以太網(wǎng)應(yīng)用在現(xiàn)場總線中
| 現(xiàn)場總線在工業(yè)中得到了極大的發(fā)展，但同時也存在一些我們應(yīng)該注意的問題。隨著現(xiàn)場總線的應(yīng)用，以太網(wǎng)在現(xiàn)場總線中的應(yīng)用也有了很大的提高，這也是我們現(xiàn)在應(yīng)該關(guān)注的。 一、現(xiàn)場總線的特點 現(xiàn)場總線有以下幾個特點： 可互操作性與可互換性 開放性 全數(shù)字化 雙向通信 智能化的現(xiàn)場儀表 二、現(xiàn)場總線有哪些好處 可以減少1/2～2/3隔離器、端子柜、I/0卡件、I/0文件及I/0柜子；這樣就節(jié)省了I/0裝置及裝置室的空間； 由于免去了D/A及A/D變換，使精度可以從0.5%提高到0.1%； 減少電纜的用量，費用以節(jié)省66%或更多； 可以產(chǎn)生先進的、智能化現(xiàn)場儀表，如多變量變送器和執(zhí)行器等，使維修預(yù)報成為可能； 可以將Pro功能植入到變送器或執(zhí)行器中去，大大縮短控制周期?？梢詮腄CS的每秒調(diào)節(jié)2次～3次增加到每秒調(diào)節(jié)10次～20次，改善調(diào)節(jié)性能； 免除主機入口處的“瓶頸”現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性；同時也可使主機騰出手來從事優(yōu)化等工作以提高效益； 組態(tài)簡單，安裝、運行、維護簡便； 用戶可以自己擇優(yōu)選擇，達到******集成。 三、現(xiàn)場總線的局限性 現(xiàn)場總線固然會給用戶帶來效益，但它還終究處于企業(yè)網(wǎng)的最低層，局部雖有效益，但有時卻不能為企業(yè)帶來整體效益。因此，現(xiàn)場總線必須與企業(yè)管理自動化（如采用ERP一）相結(jié)合。也就是所謂的管控一體化。 四、應(yīng)用現(xiàn)場總線應(yīng)注意的若干問題 現(xiàn)場總線既然有眾多的優(yōu)點，而且已日益受到人們的重視，有的已開始應(yīng)用，但是在實際應(yīng)用中還有許多應(yīng)該注意的問題，大致情況如下： 1. 開放性 開放性是現(xiàn)場總線系統(tǒng)的主要特點之一，用戶喜歡開放式的系統(tǒng)，在全世界范圍內(nèi)，其中不乏價廉物美、性能優(yōu)越、服務(wù)周到的產(chǎn)品，用戶可以擇優(yōu)選擇從而達到******的集成。由于傳統(tǒng)的DCS或PL屬于封閉式的系統(tǒng)，而新一代的FCS（Fieldbus C0ntmlSvstem）屬于開放式的系統(tǒng)，因此它一出現(xiàn)，便受到廣大用戶的青睞。但值得注意的是：各種現(xiàn)場總線本身雖然是開放的，但不同種類現(xiàn)場總線之間卻是不開放的。 2. 國際標(biāo)準(zhǔn)方面 標(biāo)準(zhǔn)的制定可以推動生產(chǎn)力的發(fā)展，保護制造廠商和用戶的利益，但以前標(biāo)準(zhǔn)的變動給我國的儀表制造商、設(shè)計院和廣大用戶帶來了極大的不便，也使我們遭受了一定的損失，所以我們一定要注意標(biāo)準(zhǔn)的變化。目前現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)已有12種之多，而且還有增加的趨勢，至于世界各國，各個大型廠商的標(biāo)準(zhǔn)更多。這種現(xiàn)象不但是空前的，而且也是極不正常的，造成的后果是不論制造廠商也好，用戶也好，面對眾多的標(biāo)準(zhǔn)，在選擇時往往感到困惑而無所適從。所以說，多標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)上是沒有標(biāo)準(zhǔn)。 3. 互操作性 互操作性（intemperable）是現(xiàn)場總線系統(tǒng)的又一特點，但不同種類現(xiàn)場總線之間是不可互操作的，雖然他們可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行相互訪問，或者通過PC（OLE for Process C0ntml）J7協(xié)議進行互操作，但這種互操作只能在各自的主機間進行，不能在彼此的現(xiàn)場儀表之間直接進行。也就是說甲種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表不能與乙種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表直接進行互操作，而甲種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表必須先通過自己的主機，再借助于OPC協(xié)議到達乙種現(xiàn)場總線的主機，再下達到乙種現(xiàn)場總線現(xiàn)場儀表的目的地。反之亦然。這種互操作必須通過上述的曲折途徑才能實現(xiàn)，這對于實時控制（real time control）所要求的實時性來講，顯然是不能滿足的，因此也是沒有實際意義的。 4. 時間的確定性 各種現(xiàn)場總線的通信方式也不完全相同，主要有二種形式。主一從（master—slave）式和廣播式，各有其特點。但在時間的確定性（time deterministic）上，嚴(yán)格地講是有區(qū)別的，尤其對于那些特殊對象，是非常敏感的，例如發(fā)電廠對時間上的確定性，就有嚴(yán)格的要求。但是主從式現(xiàn)場總線對于時間上的確定性先天上就有所不足，所以有的主從式現(xiàn)場總線也在采取措施以彌補其不足，如采取軟件的辦法，在首發(fā)偏離的參數(shù)上進行時間上的鎖定等。這也是我們應(yīng)特別注意的問題。 5. 冗余問題 用于過程控制的現(xiàn)場總線FF HI和Pmfibus—PA都是沒有冗余的。按照現(xiàn)場總線的設(shè)計思想，低速部分是不需要冗余的，但對于某些行業(yè)，某些對象在安全方面有特殊要求的部位確實是需要冗余的；也有些企業(yè)由于國情或企業(yè)文化存在著差異，或者曾經(jīng)發(fā)生惡性事故的企業(yè)，往往也會提出不同程度的冗余要求。那么我們就要對沒有冗余的現(xiàn)場總線采取一些特殊的處理來保證企業(yè)所要求的冗余，這樣就會增加企業(yè)費用，增加企業(yè)負擔(dān)。 6. 示范工程 我們都知道工程技術(shù)是實踐技術(shù)，在應(yīng)用中是不允許失敗的。因此示范工程對工程設(shè)計來講十分重要。當(dāng)然在設(shè)計時也不能生搬硬套，必須根據(jù)國情和工程的實際情況，通過調(diào)查研究，學(xué)習(xí)消化和吸收提高?？梢杂脻u進的辦法，先在外圍或者輔助設(shè)施上，進而在主機不太關(guān)鍵的部位上采取措施進行試驗，取得成功后再逐步擴大，但是這需要時間?？傊?，示范工程是重要的，遺憾的是像樣的、具有說服力的現(xiàn)場總線大型示范工程至今還沒有看到過。 7. 工程造價問題 目前國內(nèi)用戶對硬件的價格比較敏感，而對軟件的費用則往往注意不夠。在國外，硬件方面FCS與DCS的費用可能持平或略高，但在工程設(shè)計和工程的安裝、調(diào)試和開車費用方面則要低得多，因此綜合來講，總的費用要低。在國內(nèi)，進口硬件的費用要高很多，但國目前人工費用低，所以工程設(shè)計、管理、安裝和調(diào)試等費用遠比國外為低。所以在應(yīng)用現(xiàn)場總線時我們要時刻注意其造價走勢。 8. 效益問題 就現(xiàn)在國內(nèi)情況而言，應(yīng)用的現(xiàn)場總線基本上都是小系統(tǒng)，可效益還是很顯著的。但就現(xiàn)場總線的本質(zhì)而言，系統(tǒng)越大，效益越顯著。我國現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)都是舊廠改造，現(xiàn)場總線還與老式的模擬儀表相混用，大大提高工藝，所以所得效益不能全歸現(xiàn)場總線的使用，工藝和管理上的改進也是主要方面。 9. 先進技術(shù)的采用問題 先進技術(shù)是發(fā)展生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，采用先進技術(shù)以后，能為企業(yè)創(chuàng)造效益，但需要提醒的是采用先進技術(shù)需要一些必要的前提條件，不能盲目。歷史的經(jīng)驗值得注意，自20世紀(jì)80年代引進的DCS，大部分只發(fā)揮了約30%的功能即為一例。我們知道先進的自動化技術(shù)的主要目的是以最少的投人獲得******的產(chǎn)出。因此，作為一個自動化的工程設(shè)計人員切不可單純地為先進而先進，為現(xiàn)場總線而現(xiàn)場總線，一定要注意實際情況。 10. 要密切注意現(xiàn)場總線及其相關(guān)技術(shù)的進展 現(xiàn)場總線目前雖然已有12種國際標(biāo)準(zhǔn)，但它在繼續(xù)發(fā)展或改進。世界上較大的企業(yè)都在致力于現(xiàn)場總線的研究，并不斷地對現(xiàn)有的現(xiàn)場總線進行改進。如將以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場總線，由于以太網(wǎng)過去僅適用于辦公室自動化，如今要用于工業(yè)現(xiàn)場，還有不少難題尚待去解決，如要滿足工業(yè)控制要求的實時性，工業(yè)環(huán)境下的抗電磁干擾性、抗震性、耐高溫性、耐高濕性、防塵性和需向現(xiàn)場儀表供電的問題以及危險時所要求的防爆性等，問題雖然不少但全世界大型企業(yè)都在進行研究。所以我們要時刻搜集最前沿的信息，跟上現(xiàn)場總線的發(fā)展進程，及時對我們的工作做出部署。 11. 一專多能 現(xiàn)場總線技術(shù)是控制、通信和計算機技術(shù)的綜合，牽涉到三個不同的學(xué)科；另外熟悉工業(yè)控制過程和某些行業(yè)工藝過程的制造廠結(jié)合信息技術(shù)以后，推出了EIC集成化系統(tǒng)、APC先進過程控制系統(tǒng)等產(chǎn)品，同時一些計算機制造公司與一些軟件公司則借其長于信息技術(shù)的優(yōu)勢千方百計地往下滲透，推出了基于PC（PC based）的控制系統(tǒng)、軟PLC（soft PLc）和虛擬儀表等。這一上一下的兩種趨勢必然會在企業(yè)自動化系統(tǒng)內(nèi)有一個交匯點，而這個交匯點處于動態(tài)變化之中，要掌握這個交匯點是重要的，但也是很不容易的，因為必須了解電控、儀控、計算機和通信技術(shù)，而在應(yīng)用時還須熟悉生產(chǎn)對象的工藝過程和對象的動態(tài)特性和管理技術(shù)。所以我們必須盡可能的來了解更多的知識和應(yīng)用，盡可能的達到一專多能。 五、以太網(wǎng)及其通信特點 以太網(wǎng)（Ethemet網(wǎng)絡(luò)）最初出現(xiàn)于1975年。目前主要有快速以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)，還有千兆以太網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)。以太網(wǎng)以前主要應(yīng)用于辦公自動化，在現(xiàn)場總線中的應(yīng)用還不多。以太網(wǎng)的主要通信特點是隨機接人、載波偵聽、碰撞檢測和沖突競爭。目前通用的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802_3使用了CSMA/CD（帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多點接人）傳輸協(xié)議。根據(jù)該傳輸協(xié)議，任何需要傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點首先要監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)繁忙時監(jiān)聽，網(wǎng)絡(luò)空閑時發(fā)送數(shù)據(jù)，在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中繼續(xù)監(jiān)聽，檢測到?jīng)_突時立即停止發(fā)送并發(fā)出一個強化沖突的干擾信號，通知所有節(jié)點此時的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)生沖突，此時沖突各方主動退避隨機等待一段時間后再重新監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)沖突主要有兩個來源：（1）網(wǎng)絡(luò)空閑多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)造成的沖突；（2）節(jié)點傳輸延遲造成的沖突。因此，工業(yè)控制中采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)時將不可避免地造成沖突。這種沖突隨著通信負荷的上升而急劇增加，而在低負荷下則很少。更為嚴(yán)重的是，從純理論角度講標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)有可能出現(xiàn)“孤島”現(xiàn)象，即某些節(jié)點在一段時間內(nèi)可能得不到傳輸數(shù)據(jù)的機會。 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)還具有傳輸不確定性的特點，即任何變量都不能完全確保在合適時間內(nèi)發(fā)送成功。除此 |
