【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 效、方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)管控一體化。 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線作為工廠的底層網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)一般廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)而言，它是低速網(wǎng)段。它可以由單一總線段或多總線段構(gòu)成，也可以由網(wǎng)橋把不同傳輸速率、不同傳輸介質(zhì)的總線段互連而構(gòu)成。網(wǎng)橋在不同總線段之間透明地轉(zhuǎn)換傳送信息。還可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)或計(jì)算機(jī)接口板，將其與工廠管理層的網(wǎng)段掛接，徹底打破了多年來(lái)未曾解決的自動(dòng)化信息孤島的格局，形成了完整的工廠信息網(wǎng)絡(luò)。 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線圍繞工廠底層網(wǎng)絡(luò)和全分布自動(dòng)化系統(tǒng)這兩個(gè)方面形成了它的技術(shù)特色。其主要技術(shù)內(nèi)容有： （1）基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的通信技術(shù)。它包括基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的通信模型、通信協(xié)議、通信控制器芯片、通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)管理等內(nèi)容。它涉及一系列與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的硬、軟件，如通信棧軟件，被稱之為圓卡的儀表用通信接口卡，F(xiàn)F與計(jì)算機(jī)的接口卡，各種網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋、中繼器等。它是現(xiàn)場(chǎng)總線的核心基礎(chǔ)技術(shù)之一，無(wú)論對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的開(kāi)發(fā)制造單位，還是系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位、系統(tǒng)集成商以至用戶，都具有重要作用。 （2）標(biāo)準(zhǔn)化功能塊（FB，F(xiàn)unction Block）與功能塊應(yīng)用進(jìn)程（FBAP，F(xiàn)unction Block Application Process）。它提供一個(gè)通用結(jié)構(gòu)，把實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)所需的各種功能劃分為功能模塊，使其公共特征標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定它們各自的輸入、輸出、算法、事件、參數(shù)與塊控制圖，并把它們組成為可在某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中執(zhí)行的應(yīng)用進(jìn)程。便于實(shí)現(xiàn)不同制造商產(chǎn)品的混合組態(tài)與調(diào)用。功能塊的通用結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)開(kāi)放系統(tǒng)構(gòu)架的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能與自動(dòng)化功能的基礎(chǔ)。 （3）設(shè)備描述（DD，Device Description）與設(shè)備描述語(yǔ)言（DDL，Device Description Language）。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的互操作性，支持標(biāo)準(zhǔn)的功能塊操作，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線采用了設(shè)備描述技術(shù)。設(shè)備描述為控制系統(tǒng)理解來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)意義提供必需的信息，因而也可以看作控制系統(tǒng)或主機(jī)對(duì)某個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，即設(shè)備描述是設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)。設(shè)備描述語(yǔ)言是一種用以進(jìn)行設(shè)備描述的標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言。采用設(shè)備描述編譯器，把DDL編寫(xiě)的設(shè)備描述的源程序轉(zhuǎn)化為機(jī)器可讀的輸出文件?？刂葡到y(tǒng)正是憑借這些機(jī)器可讀的輸出文件來(lái)理解各制造商的設(shè)備的數(shù)據(jù)意義?，F(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)把基金會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)DD和經(jīng)基金會(huì)注冊(cè)過(guò)的制造商附加DD寫(xiě)成CDROM，提供給用戶。 （4）現(xiàn)場(chǎng)總線通信控制器與智能儀表或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間的接口技術(shù)。在現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，常采用OEM集成方法構(gòu)成新產(chǎn)品，已有多家供應(yīng)商向市場(chǎng)提供FF集成通信控制芯片、通信棧軟件、圓卡等。把這些部件與其他供應(yīng)商開(kāi)發(fā)的、或自行開(kāi)發(fā)的、完成測(cè)量控制功能的部件集成起來(lái)，組成現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的新產(chǎn)品。要將總線通信圓卡與實(shí)現(xiàn)變送、執(zhí)行功能的部件構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，要通過(guò)FF的PC接口卡將總線上的數(shù)據(jù)信息與上位的各種MMI（即人機(jī)接口）軟件、高級(jí)控制算法融為一體，尚有許多智能儀表本身及其與通信軟硬件接口的開(kāi)發(fā)工作要做。如與MMI軟件連接中的OPC技術(shù)。OPC技術(shù)是指用于過(guò)程控制的對(duì)象鏈接嵌入（OLE，Object Linking and Embedding）技術(shù)。OLE是Microsoft公司在PC機(jī)中采用的PC組件（PC Component ）技術(shù)。把這一技術(shù)引入到過(guò)程控制系統(tǒng)，使現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)較容易地與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)平臺(tái)結(jié)合起來(lái)，使工廠網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次可以在網(wǎng)絡(luò)上共享數(shù)據(jù)與信息。可以認(rèn)為，OPC技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)開(kāi)放式傳輸?shù)幕A(chǔ)。 （5）系統(tǒng)集成技術(shù)。它包括通信系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的集成，如網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、配線、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理、控制系統(tǒng)組態(tài)、人機(jī)接口、系統(tǒng)管理維護(hù)等。這是一項(xiàng)集控制、通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等多方面的知識(shí)，集軟硬件于一體的綜合性技術(shù)。它在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開(kāi)發(fā)初期，在技術(shù)規(guī)范、通信軟硬件尚不十分成熟之時(shí)，具有其特殊的意義。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位、用戶、系統(tǒng)集成商更是具有重要作用。 （6）系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)。包括通信系統(tǒng)的一致性與互可操作性測(cè)試技術(shù)、總線監(jiān)聽(tīng)分析技術(shù)、系統(tǒng)的功能和性能測(cè)試技術(shù)。一致性與互可操作性測(cè)試是為保證系統(tǒng)的開(kāi)放性而采取的重要措施。一般要經(jīng)授權(quán)過(guò)的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)作專門(mén)測(cè)試，驗(yàn)證符合統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范后，將測(cè)試結(jié)果交基金會(huì)登記注冊(cè)，授予FF標(biāo)志。只有具備了FF標(biāo)志的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，才是真正的FF產(chǎn)品，其通信的一致性與系統(tǒng)的開(kāi)放性才有相應(yīng)保障。有時(shí)，對(duì)由具有FF標(biāo)志的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所組成的實(shí)際系統(tǒng)，還需進(jìn)一步進(jìn)行互可操作性測(cè)試和功能性能測(cè)試，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并達(dá)到所要求的性能指標(biāo)?？偩€監(jiān)聽(tīng)分析用于測(cè)試判斷總線上通信信號(hào)的流通狀態(tài)，以便于通信系統(tǒng)的調(diào)試、診斷與評(píng)價(jià)。對(duì)由現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備構(gòu)成的自動(dòng)化系統(tǒng)，功能、性能測(cè)試技術(shù)還包括對(duì)其實(shí)現(xiàn)的各種控制系統(tǒng)功能的能力、指標(biāo)參數(shù)的測(cè)試。并可在測(cè)試基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)通信系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)綜合指標(biāo)的評(píng)價(jià)。第二節(jié) FCS的硬件組成和傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)不同，F(xiàn)CS是總線網(wǎng)絡(luò)，所有現(xiàn)場(chǎng)表都是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并掛接在總線上，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)智能設(shè)備，因此FCS中已經(jīng)不存在現(xiàn)場(chǎng)控制站，只需要工業(yè)PC即可。在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，以微處理器為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)儀表已不再是傳統(tǒng)意義上的變送或執(zhí)行單元，而是同時(shí)起著數(shù)據(jù)采集、控制、計(jì)算、報(bào)警、診斷、執(zhí)行和通信的作用。每臺(tái)儀表均有自己的地址與同一通道上的其它儀表進(jìn)行區(qū)分。所有現(xiàn)場(chǎng)表均可采用總線供電方式，即電源線和信號(hào)線共用一對(duì)雙絞線。在本質(zhì)安全情況下使用時(shí)，必須使用現(xiàn)場(chǎng)總線安全柵SB302。Smar公司是生產(chǎn)FCS最早的生產(chǎn)廠家，下面以此為例介紹FCS的硬件組成。一、接口設(shè)備 接口設(shè)備主要指各種計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)總線之間的接口卡件。 PC機(jī)一般的工業(yè)PC，帶有大屏幕顯示器、打印機(jī)、工業(yè)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)。另配有凈化電源、UPS電源、操作臺(tái)、操作椅等，置于操作室內(nèi)。 過(guò)程控制接口卡（PCI）PCI（Process Control Interface）是一種高性能接口卡，把先進(jìn)的過(guò)程控制與多通道通信、管理融為一體。該接口卡插在PC底板上，一臺(tái)PC最多可插8卡。主要組成如下：⑴ CPU：采用32位超級(jí)RISC處理器，完成PCI卡執(zhí)行的全部通信與控制功能。⑵ DualPort RAM，雙口RAM：使PC機(jī)與本卡CPU共享16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，為二者提供一個(gè)有效的通信通路。⑶ Control Logic，控制邏輯：為PCI卡CPU訪問(wèn)所有器件（NVRAM，F(xiàn)LASH，DP，TIMER，MODEM等）的判別部件。⑷ PC Bus，PC總線：16位ISA或32位EISA總線。在總線上插入PCI卡，通過(guò)總線訪問(wèn)PCI卡，同時(shí)向PCI卡提供電源。⑸ Local Bus，就地總線：是PCI卡內(nèi)部32位總線，它把CPU連接到各快速器件上（NVRAM，F(xiàn)LASH，DP）。⑹ Peripheral Bus，外圍總線：它是8位外圍總線，把CPU與低速器件相連接（TIMER，MODEM）。⑺ TIMER05，定時(shí)器：8/16位3通道通用定時(shí)器，用做多任務(wù)切換及現(xiàn)場(chǎng)總線通信定時(shí)的時(shí)間基準(zhǔn)。⑻ MODEM03，F(xiàn)ieldbus Communication Controller；調(diào)制解調(diào)器和現(xiàn)場(chǎng)總線通信控制器：，它符合ISASP50現(xiàn)場(chǎng)總線物理層規(guī)范，將177。10mA的電流信號(hào)送給一個(gè)50Ω的等效負(fù)載，產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制在直流電源上的1V峰峰值的電壓信號(hào)。⑼ MAU03，F(xiàn)ieldbus Medium Attachment Unit；現(xiàn)場(chǎng)總線附屬單元：屬于信號(hào)調(diào)理及隔離電路。⑽ PCI還有一整套軟件，以適應(yīng)各硬件的運(yùn)行。 串行接口（BC1）BC1是Smar 入口級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)與PC機(jī)之間的智能接口，具有一個(gè)Master的特點(diǎn)，它直接把PC機(jī)的串行口（RS232）接口到現(xiàn)場(chǎng)總線H1通道，由PC為其供電。用做便攜式現(xiàn)場(chǎng)總線組態(tài)器及小工廠監(jiān)控。軟件為Windows平臺(tái)。二、現(xiàn)場(chǎng)總線儀表Smar公司共有五種現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，三種輸入儀表：雙通道溫度變送器TT302差壓變送器LD302和三通道輸入電流變換器IF302；二種輸出儀表：三通道輸出電流變換器FI302；輸出氣壓信號(hào)變換器FP302，下面逐一介紹。雙通道溫度變送器TT302它將兩路的溫度信號(hào)引入現(xiàn)場(chǎng)總線，在現(xiàn)場(chǎng)完成兩路的溫度信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)總線的轉(zhuǎn)換。具有冷端溫度補(bǔ)償，TC及RTD線性化，對(duì)特殊傳感器有常規(guī)線性化模擬輸入。 TT302框圖其輸入信號(hào)有四種類型，七種連接方式：① 熱電阻（RTD）：二線制、三線制、四線制、溫差。② 熱電偶 （TC）：?jiǎn)闻肌㈦p偶、溫差。③ Ω信號(hào)：0~100Ω；0~400Ω；0~2000Ω。④ mV信號(hào)：6~2 mV；2~22 mV；10~100 mV；50~500 mV。硬件組成有：輸入板、主板、顯示板和液晶顯示器。⑴ 輸入板① MUX（MultipleXer），多路調(diào)制器：把四種類型，七種接法的傳感器信號(hào)多路傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理部分。其內(nèi)部帶有環(huán)境溫度測(cè)量元件，實(shí)現(xiàn)冷端自動(dòng)溫度補(bǔ)償。② Signal Conditioner，信號(hào)調(diào)理器：給輸入信號(hào)加以增益，使之適合于A/D轉(zhuǎn)換規(guī)范。③ A/D，模數(shù)轉(zhuǎn)換器：把模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，使之適合CPU工作。④ Power Isolation，電源隔離：輸入板與主板之間的輸入信號(hào)與控制信號(hào)必須隔開(kāi)，以保證系統(tǒng)安全工作；總線不與現(xiàn)場(chǎng)直接關(guān)聯(lián)；通過(guò)DCACDC為輸入板提供電源。⑵ 主板① CPU，中央處理器：變送器的智能部分，進(jìn)行測(cè)量控制、模塊執(zhí)行、自診斷與通信控制。②PROM，可編程只讀存儲(chǔ)器：用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)等固定程序。③ EEPROM，電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)微調(diào)、標(biāo)定、模塊組態(tài)及識(shí)別數(shù)據(jù)。④ RAM，隨機(jī)存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)暫時(shí)數(shù)據(jù)，掉電時(shí)數(shù)據(jù)丟失。⑤ Communication Controtter，通信控制器：監(jiān)視總線動(dòng)態(tài)，調(diào)制與解調(diào)通信信號(hào)，插入及刪除起始與結(jié)束分割符。⑥ Power Supply/Signal Shaping，電源/信號(hào)整形：電源（9—32VDC）取自現(xiàn)場(chǎng)總線，為變送器各板供電。同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)整形并連接到現(xiàn)場(chǎng)總線。⑦ Local Adjust，就地調(diào)整：它有二個(gè)磁性開(kāi)關(guān)，可以用磁性工具觸發(fā)，無(wú)須機(jī)械或電接觸，用于現(xiàn)場(chǎng)就地編程使用。⑶ 顯示板① Display Controller，顯示控制器：接收CPU發(fā)出的數(shù)據(jù)，使LCD各字段相應(yīng)接通。② 顯示器：4位半數(shù)字、5字符字母LCD顯示器。從現(xiàn)場(chǎng)總線的角度看，現(xiàn)場(chǎng)總線儀表只是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，只與其功能塊交換信息。TT302有如下功能塊：① 一個(gè)物理模塊：監(jiān)視設(shè)備工作，設(shè)備系列號(hào)及出廠信息；② 一個(gè)顯示傳感器模塊：相應(yīng)顯示及就地調(diào)整；③ 二個(gè)輸入傳感器模塊：實(shí)現(xiàn)冷端溫度補(bǔ)償、引線補(bǔ)償及微調(diào)各種感測(cè)信號(hào)，信號(hào)類型和連接的調(diào)整，其輸出一定是接到AI功能塊的輸入端（內(nèi)部已接好）；④ 二個(gè)模擬輸入AI功能塊：實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，阻尼時(shí)間，工程單位轉(zhuǎn)換等；⑤ 一個(gè)比例積分微分PID功能塊：提供現(xiàn)場(chǎng)PID控制功能；⑥ 一個(gè)輸入信號(hào)選擇ISS功能塊：完成三入選一的選擇功能；⑦ 一個(gè)信號(hào)特征化CHAR功能塊：用于XY坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使輸出特性改變；⑧ 一個(gè)通用算術(shù)運(yùn)算ARTH功能塊：提供一個(gè)標(biāo)量值的輸出，實(shí)現(xiàn)五入四出的函數(shù)運(yùn)算功能。差壓變送器LD302它將一路的壓力或差壓信號(hào)引入現(xiàn)場(chǎng)總線，在現(xiàn)場(chǎng)完成壓力信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)總線的轉(zhuǎn)換。用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的表壓（M1M6）、差壓（D1D4）或絕壓A2A5）；或用于流量（孔板）、液位（L2L4）的測(cè)量。其測(cè)量部分利用的是電容式差壓變送器原理。硬件組成有：輸入板、主板、顯示板和液晶顯示器。其輸入板稍有不同，主板上的PROM中的操作程序不同，其它部分結(jié)構(gòu)與TT302相同。 LD302框圖從現(xiàn)場(chǎng)總線的角度看，現(xiàn)場(chǎng)總線儀表只是網(wǎng)