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我國現(xiàn)場總線發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

2025China.cn   2009年09月25日
  隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,過程控制領(lǐng)域在過去的兩個世紀(jì)里發(fā)生了巨大的變革。150多年前出現(xiàn)的基于5-13psi的氣動信號標(biāo)準(zhǔn)(PCS,Pneumatic Control System氣動控制系統(tǒng)),標(biāo)志著控制理論初步形成,但此時尚未有控制室的概念;20世紀(jì)50年代,隨著基于0-10mA或4-20mA的電流模擬信號的模擬過程控制體系被提出并得到廣泛的應(yīng)用,標(biāo)志了電氣自動控制時代的到來,三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ),設(shè)立控制室、控制功能分離的模式也一直沿用至今;20世紀(jì)70年代,隨著數(shù)字計算機的介入,產(chǎn)生了“集中控制”的中央控制計算機系統(tǒng),而信號傳輸系統(tǒng)大部分是依然沿用4-20mA的模擬信號,不久人們也發(fā)現(xiàn)了伴隨著“集中控制”,該系統(tǒng)存在著易失控、可靠性低的缺點,并很快將其發(fā)展為分布式控制系統(tǒng)(DCS,Distributed Control System分布式控制系統(tǒng));微處理器的普遍應(yīng)用和計算機可靠性的提高,使分布式控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用,由多臺計算機和一些智能儀表以及智能部件實現(xiàn)的分布式控制是其最主要的特征,而數(shù)字傳輸信號也在逐步取代模擬傳輸信號。隨著微處理器的快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用,數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能,產(chǎn)生了以微處理器為核心,使用集成電路代替常規(guī)電子線路,實施信息采集、顯示、處理、傳輸以及優(yōu)化控制等功能的智能設(shè)備。設(shè)備之間彼此通信、控制,在精度、可操作性以及可靠性、可維護(hù)性等都有更高的要求。由此,導(dǎo)致了現(xiàn)場總線的產(chǎn)生。
  現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題 。1984年,現(xiàn)場總線的概念得到正式提出。IEC(International Electrotechnical Commission,國際電工委員會)對現(xiàn)場總線(Fieldbus)的定義為:現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場,在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結(jié)點的數(shù)字通信技術(shù)。
  現(xiàn)場總線體現(xiàn)了分布、開放、互聯(lián)、高可靠性的特點,而這些正是DCS系統(tǒng)的缺點。DCS通常是一對一單獨傳送信號,其所采用的模擬信號精度低,易受干擾,位于操作室的操作員對模擬儀表往往難以調(diào)整參數(shù)和預(yù)測故障,處于“失控”狀態(tài),很多的儀表廠商自定標(biāo)準(zhǔn),互換性差,儀表的功能也較單一,難以滿足現(xiàn)代的要求,而且?guī)缀跛械目刂乒δ芏嘉挥诳刂普局?。FCS則采取一對多雙向傳輸信號,采用的數(shù)字信號精度高、可靠性強,設(shè)備也始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)控和可控狀態(tài),用戶可以自由按需選擇不同品牌種類的設(shè)備互聯(lián),智能儀表具有通信、控制和運算等豐富的功能,而且控制功能分散到各個智能儀表中去。由此我們可以看到FCS相對于DCS的巨大進(jìn)步。
  現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)為兩個方面:一個是低速現(xiàn)場總線領(lǐng)域的不斷發(fā)展和完善;另一個是高速現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展。而目前現(xiàn)場總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品,應(yīng)用于運行速率較低的領(lǐng)域,對網(wǎng)絡(luò)的性能要求不是很高。從實際應(yīng)用狀況看,大多數(shù)現(xiàn)場總線,都能較好地實現(xiàn)速率要求較低的過程控制。因此,在速率要求較低的控制領(lǐng)域,誰都很難統(tǒng)一整個市場。發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域廣為注的焦點課題,國際上現(xiàn)場總線的研究、開發(fā),使測控系統(tǒng)沖破了長期封閉系統(tǒng)的禁錮,走上開放發(fā)展的征程,這對我國現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展是個極好的機會,也是一次嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

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