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传统计算机控制系统中,现场仪表和控制器之间均采用一对一的物理连接。这种传输方式一方面要给现场安装、调试及维护带来困难,另一方面难以实现现场仪表的在线参数整定和故障诊断,无法实时掌握现场仪表的实际情况,使得处于较底层的模拟变送器和执行机构成了计算机控制系统中较薄弱的环节。
如图4.1,现场总线采用数字信号传输,允许在一条通信线缆上挂接多个现场设备,而不再需要A/D、D/A等I/O组件。当需要增加现场控制设备时,现场仪表可就近连接在原有的通信线上,*增设其它任何组件。
从结构上看,DCS实际上是“半分散”、“半数字”的系统,而FCS采用的是一个“全分散”、“全数字”的系统架构。FCS的技术特征可以归纳为以下几个方面:①全数字化通信――现场信号都保持着数字特性,现场控制设备采用全数字化通信。②开放型的互联网络――可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。③互可操作性与互用性――互操作性的含义是指来自不同制造厂的现场设备可以互相通信、统一组态;而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。④现场设备的智能化――总线仪表除了能实现基本功能之外,往往还具有很强的数据处理、状态分析及故障自诊断功能,系统可以随时诊断设备的运行状态。⑤系统架构的高度分散性――它可以把传统控制站的功能块分散地分配给现场仪表,构成一种全分布式控制系统的体系结构。
因此,如何减少通信电缆的安全隐患,提高布线系统的安全,成为很多新的建筑特别是机场和智能大厦的首要安全问题。每个和每个城市都有不同的防火法规,有的法规非常详尽。
现场总线标准经历了十多年的纷争,1999年8月形成了一个由8个类型组成的IEC61158现场总线国际标准,分别是:TS61158、ControlNet、PROFIBUS、P-Net、FF-HSE、SwiftNet、WorldFIP和Interbus。IEC 61158国际标准只是一种模式,它不改变各组织专有的行规,各种类型都是平等的,其中Type2~Type8需要对Type1提供接口,而标准本身不要求Type2~Type8之间提供接口,目的就是为了保护各自的利益。2001年8月制定出由10种类型现场总线组成的*三版现场总线标准,在原来8种现场总线基础上增加FF H1和PROFInet。
归纳起来,P-Net和SwiftNe 是用于有限领域的**现场总线,ControlNet、PROFIBUS、WorldFIP和Interbus是由PLC为基础的控制系统发展起来的现场总线,FF H1和HSE是由传统DCS发展起来的现场总线,总线功能较为复杂和全面,它们是IEC推荐的国际现场总线标准。目前在楼宇自控领域,Lonworks和CAN总线具有一定的优势;在过程自动化领域,过渡型的HART协议也将是近期内智能化仪表主要的过渡通信协议。相比较而言,FF和PROFIBUS是过程自动化领域中较具竞争力的现场总线,它们得到了众多*自动化仪表设备厂商的支持,也具有相当广泛的应用基础。
FF总线的通信模型
为了实现通信系统的开放性,FF通信模型参考了OSI模型,如图4.2。
H1总线的通信模型包括物理层、数据链路层、应用层,并在其上增加了用户层。物理层采用了IEC61158-2的协议规范;数据链路层DLL规定如何在设备间共享网络和调度通信,通过链路活动调度器LAS来管理现场总线的访问;应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式。H1的应用层分为两个子层――总线访问子层FAS和总线报文规范子层FMS,功能块应用进程只使用FMS,FAS负责把FMS映射到DLL。用户层则用于组成用户所需要的应用程序,如规定标准的功能快、设备描述等。不过,数据链路层和应用层往往被看作为一个整体,统称为通信栈。
HSE采用了基于Ethernet和TCP/IP的六层协议结构的通信模型。其中,一~四层为标准的Internet协议;*五层是现场设备访问会话,为现场设备访问代理提供会话组织和同步服务;*七层是应用层,也划分为FMS和现场设备访问FDA二个子层,其中FDA的作用与H1的FAS相类似,也是基于虚拟通信关系为FMS提供通信服务。
其次,厂家要做市场调查,真正掌握市场的需求和市场需求导向,根据市场脉络来设计和生产新产品,确保产品都能把我市场脉络。*三,电缆、电线产品除了质量上要保持优质以外,还要求品种多样、类型齐全,可以满足电缆工程之中各个环节对电缆产品的需求。
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,其较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。
在FF协议标准中,FF分为低速H1总线和高速H2总线。H1主要针对过程自动化,传输速率31.25Kbps,传输距离可达1900m(可采用中继器延长),支持总线供电和本质安全防爆。高速总线协议H2主要用于制造自动化,传输速率分为1Mbps和2.5Mbps两种。但原来规划的H2高速总线标准现在已经被现场总线基金会所放弃,取而代之的是基于以太网的高速总线HSE
本质安全电缆对分布电容、分布电感有要求,限制了电缆中的储能(电缆也是储能元件)。本质安全电缆的使用是为了便于工程实施,在一定的距离之内使用具有认证的本质安全电缆,*进行本质安全回路计算。因此项目中本质安全回路均采用本质安全电缆。这样就可以理解其实即使是本质安全回路也可以使用非本质安全电缆的条件是:在一定距离范围之内(这要根据电缆及回路中其他器件的参数而定)。
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