB与LonWorks的技术比较与应用. 青岛.铁道车辆第42卷第1期2004年1月

[2]姜娜.WTB底层协议的研究与实现.北京交通大学. 硕士学位论文.2007

[3]赵子涛 ，赵延华.LonWorks 现场总线技术在列车监控系统中的应用.（1.河南 济源 454681；2.江苏 南京）.

[4]李勇.基于LonWorks的列车通信网络及智能单元的研究.北京交通大学. 硕士学位论文.2007

通用串行总线控制器问题解决方案 第5篇

损坏,Windows 无法启动这个硬件设备

在设备管理器的usb设备的属性中，显示提示“由于其配置信息(注册表中的)不完整或已损坏,Windows 无法启动这个硬件设备”。注册表坏了。经过查询，解决方法如下：

方法：打开注册表编辑器（开始--》运行--》regedit），依次展开

HKEY_LOCAL_MACHINE/SYSTEM/CurrentControlSet/Control/Class/在这下面有很多用“{}”括起来的项，一个一个的点开，看右面窗口有没有“通用串行总线控制器（Universal Serial Bus

总线控制 第6篇

摘要：介绍了基于CEBus总线的铁路灯塔控制系统。该系统采用扩频电力线载波通信技术实现了对铁路灯塔的自动控制。给出了系统的硬件、软件实现方法，并介绍了可推广应用的场合。

关键词：CEBus总线扩频电力线载波

1系统介绍

铁路沿线的各站点都装设有用于照明的大型灯塔。目前对灯塔的控制一般采用集中控制方式，在控制室中使用多个闸刀对灯塔进行一对一控制。因灯塔和控制室常位于铁路两侧，所以施工较困难，而且电缆的投资大，自动化水平也不高。采用电力线载波通信技术，在现成的电力线路上传输数据，无需装设通信线路，也不占用无线通信频道资源，可很好地解决这个问题。但由于电力线上存在高衰减、高噪声、高变形等问题，它不是一个理想的通信媒介。因此要在电力线上实现可靠的载波通信，必须选用基于扩频技术的抗干扰能力强的电力线载波专用Modem芯片来设计铁路灯塔控制系统。

铁路灯塔控制系统由一个主站和若干个子站构成，主站和子站挂接在单相或三上低压电力线上。主站安装于控制室内，子站安装于各灯塔底座的控制箱内。主站和子站以扩频电力线载波通信方式实现数据交换。

系统中站和子站的载波通信网络接口控制器选用美国Intellon公司的SSCP300芯片。该芯片是一个高度集成的电力线收发器和信道存取接口，提供了CEBus（用户电子总线）总线标准。CEBus是EIA（美国电子工业协会）制定并颁布的一种通信标准，目前为EIA-600。CEBus标准是一种应用于网络的开放式通信协议，采用节点到节点的通信方式，数据传输速率为10kbps。CEBbus协议采用ISO/OSI协议中的四层：物理层、数据链路层、网络层和应用层。一个CEBus信息由报头和数据包组成，如图1所示。报头是载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CDCR）协议的一部分，发送方用监听传输介质中是否有其它发送方占用信道，以获取对传输通道的控制权。CEBus采用扩频载波（SSC）技术，形成“Chirp”扫频信号，对报头采用ASK调制，数据包采用PRK调制，频率范围为100kHz～400kHz。

2硬件结构

2.1主站及子站的硬件结构

主站及子站的硬件结构如图2所示。

主站以PIC16F877单片机为核心，由指示、键盘、RS232接口、在线编程接口、通信接口等单元组成。指示单元用74LS164串/并转换芯片实现，接到PIC16F877单片机的RB5和RB4引脚。键盘单元用74LS165并/串转换芯片实现，接到PIC16F877单片机的RA3、RA4和RA5引脚。主站定义了具有如下功能的按键：（1）一个灯塔的东西南北灯组选择；（2）子站地址选择；（3）锁键盘；（4）运行命令。在线编程接口单元利用PIC16F877单片机的/MCLR、RB3、RB6、RB7四个引脚对CPU的在系统程序及定值进行修改。主站利用MAX202实现标准RS232通信接口，可与上位监控PC机进行数据通信，也可外接Modem来实现远程通信。

子站由PIC16F877单片机、指示、在线编程接口。固态继电器出口、地址编码、通信接口等单元组成。地址编码用于设置本子站的地址码，用一个八位开关与PIC16F877单片机的RD口连接，共有256个编码。每个子站装有四个固态继电器，用于开启和关闭一个灯塔的东西南北四个方向的灯组。

2.2通信接口

主站和子站的通信接口原理如图3所示。

SSCP300网络控制器提供了一个与SPI兼容的主处理器接口，将PIC16F877的RC3（SCK）、RC4（SDO）、RC5（SDI）引脚定义用于SPI串行通信，分别与SSCP300的SCLK、SDI、SDO连接。SSCP300的片选信号/CS、复位信号/RST及中断信号/INT分别连接与PIC16F877的RB3、RB2及RB1引脚。由SSCP300产生的“Chirp”波形输出到其SO管脚，经放大、三级滤波、SSCP111媒介接口IC放大后，被传输到电力线耦合电路并送至电力线。由电力线经耦合电路来的“Chirp”波形经无源六级LC构成的滤波器后，被传输到SSCP300的SI引脚。耦合电路采用铁氧体磁环作为耦合变压器的磁芯，变比为1：1，初次级线圈的匝数均为7。采用TVS来抑制较大幅度或较大加速度的瞬间电压。

3软件结构

系统的软件采用模块化结构，主要包括初始化模块、输出控制模块、键盘扫描模块、通信模块等。整个软件分为主站软件和子站软件两部分。下面以通信模块软件的设计为例来说明程序设计方法。

SSCP300向与之连接的PIC16F877单片机提供CEBus服务。PIC16F877单片机通过SPI接口对SSCP300进行初始化、层信息设置、数据链路的存取控制设置等操作。完成以上步骤后，可进行数据的发送和接收。

PIC16F877单片机与SSCP300间各种形式的数据交换由控制命令来实现。常用的`控制命令、十六进制码及功能如表1所示。一般情况下，命令后紧跟数据长度，接着为数据信息。

表1常用控制命令

命令码命令值命令名称功能RST

LR

LW

IR

PR

PT

WRS-460X01

0X02

0X03

0X04

0X08

0X09

0X46Reset

Layer_Management_Read

Layer_Management_Write

Interface_Read

Packet_Receive

Packet_Transmit

Write_Register_46复位

读层信息

写层信息

读标志位

接收分组

发送分组

设置数据链路控制

3.1SSCP300的初始化

当电源接通或执行复位命令时，SSCP300将执行一个内部诊断和建立序列。直到此序列被执行完毕，命令才能被送至SSCP300。在对SSCP300进行初始化之前，PIC16F877要完成I/O口的初始化、片内RAM初始化以及SPI接口的初始化。

3.2层信息设置

初始化完成后可进行层信息设置。层信息设置的数据长度为7个字节，字节0为控制方式，一般设为数据链路（DLL）方式；字节1为组地址的低八位；字节2为组地址的高八位；字节3为设备地址的低八位；字节4为设备地址的高八位；字节5为系统地址的低八位；字节6为系统地址的高八位。在设置地址时应注意某些段内的地址为保留地址，不要使用，如0x0000为广播地址。

在层信息设置的过程中，首先单片机向SSCP300写入LW命令及数据长度“0X07”,然后确定好0～6字节的数据信息。层信息设置完成后，应用LR命令读回，判断读回信息与写入信息是否一致。如果一致则说明设置成功，否则应重新初始化后再设置层信息。

3.3数据链路存取控制设置

若节点之间的通信采用地址应答方式ADRACK或地址非应答方式ADRUACK，则应进行数据链路存储控制设置，由命令WRS-46来实现，数据长度为1。可设置的内容为：（1）在主处理器的每个发送期内需要发送ADRUACK的次数；（2）在信道间存取的时间；（3）对于ACK和ADRUACK，是否需要尝试多信道存取。

3.4数据的发送和接收

数据的发送和接收分别由命令PT和PR来实现。单片机送出PT命令后，接着送出数据长度、控制域、目标节点的设备和系统地址、源节点的设备和系统地址、数据信息等。应答或非应答通信方式由控制域决定。源节点地址应和初始化的地址一致，数据长度不超过32字节。发送完成后应读回标志位，判断是否发送成功。当SSCP300接收到有效数据帧时，将向单片机提供一个中断信号，单片机检测到该信号后发送PR命令，读回SSCP300接收到的数据帧其格式与发送数据帧类似。接收完成后也应进行正确性判断。

基于CEBus总线的铁路灯塔控制系统采用“Chirp”方式进行载波，实现了对通信信号的扩频；以低压电力线作为通信媒介，免去了构建新的通信信道的不便，具有通信速度快、抗干扰能力强、可靠性高等优点。该技术还可应用在自动抄表系统、智能大厦、智能小区以及一些干扰大、布线困难的工自动化系统中。

由于电力线不是一种理想的通信媒介，所以在应用时应考虑到下几点：（1）电力线载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。若要跨越变压器区域范围，则应设计一个双耦合节点。（2）信号在电力线上传输存在衰减问题，一般信号的衰减随着传输距离的增加而增加。可采用提高载波信号功率、三相耦合、中继等方式来解决。（3）电力线上存在高噪声。（4）电力线网络会引起数据信号变形。

★ 《大海中的灯塔》课文理解

★ 读后感：读《大海中的灯塔》有感

★ 灯塔教案

★ 在大海中永生教案

★ 在学海中遨游作文

总线控制 第7篇

《集散控制与现场总线》课程教学改革与实践

作者：陈怀忠 韩承江

来源：《职业·中旬》2010年第10期

一、引言

工业自动化技术根据控制对象特性分为过程自动化和制造自动化两大方向,《集散控制与现场总线》是过程自动化专业的一门核心专业课程。课程涉及到自动控制原理、过程控制技术、集散控制技术等课程的学习,在过程自动化高技能人才培养中占据较重要的地位。长期以来,在教学内容上侧重讲解四大变量的原理和各种经典控制算法,以讲解为主,同时开展验证性教学实验。课程内容陈旧,理论与实践相互脱节,基本上是“教师讲,学生听;教师写,学生抄;教师考,学生背”的比较呆板的教学模式。难以调动学生学习的积极性和主动性。为了改变这种教学状况,本教学团队近几年经过不断摸索实践,在课程体系构建、教学方法和手段等方面进行全面改革,将理论与实践紧密联系起来,大大调动了学生积极性。

二、基于工作工程课程体系构建

1.课程体系构建

首先对教学内容进行调整,构建基于工作工程的课程体系。以过程控制职业能力的培养和职业素质教育为主线,突出综合职业能力的培养,从明确岗位群——职业岗位分析——典型工作任务——设计学习领域——设计学习领域课程的顺序进行分析。《集散控制与现场总线》课程体系构建流程如图所示。

《集散控制与现场总线》课程体系构建流程图

具体教学内容包括三个模块:基础模块、应用模块和技能模块。基础模块以必需够用为度,弱化原理讲解。技能模块和应用模块以企业真实项目为载体,是针对高职高专生产过程自动化技术专业和自动化类专业学生的系统安装调试和操作维护岗位职业能力所需知识、能力、素质要求而设计。

课程体系构建以培养学生从事集散控制系统运行及维护岗位工作的核心职业能力为主线,使学生掌握过程控制系统的基本理论知识,并通过集散控制系统实训项目的操作训练,使学生熟悉集散控制系统的构成、工作原理,并具有一定生产过程自动控制系统的策略组态、系统运行维护能力、故障处理能力和管理能力;每个项目的学习和训练内容是依据过程控制系统维护员、仪表维修工职业岗位典型工作任务所需要的知识、能力、素质要求,依据核心能力、行业

通用能力和敢为专项能力的要求而设计的。项目的实施按照实际系统工作过程组织教学活动,融合了理论知识传授和职业岗位技能训练。

2.课程内容开发

整个项目训练内容以实际生产过程控制中液位、压力、温度、流量四大工业变量为主要控制参数,以测量与控制仪表、DCS控制系统为主要控制装置,以任务为驱动展开对学生职业能力的训练和培养,通过模拟真实企业工业环境等多种学习情境设置,充分发挥学生的积极性、能动性,激发学生的学习兴趣和创新意识,提高学生的技术应用能力,培养学生的职业素养,为学生今后胜任职业岗位工作,适合职业变化和可持续发展打下一定的基础。在课程内容的选择与排序中,围绕工作任务学习的需要,以工作任务为中心选择和组织《集散控制系统及现场总线》课程的核心内容,来体现综合职业素质的培养。将课程内容划分为互相联系的学习情景,以项目化教学来组织课程内容,通过对各学习情景中学习目标、主要内容、授课方式、师生要求等各项内容的描述,来规范课程所要求的内容。为了实现以上目标,根据实训装置需要编写相应一体化教材。

三、教学方法改革

为了适应企业对应用性技能人才的需求,有效实施

“教、学、做、工、融合”一体化教学模式的实施,本课程建设小组突破了传统教学方法,探索采取“行为引导型”教学法,教学团队于2008年开始,在《集散控制与现场总线》课程中展开了“行动导向”教学法实践研究,至今已有5个教学班级进行了该教学方法实践,收效较好。

1.“行动导向”教学法在课程中的应用

(1)教学准备阶段(课前确定)。教师根据班级学生的特点,将班级的学生进行分组。

(2)下达任务书(引导文)。教师在投影幕布上投影任务书(引导文),任务书(引导文)分教学目标、教学任务、操作步骤三块内容,以任务四进行“行动导向”教学法为例,任务书见表1。

(3)检查阶段。及时了解学生对任务的实施情况,对学生遇到的问题,作好引导,过程与答案由学生自己得出。

(4)项目成果展示阶段。根据分工,各小组推选一名主讲员上台讲解任务的完成情况及演示任务成果。

(5)学生互评阶段。小组根据对上台演讲同学的演讲内容、演讲体态、演讲方法、演讲手段、演示效果、表达能力、专业能力、合作能力等进行综合评价。

(6)教师评价阶段。引导学生开展深入的自我批评,指出每个小组完成任务的优点与缺点。

(7)成绩考核阶段。对学生核心能力的建立上采取个体能力评价与小组合作能力评价、小组成员评价与自我评价、笔试或口试与动手能力测试相结合,而不是一卷论成败。

2.“教、学、做、工融合”教学模式

集中式“教、学、做、工融合”一体课程教学模式是基于职教规律、课程的特点、高职生的学习特点,根据过程控制系统制造、现场安装与调试及在设备中的维护与维修等岗位的知识与能力需求以典型应用案例为主线重构课程体系与教学内容将课程学习的场地安排在实训室、生产现场,将原来该门课程学习分散安排在15周完成变为集中在3周时间内完。成老师边讲解、边演示,学生边学习、边实践、边提问,实现知识与技能相融合,学生在“教、学、做一体”的教学环境下,较快理解并掌握现场总线系统安装、接线、调试能力。

3.利用现代化多媒体教学手段

教师积极学习制作教学课件和动画,利用多媒体教室,采用多媒体教学手段,给学生提供更多的图片、资料,增大课堂的信息量,尤其是将集散控制设备中复杂的机构原理,单闭环电路控制过程等通过课件比较形象的展示出来。课程采用多层次立体化的现代教育技术,课堂教学全程采用现场教学、多媒体教学和网络教学,突出教学重点,分解教学难度,形象生动,有助于激发学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性,从而提高教学效率。

4.现场教学法

校内实训教学在实训室进行,现场教学在校外实训基地完成。在教授《集散控制与现场总线》课程中,教师直接将学生带到校外实训基地,现场对工厂DCS控制,现场总线设备的硬件系统运行和软件调试有关问题现场讲解,学生印象较深。

几年来,对该课程在课程体系、教学方法、教学模式等进行了一系列改革与实践,着眼于学生岗位职业能力和面向未来的迁移能力的培养,实现“教、学、做、工融合”的有机统一。按照职业岗位和工作任务设置课程,对课程内容进行取舍、重构。学生能在工厂仿真环境下接收职业指导,学生技能水平得到明显提高。

浅谈现场总线控制技术 第8篇

1 现场总线的特点

现场总线是3C (计算机、通信、控制) 技术融合发展的产物, 现场总线是以“硅”代“铜”的技术。现场总线的突出特点在于它把集中与分散相结合的DCS集散控制结构, 变成新型的全分布式结构, 把控制功能彻底下放到现场, 依靠现场智能设备本身实现基本控制功能。现场总线的特点主要表现在以下几个方面:

(1) 以数字信号完全取代传统的模拟信号; (2) 现场总线实现了结构上的彻底分散; (3) 总线网络系统是开放的; (4) 总线网络集成AMS (Asset Management System) 。

2当前的现场总线标准

现场总线技术从20世纪80年代后期诞生后, 经历十几年左右的发展, 国际上出现了几个有代表性的现场总线标准和几个系列产品, 较流行的有下面几点。

2.1 基金会现场总线 (Foundation Fieldbus)

在现场总线标准的研究制订过程中, 出现过多种企业集团或组织, 通过不断的竞争, 到1994年在国际上基本上形成了两大阵营, 一个以Fisher-Rosemount公司为首, 联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议;另一个以Honeywell公司为首, 联合欧洲150家公司制订的World FIP协议。这两大集团于1994年合并, 成立现场总线基金会 (Fieldbus Foundation, FF) , 致力于开发国际上统一的现场总线协议。FF的协议符合IEC1158-2标准, 也称为SP50标准。

2.2 Profibus现场总线

它是作为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用OSI模型的物理层、数据链路层。现场总线信息规范 (FMS) 隐去了OSI标准的第三至第六层, 采用了应用层。

2.3 Lon Work (Local Operating Network局部操作网) 现场总线

它是由美国Echelon公司于1990年正式推出的。它采用ISO/OSI模型的全部7层协议, 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, 其最大传输速率为1.5 Mbps, 传输距离为2 700 m, 传输介质可以是双绞线、光缆、射频、红外线和电力线等。

2.4 控制局域网 (Control Area Network, CAN) 控制网络

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。CAN结构模型取ISO/OSI模型的第1、2、7层协议, 即物理层、数据链路层和应用层。

2.5 HART总线

HART协议即可寻址远程传感器数据公路 (Highway Addressable Remote Transducer, HART) 是由Rosemount公司于1986年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议。它包括ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和应用层。HART通信可以有点对点或多点连接模式。其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信, 是兼容4~20 m A模拟信号和调制数字信号的现场总线协议, 属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品, 因而在当前的过渡时期具有较强市场竞争力, 得到了较快的发展。

不同的现场总线由于其产生的基础不同而有不同的功能, 各有其适用的场合, 也由于各厂商出自商业利益上的激烈竞争, 使得出现了涵盖多达10种, 且互不兼容的现场总线规范的国际标准IEC 61158, 没有将现场总线统一, 也没有哪种单一现场总线技术标准对各种需求都是最好的。

3 总线的先进性分析

现场总线技术是随3C (Computer计算机、Control控制、communications通信) 技术的发展为基础, 由于现场总线技术的采用, 不同厂家生产的现场仪表都可挂在现场总线上, 通过现场总线连接到控制室内的主系统 (或计算机) 成为现场总线控制系统 (FCS) , 实现现场信息的数字化传送, 现场总线的这种结构, 将给控制系统带来相当大的益处。 (1) 提高准确度; (2) 增强了控制的实时性; (3) 双向通信增强了控制的灵活性; (4) 信息量大为管理网络提供数据平台。

4 基金会现场总线 (FF)

基金会现场总线 (FF) 是DCS亲缘的现场总线, 是过程自动化领域中较有前途的一种现场总线, 得到许多自动化仪表设备厂商的支持。FF-H1, HSE成为高可靠性要求的热工过程控制的首选。

基金会现场总线分为H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25 Kbps, 通信距离可达1.9 km, 可支持总线供电和本质安全防暴环境。H2的传输速率可为1Mbps和2.5 Mbps两种, 通信距离为750 m和500 m。物理传输介质可为双绞线、光缆和无线, 其传输信号采用曼切斯特编码。FF总线包括FF通信协议、ISO模型中的2~7层通信协议的通栈、用于描述设备特性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典, 用于实现测量、控制、工程量转换的应用功能块, 实现系统组态管理功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。

今后过程控制系统的系统结构是现场总线控制系统 (FCS) , 而通过现场总线实现闭环控制回路则是FCS的基础。在这个意义上, 目前可以用于FCS的现场总线就是FF。

当前现场总线技术的初期投资相对于常规DCS技术要略高, 但随着厂商对总线技术的推动, 其技术和应用不断前进和成熟, 价格会不断降低、可靠性不断增强、Segment的使用率逐步提高、降低硬件数量, 将来总线仪表的更换成本也会越来越低, 常规仪表会因逐步淡出而将价格提高, 在技术上和项目投资上总线技术的优越性越来越明显。

参考文献

[1]斯可克.基金会现场总线功能块原理及应用.化学工业出版社2003年