6ES7221-1BH22-0XA8

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 摘要：

    新的基于现场总线技术的控制策略和网络结构将对现有的仪表及控制系统产生性的影响。从现场总线技术的本质特征析了其对传统分散控制系统DCS的冲击，并结合DCS的网络结构特点，给出了现场总线集成于DCS的3种实现方法。

    工业控制从早期的就地控制、集中控制，已经发展到现在的集散控制(DCS)，在过去的20年中，过程工业对DCS系统及相关的仪表装置进行了大量的投入，DCS系统的应用结果得到了用户的肯定。4-20mA信号是DCS系统及现场设备相互连接的较本质特点，这是控制系统和仪表装置发展的一大进步。

    然而现在，数字化和网络化成为当今控制网络发展的主要方向。人们意识到传统的模拟信号只能提供原始的测量和控制信息，而智能变送器在4-20mA信号之上附加信息的能力又受其低通信速率的制约，所以对整个过程控制系统的机制进行数字化和网络化，应是其发展的必然趋势。

    现场总线在智能现场设备、自动化系统之间提供了一个全数字化的、双向的、多节点的通信链接。现场总线的出现促进了现场设备的数字化和网络化，并且使现场控制的功能更加强大。这一改进带来了过程控制系统的开放性，使系统成为具有测量、控制、执行和—过程诊断的综合能力的控制网络。

    1 现场总线对传统DCS的冲击

    现场总线对传统DCS的冲击来源于其本质上优越于DCS系统的技术特征。根据国际电工**IEC和现场总线基金会FF的定义，现场总线技术具有以下5个主要特点：

    ①数字信号完全取代4-20mA模拟信号；

    ②使基本过程控制、报警和计算功能等完全分布在现场完成；

    ③使设备增加非控制信息，如自诊断信息、组态信息以及补偿信息等；

    ④实现现场管理和控制的统一；

    ⑤真正实现系统开放性、互操作性。

    现场总线技术不仅是一种通信技术，它实际上融人了智能化仪表、计算机网络和开放系统互连(OSI)等技术的精粹。所有这些特点使得以现场总线技术为基础的现场总线控制系统(FCS)相对于传统DCS系统具有巨大的优越性：

    ①系统结构大大简化，成本显著降低；

    ②现场设备自治性加强，系统性能全面提高；

    ③提高了信号传输的可靠性和精度；

    ④真正实现全分散、全数字化的控制网络；

    ⑤用户始终拥有系统集成权。

    这些优越性可从DCS和现场总线系统的网络结构比较后得到验证。

    2 现场总线集成于DCS系统是现阶段控制网络的发展趋势

    尽管用户对控制系统的结构改进表示欢迎，但他们并不希望对他们现有的仪表系统做大的改动

协议包括物理层、数据链路层和应用层。数据链路层采用面向过程数据的传输方法及集总帧协议，可以传输循环过程数据和非循环数据，帧信息包括一个启动信号、回送信息、数据安全/结束信息。集总帧具有非常高的传输效率，其效率高达52%，尽管INTERBUS通信速率为500Kbps和2Mbps，通信速度和效率很高。应用层服务用于实现实时数据交换、VFD支持、变量访问、程序调用和12个相关的服务。

    INTERBUS总线有很强的监视诊断功能，总线监控功能监视整个网络系统的运行状态，同时也提供总线网络的变结构功能，能及时根据设计要求，关断和连接总线的某个子总线段。监控功能是现场安装、调试、诊断和维护的有力工具。具体功能是识别和确定安装错误和部件错误，现场总线模块具有输入/输出的状态显示，在调试时可设置输出状态，以及可以保存某些智能设备的参数。

    为了提高工业网络的安全性，以满足制造业和过程工业自动化故障安全通信的要求，特别是在汽车制造业中具有安全总线的功能被放在**。INTERBUS俱乐部从1999年开始进行INTERBUS安全总线研究，在2001年得到了德国BIA组织EN954-1 KAT.4标准的许可证明，并符合IEC61508安全通信标准。INTERBUS的安全总线由一个Safe Control控制模块和现场分散式智能模块组成，控制模块的一功能就是控制安全数据。这种解决方案优于其它方案，它将控制系统与安全总线的功能截然分开，控制系统机构清晰简单，不影响今后的扩展和修改，成本明显降低。这是现场总线的一个发展方向。

    9 Type9 FF H1现场总线

    H1现场总线是由FF现场总线基金会负责制定的。FF基金会成员由世界*的仪表制造商和用户组成，其成员生产的变送器、DCS、执行器、流量仪表占世界市场的，它们对过程控制现场工业网络的功能需求了解透彻，在过程控制方面积累了丰富的经验，提出的现场总线网络架构较为全面，其通信体系结构如图9所示。Type9现场总线是Type1现场总线的子集。

    FF H1现场总线协议由物理层、数据链路层、应用层以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。H1总线支持多种传输媒体：双绞线、电缆、光缆和无线媒体。传输速率为31.25Kbps，通信距离较大为1 900米。该总线支持总线供电和本质安全。