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下面就幾種主流的現場總線做一簡單介紹。
1、基金會現場總線(FoundationFieldbus 簡稱FF)
這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協議和以Honeywell公司為首的聯合歐洲等地150余家公司制定的WorldFIP協議于1994年9月合并的。該總線在過程自動化領域得到了廣泛的應用,具有良好的發展前景。
基金會現場總線采用國際標準化組織ISO的開放化系統互聯OSI的簡化模型(1,2,7層),即物理層、數據鏈路層、應用層,另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率,前者傳輸速率為31.25Kbit/秒,通信距離可達1900m,可支持總線供電和本質安全防爆環境。后者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒,通信距離為750m和500m,支持雙絞線、光纜和無線發射,協議符號IEC1158-2標準。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。
2、CAN(ControllerAreaNetwork控制器局域網)
*早由德國BOSCH公司推出,它廣泛用于離散控制領域,其總線規范已被ISO國際標準組織制定為國際標準,得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協議分為二層:物理層和數據鏈路層。CAN的信號傳輸采用短幀結構,傳輸時間短,具有自動關閉功能,具有較強的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式,并采用了非破壞性總線仲裁技術,通過設置優先級來避免沖突,通訊距離*遠可達10KM/5Kbps/s,通訊速率*高可達40M /1Mbp/s,網絡節點數實際可達110個。已有多家公司開發了符合CAN協議的通信芯片。
ProfiBus現場總線是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術[2-3],可實現現場級到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡,從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案[4].ProfiBus系列由ProfiBus-DP/FMS/PA三個兼容部分組成。其中ProfiBus-DP和PA的特點如下[1,5]:
ProfiBus-DP 適用于自動控制系統與分散I/O 之間的高速通信;可取代24 V 或4~20 mA 的串聯式信號傳輸;使用RS 485傳輸技術或光纖媒體。
ProfiBus-PA 專為過程自動化設計;可將變送器和執行器連接到一根公共總線,可用于本質安全領域;數據傳輸采用擴展的ProfiBus-DP協議,還具有PA行規。
本文將采用ProfiBus-DP和ProfiBus-PA通信協議來構建過程控制系統。
2 系統架構
本過程控制系統用于模擬對工業現場液位、溫度等信息的采集、處理,PID 控制和控制工藝流程的實時監控。系統通過ProfiBus現場總線進行數據傳輸和交換,采用MPI通信方式與上位機進行通信和遠程控制,從而使整個控制系統實現網絡化和數字化??刂葡到y結構圖如圖1所示。
系統主要包含上位監控機、CPU、以太網通信模塊、DP鏈路、分布式I/O和變頻器DP從站、溫度和壓力變送器、閥門定位器、電磁流量計等。CPU 采用Siemens 的S7300 315-2 DP,既具有多點通信功能的MPI 接口,又具有ProfiBus-DP通信功能[6].