【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .... 49 1 1 緒論 在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)急速發(fā)展的今天，特別是考慮到現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)普片的滲透到自動(dòng)控制的各個(gè)領(lǐng)域中，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)必將成為自動(dòng)控制領(lǐng)域主要發(fā)展方向之一?，F(xiàn)場(chǎng)總線一直是國(guó)際上各大公司激烈競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域，并且某些國(guó)外的大公司已經(jīng)在大力的開拓中國(guó)市場(chǎng)，發(fā)展我國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)刻不容緩?，F(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)自動(dòng)化技術(shù)影響意義深遠(yuǎn)，當(dāng)今可以認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)總線 是提高自動(dòng)化系統(tǒng)整體水平的基礎(chǔ)技術(shù)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響重大。 隨著通訊和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化控制領(lǐng)域?qū)νㄓ嵑涂刂埔蟮囊苍絹碓礁撸蚨霈F(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線的一種新型技術(shù) CCLink。 CCLink 是由三菱電機(jī)為主的多家公司與 1996 年推出的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線。 CCLink 站在了比較高的起點(diǎn)上，吸收了其他總線的優(yōu)點(diǎn)而避免了它們的不足之處。 CCLink 的卓越性能和簡(jiǎn)單使用，使得它得到廣大用戶的青睞，并得到了廣泛的應(yīng)用。 PLC 在生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制領(lǐng)域是應(yīng)用最為廣泛且可靠性較高的一種主控制器，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是架構(gòu)分布式 控制系統(tǒng)的必備技術(shù)，因此，基于 PLC 控制系統(tǒng)的 CCLink網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用具有特定的意義。 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展現(xiàn)狀 （ 1）多種總線共存 現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IEC61158 中采用了 8種協(xié)議類型，以及其它一些現(xiàn)場(chǎng)總線。每種總線都有其產(chǎn)生的背景和應(yīng)用領(lǐng)域。不同領(lǐng)域的自動(dòng)化需求各有其特點(diǎn)，因此在某個(gè)領(lǐng)域中產(chǎn)生的總線技術(shù)一般對(duì)本領(lǐng)域的滿足度高一些，應(yīng)用多一些，適用性好一些。據(jù)美國(guó) ARC 公司的市場(chǎng)調(diào)查，世界市場(chǎng)對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)總線的需求為：過程自動(dòng)化 1醫(yī)藥領(lǐng)域 18％、加工制造 15％、交通運(yùn)輸 15％、航空與國(guó)防 34％、農(nóng)業(yè)未統(tǒng)計(jì)、 樓宇未統(tǒng)計(jì)。由此可見，隨著時(shí)間的推移，占有市場(chǎng) 80％左右的總線將只有六七種，而且其應(yīng)用領(lǐng)域比較明確。 （ 2）總線應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展 每種總線都力圖拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴(kuò)張其勢(shì)力范圍。在一定應(yīng)用領(lǐng)域中已取得良好業(yè)績(jī)的總線，往往會(huì)進(jìn)一步根據(jù)需要向其它領(lǐng)域發(fā)展。如 PROFIBUS 在 DP的基礎(chǔ)上開發(fā)出 PA，以適用于流程工業(yè)。 2 （ 3）不斷成立總線國(guó)際組織 大多數(shù)總線都成立了相應(yīng)的國(guó)際組織，力圖在制造商和用戶中創(chuàng)造影響，以取得更多方面的支持，同時(shí)也想顯示出其技術(shù)是開放的。 （ 4）每種總線都以企業(yè)為支撐 各種總線都以 一個(gè)或幾個(gè)大型跨國(guó)公司為背景，公司的利益與總線的發(fā)展息息相關(guān)， （ 5）一個(gè)設(shè)備制造商參加多個(gè)總線組織 大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個(gè)總線組織，有些公司甚至參加 2 ~4個(gè)總線組織。道理很簡(jiǎn)單，裝置是要掛在系統(tǒng)上的。 （ 6）各種總線相繼成為自己國(guó)家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn) 每種總線大多將自己作為國(guó)家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以加強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)地位?，F(xiàn)在的情況是 PNet 已經(jīng)成為丹麥標(biāo)準(zhǔn)， PROFIBUS已成為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)， WorldFIP 已成為法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。上述 3 種總線于 1994 年成為并列的歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170。其它總線也都成為各地區(qū)的技術(shù)規(guī) 范。 （ 7）在競(jìng)爭(zhēng)中協(xié)調(diào)共存 協(xié)調(diào)共存的現(xiàn)象在歐洲標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)就出現(xiàn)過，歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN50170 在制定時(shí)，將德、法、丹麥 3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并列于一卷之中，形成了歐洲的多總線的標(biāo)準(zhǔn)體系。各重要企業(yè)，除了力推自己的總線產(chǎn)品之外，也都力圖開發(fā)接口技術(shù)，將自己的總線產(chǎn)品與其它總線相連接，如施耐德公司開發(fā)的設(shè)備能與多種總線相連接。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì) 雖然現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一還有種種問題，但現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展卻已經(jīng)是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線思想的日益深入人心，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品和應(yīng) 用的不斷增多，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)日益清晰，具體發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 （ 1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨向簡(jiǎn)單化 早期的 MAP 模型由 7 層組成，現(xiàn)在 Rockwe11 公司提出了 3 層結(jié)構(gòu)自動(dòng)化， Fisher Rosemount 公司提出了 2層自動(dòng)化，還有的公司甚至提出 1層結(jié)構(gòu)，由以太網(wǎng)一通到底。目前比較達(dá)成共識(shí)的是 3層設(shè)備、 2 層網(wǎng)絡(luò)的3＋ 2結(jié)構(gòu)。 3層設(shè)備是位于底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如傳感器 /執(zhí)行器以及各種分布式 I/O設(shè)備等，位于中間的控制設(shè)備，如 PLC、工業(yè)在制計(jì)算機(jī)、專用控制器等；位于上層的是操作設(shè)備，如操作站、工程師站 、數(shù)據(jù)服務(wù)器、－般工作站等； 2 層網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制設(shè)備之間的控制網(wǎng)，以及控制設(shè)備與操作設(shè)備之間的管理網(wǎng)。 （ 2）大量采用成熟、開放和通用的技術(shù) 在管理網(wǎng)的通信協(xié)議上，越來越多的企業(yè)采用最流行的 TCP/IP 協(xié)議加以太網(wǎng)，操作設(shè)備一般采用工業(yè) PC 甚至普通 PC，控 3 制設(shè)備一般采用標(biāo)準(zhǔn)的 PLC 或者是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等，而控制網(wǎng)絡(luò)就是各種現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域。 由此可見，新型的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)（如 DCS、 PLC）之間并不是完全取而代之的關(guān)系，而是繼承、融合、提高的關(guān)系。 CCLink 發(fā)展背景和現(xiàn)狀 在 1996 年 11月，以 以三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司以 “ 多廠家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線 ” 理念開發(fā)、公布和開放了現(xiàn)場(chǎng)總線 CCLink,第一次正式向市場(chǎng)推出 CCLink這一全新的多廣商、高性能、省配線的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。 CCLink 是 Control amp。 Communication Link 的簡(jiǎn)稱，是一種可以同時(shí)高速處理控制和信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以提供高效、一體化的工廠和過程自動(dòng)化控制。在 10Mbps 的通信速率下傳輸距離達(dá)到 100m，并能夠連接 64個(gè)站。其卓越的性能使之通過 ISO 認(rèn)證成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并且獲得批 準(zhǔn)成為中國(guó)國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn) GB/T197602020，同時(shí)也已經(jīng)取得 SEMI 標(biāo)準(zhǔn)。作為開放式現(xiàn)場(chǎng)總線， CCLINK 是亞洲唯一能被國(guó)際工控界認(rèn)可并為廣泛使用的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，由于其與其他總線在可靠性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性上有較大的優(yōu)勢(shì)，且又具有區(qū)域性優(yōu)勢(shì)，因此 CCLink 技術(shù)特在亞洲被廣泛的應(yīng)用。 課題研究的意義和主要內(nèi)容 課題意義 CCLink 是控制與通路鏈路系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。 CCLink 現(xiàn)場(chǎng)總線是目前在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的通訊技術(shù)之一。通過 CCLink 現(xiàn)場(chǎng)總線將自動(dòng)化生產(chǎn)線上個(gè)各獨(dú)立的模塊鏈接起來 以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的高速、高效、高柔性化的分散控制。 液位 控制是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常碰到的控制參數(shù)之一 ，它在工業(yè)生產(chǎn)中都有很廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多地方需要對(duì)容器內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行液位控制，使之高精度的保持在給定的數(shù)值范圍內(nèi)， 液位控制的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量甚至產(chǎn)品制造的成功與失敗 ，如在建材行業(yè)中，玻璃窯爐液位的穩(wěn)定對(duì)窯爐的使用壽命和生產(chǎn)質(zhì)量有這至關(guān)重要的作用， 同時(shí) 液位控制在高層小區(qū)水塔水位控制、灌裝商品液位控制、污水處理設(shè)備和有毒有腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應(yīng)用。 因而液位的控制具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng) 用前景。由于常規(guī) PID 控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng) ， 被廣泛應(yīng)用于過程控制中 ， 但常規(guī) PID 不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行在線自整定 ， 非線性系統(tǒng)的常規(guī) PID 控 4 制往往不能獲得較好的控制效果。 近年來， 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，液位控制逐漸的向大型化、智能化、自動(dòng)化和集成