计算机与通信技术结合产生了计算机网络后,企业管理部门间通信都以网络为中介,实现了信息与资源共享。同时,信息技术的发展也引起了自动化结构的变革,逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。Fieldbus(现场总线)就是顺应这一形势发展起来的新技术,它是计算机网络与控制系统结合的必然产物,它的出现标志着工业控制领域又一个新时代的开始。 现场总线是对DCS(集散控制系统)的拓展,突破了DCS相对封闭的限制,它将测控任务分散到现场设备中,上位计算机只负责监控以及一些复杂的优化和先进控制的功能。现场总线是工厂底层信息及数据传递的主体,在整个工厂的控制网络中,现场总线处于重要的基础地位。自80年代末以来,国外相继出现了一些有影响的现场总线标准,如:基金会现场总线(FF,Foundation Fieldbas)、lonWork总线、 Profibus、CAN控制局域网等,它们大都是在各公司标准的基础上逐渐形成的,在今后一段时期内,会出现几种现场总线标准共存的局面。现在一个统一的现场总线通信协议的国际标准已经形成,真正的开放互连系统,是大势所趋。 1 现场总线控制系统的特点 现场总线系统(FCS)与传统的集散控制系统 (DCS)相比,有以下特点: 1.1 总线式结构 一对传输线(总线)挂接多台现场设备,双向传输多个数字信号。这种结构比一对一的单向模拟信号传送结构布线简单,安装费用低,维护简便。 1.2 开放互操作性 现场总线采用统一的协议标准,是开放式的互联网络,对用户是透明的,在传统的DCS中,不同厂家的设备是不能相互访问的。而FCS采用统一的标准,不同厂家的网络产品可以方便地接入同一网络,集成在同一控制系统中进行互操作,因此简化了系统集成。 1.3 彻底的分散控制 现场总线将控制功能下放到作为网络节点的现场智能仪表和设备中,做到彻底的分散控制,提高了系统的灵活性、自治性和安全可靠性,减轻了控制站 CPU的计算负担。 1.4 信息综合、组态灵活 通过数字化传输现场数据,FCS能获取现场仪表的各种状态、诊断信息,实现实时的系统监控和管 理。此外,FCS引入了功能块的概念,通过统一的组态方法,使系统组态简单灵活,不同现场设备中的功能块可以构成完整的控制回路。 1.5 多种传输媒介和拓扑结构 FCS由于采用数字通讯方式,因此可用多种传输介质进行通信。根据控制系统中节点的空间分布情况,可应用多种网络拓扑结构。这种传输介质和网络拓扑结构的多样性给自动化系统的施工带来了极大的方便,据统计,FCS与传统DCS的主从结构相比,只计算布线工程一项即可节省40%的经费。 2 现场总线网络模型 现场总线本质上是一种控制网络,因此网络技术是现场总线的重要基础。和Internet、Intranet等类型的信息网络不同,控制网络直接面向生产过程,因此要求很高的实时性、可靠性、数据完整性和可用性。为满足这些特性,现场总线对标准的网络协议作了简化,一般只包括ISO/OSl7层模型中的3层:物理层、数据链路层和应用层。此外,现场总线还要完成与上层工厂信息系统的数据交换和传递。综合自动化是现代工业自动化的发展方向,在完整的企业网构架中,现场总线控制网络模型应涉及从底层现场设备网络到上层信息网络的数据传输过程。 基于上述考虑,统一的现场总线控制网络模型应具有三层结构,从底向上依次为:现场智能设备层、现场总线监控层、远程监控层。
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组态软件是一种面向工业自动化的通用数据采集和监控软件,亦称人机界面HMI。
通俗点说,组态是在工控机(类似于PC吧)上编写的程序,工控机通过工业总线等通信方式获取PLC里面的一些信息,比如输入输出点状态,组态得到这些信息后,在组态界面里显示,可以是点亮一个灯,也可以是生成一条记录存储在数据库里。
当然,组态的功能还有很多,比如历史记录、实时曲线等,也可以输出控制PLC。
e.g.
组态里画了一个蓄水池,PLC通过AI模块获取液位,工控机通过PPI电缆读取PLC里的液位值,组态里虚拟画出来的蓄水池就可以根据这个液位生成一些动画效果,使组态里的蓄水池水位跟随实际的液位。
我们就不用每次都到工业现场去看水位值了,在组态里就可以看到实时水位。
当液位下降到一定程度或超过一定限度,组态可以设定产生报警信息,并记录起来,或者执行其它动作(比如停机)。