探析現場總線技術在自動化控制系統中的應用

　　現場總線應該根據國民經濟發展和市場需求,結合現場總線特點和我國國情,從長遠出發確定現場總線的發展戰略。隨著基于現場總線技術的全開放控制系統的誕生,將對傳統的控制系統結構帶來革命。采用現場總線方式可以節省硬件數量與投資，可減少變送器的數量，不再需要單獨的控制器、計算單元等;節省安裝和維護費用等。

　　現場總線是指安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間實現雙向串行多節點數字通信、完成測量控制任務的數據總線。現場總線控制系統正逐漸把電氣控制和過程控制合并起來,實現真正意義的集中控制。

　　1現場總線技術介紹

　　1.1PROFIBUS(Process Fieldbus)現場總線

　　以西門子公司為首的PROFIBUS現場總線協議滿足開放性總線系統的要求,構成從傳感器/執行器、現場級、單元級直至管理級的透明的通訊系統。PROFIBUS是一個家族。它有三個成員或三種類型,即-FMS,-DP和-PA，基本特點如下：

　　1)PROFIBUS-FMS(Fieldbus MessageSpecification現場總線報文規范)。此部分是完成控制器和現場器件之間的通信以及控制器之間的信息交換，適應于完成中等傳輸速度進行較大數據交換的循環和非循環通訊任務。使用RS485時，通信速率為9.6k-500k波特，距離為1.6km-4.8km，最多可接122個節點，介質可為雙絞線或光纜。

　　2)PROFIBUS-DP(Decentralized Pe—riphery分散型外圍設備)是一種優化的通訊模塊，適用于自動控制系統和外圍設備之間的通信，對時間要求苛刻的場合。RS-485雙絞線或光纜，為9.6K-12M波特,最大站數126。

　　3)PROFIBUS-PA(Process Automa—tion過程自動化)，應用于過程自動化，用于對安全性要求高的場合及由總線供電的站點。通信速率為31.25kbps，最大距離為≤1.9km。

　　1.2LonWorks(Local Operating Networks)現場總線

　　LonWorks技術是美國Echelon公司1991年推出的一套標準，是一種開放分布式控制總線技術。目前采用LonWorks技術的產品廣泛應用于工業控制、建筑物自動化等領域，相應的LON(LocalOperating Networks)總線也成為但前最為流行的總線之一，基本特點如下：

　　1)LONWORKS協議遵循ISO/OSI參考模型，它提供了OSI所定義的全部7層服務，可以構成總線型、星型、環型和混合型等典型的網絡結構，能實現網絡拓撲結構的自由組合，可以通過網關實現不同現場總線的互聯。

　　2)通信速率為78Kbps/2700m，1.25Mbps/130m，節點數32000個，傳輸介質可為雙絞線，同軸電纜,光纖,電源線等。

　　1.3 CAN (Controller ATea Network) 總線

　　CAN總線最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內不測量與執行部件之間的數據通信協議。廣泛應用于離散控制領域,是目前唯一被批準為國際標準的現場總線，基本特點如下：

　　1)CAN協議遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理層、鏈路層與應用層的三層結構;每一幀有效字節數為8個，這樣傳輸時間短，受干擾的概率低。

　　2)CAN的通信速率為5Kbps/l0km，1Mbps/40m，節點數可達ll0個，傳輸介質可以是雙絞線、光纖等。可實現全分布式多機系統，且無主從之分。

　　2現場總線的應用

　　2.1在電力自動化中的應用

　　下面是對某35KV變電站電力自動化進行的一次改造，其中35KV變電站的間隔層通訊網絡全部采用現場總線技術。LonWorks現場總線技術應用于變電站綜合自動化系統，并將基于微處理器的間隔層設備直接并入LonWorks現場總線，以其高可靠的性能和大容量高速度的通信能力，大大提高了通信系統的信息吞吐和數據處理能力，從而解決了應用低速串口通信采樣數據時經常產生的瓶頸現象。

　　2.2在智能樓宇中的應用

　　樓宇自動化系統是智能建筑中最基本且為最重要的組成部分。中國建設部智能建筑中心已經把LonWorks技術作為推薦采用的控制網絡技術在智能建筑中推廣使用。據統計，截止到2009年，應用該技術的門禁控制器182種、火災報警控制器50種、保安監控控制器350種、門窗感應器87種、空調控制器568種，至今應用該技術的新產品仍大規模多層次出現

　　3現場總線技術應用特點及發展趨勢

　　采用現場總線方式可以節省硬件數量與投資，可減少變送器的數量，不再需要單獨的控制器、計算單元等;節省安裝和維護費用，總線系統的接線簡單，由于一對雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少，同時由于系統結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量;提高了系統的準確性與可靠性，由于現場總線設備的智能化、數字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的準確度，減少了傳送誤差。

　　現場總線應該根據國民經濟發展和市場需求,結合現場總線特點和我國國情,從長遠出發確定現場總線的發展戰略。隨著基于現場總線技術的全開放控制系統的誕生,將對傳統的控制系統結構帶來革命。