工业以太网与现场总线技术各自优缺点和应用

※发布时间:2020-7-28 5:15:03   ※发布作者:habao   ※出自何处: 

  随着“工业4.0”战略的展开,计算机技术、通讯技术、IT技术的发展已经渗入到工控领域,其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。其中工业现场总线技术,特别是以太网技术的广泛使用,为自动化技术带来了深刻变革。

  现场总线式应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。

  它的软件是系统的重要组成部分,控制系统的软件有组态软件、软件、仿真软件、设备软件和软件等。首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。通过组态软件,完成功能块之间的连接,选定功能块参数,进行网络组态。在网络运行过程中系统实时采集数据、进行数据处理、计算。优化控制及逻辑控制报警、、显示、报表等。

  其特点为多变量高性能的测量,使测量仪表具有计算能力等更多功能,由于采用数字信号,具有高分辨率,准确性高、抗干扰、抗畸变能力强,同时还具有仪表设备的状态信息,可以对处理过程进行调整。

  可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息(包括智能仪表)、厂商提供的设备制造信息。

  以客户机/服务器模式是目前较为流行的网络计算机服务模式。服务器表示数据源(提供者),应用客户机则表示数据使用者,它从数据源获取数据,并进一步进行处理。客房机运行在PC机或工作站上。服务器运行在小型机或大型机上,它使用双方的智能、资源、数据来完成任务。

  它能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序,实现数据的充分共享、交叉访问,具有高度性。工业设备在运行过程中参数连续变化,数据量大,操作与控制的实时性要求很高。因此就形成了一个可以互访操作的分布关系及实时性的数据了系统。

  服务器操作软件:Lenix、os/2、windowNT、应用软件数据库、通信协议、网络管理协议等。

  目前世界上存在着大约四十余种现场总线,这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域,目前的工业总线网络、HART网络、FieldBUS现场总线/MODBUS是现在流行的一种工业组网方式,其特点是实施简单方便,而且现在支持RS485的仪表又特别多。现在的仪表商也纷纷转而支持RS485/MODBUS,原因很简单, RS485的转换接口不仅便宜得而且种类繁多。至少在低端市场上,RS485/MODBUS仍将是最主要的工业组网方式。

  HART网络:HART是由艾默生提出的一个过度性总线毫安电流信号叠加数字信号,但该协议并未真正,要加入他的基金会才能拿到协议,而加入基金会要一定的费用。HART技术主要被国外几家大公司垄断,近些年国内也有公司在做,但还没有达到国外公司的水平。现在有很多智能仪表带有[HART圆卡],支持HART通讯功能。但从国内情况来看,还没有真正用到这部分功能来进行设备联网,最多只是利用手操器对其进行参数设定。从长远来看,由于HART通信速率低、组网困难等原因,HART仪表的应用将呈下滑趋势。

  FieldBus现场总线网络:现场总线是当今自动化领域的热点技术之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。现场总线是连接控制现场的仪表与控制室内的控制装置的数字化、串行、多站通信的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字化通信。现场总线技术近年来成为国际上自动化和仪器仪表发展的热点,它的出现使传统的控制系统结构产生了性的变化,使自控系统朝着“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化”的方向进一步迈进,形成新型的网络通信的全分布式控制系统现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)。然而,到目前为止,现场总线还没有形成真正统一的标准,ProfiBus、CANbus、CC-Link等多种标准并行存在,并且都有自己的空间。何时统一,遥遥无期。目前,支持现场总线的仪表种类还比较少,可供选择的余地小,价格又偏高,用量也较小。

  网络通信中数据包的传输延迟,通信系统的瞬时错误和数据包丢失,发送与到达次序的不一致等都会传统控制系统原本具有的确定性,使得控制系统的分析与综合变得更为复杂,使控制系统的性能受到负面影响。

  3.工业生产现场的振动、电磁干扰大,工业控制网络必须具有机械适应性(如耐振动、耐冲击)、电磁适应性或电磁兼容性(EMC)等。

  4.工业网络器件的供电,通常是采用柜内低压直流电源标准,大多的工业中控制柜内所需电源为低压24V直流。

  5.采用标准导轨安装,安装方便,适用于工业安装的要求,工业网络器件要能方便地安装在工业现场控制柜内,并容易更换。

  如图,它的数据链层采用了旨在减小处理通信栈所需时间的一种传输协议,从而极大地缩短了网络的刷新时间,确保刷新时间在5~10MS。实时通道除了可进行循环传输外,还可完成非循环(事件触发、过程数据修改、操作指令下达等)传输。同时还要加入网络管理、WEB功能,以及直接集成I/O设备等。

  美国的FF(现场总线基金会)采用高速以太网开发的FCS系统控制级以上通信网络的主干网,控制级以下仍使用H1现场总线,构成信息集成的体系结构,HSE遵循标准的以太网规范。FF在去规范中了21中功能块,供基本过程控制和先进过程控制使用。这些标准功能块驻留与HSE相连的现场设备中,只要通过组态就予以链接。为进行复杂的批处理和混合控制等应用,FF还了柔性功能块,支持数据采集的、子系统接口、事件顺序、多数据采集,并可用作与PLC和其他协议通信的网间连接器,所以我们可得出这样一个结论:HSE工业以太网为连续的过程控制工业和断续的制造业所需的连续实时控制提供了各种的解决方案,它为连续过程控制系统、断续制造的控制系统、批量控制系统以及MES、ERP等企业信息管理系统的集成,提供了一种相当成熟的工业以太网的标准协议。

  由于以太网的应用最为广泛,因此收到硬件开发商与生产厂商的高度重视与广泛支持,有很多硬件产品供用户选择, 而且由于应用广泛,硬件价格也相对低廉。

  目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网也开始广泛应用,1000M以太网技术也逐渐成熟,10G以太网也正在研究,其通信速率比目前的现场总线.软硬件资源丰富

  以太网已应用多年,人们对以太网的设计、应用等多方面有很多的经验,对其技术也十分熟悉。大量的软件资源和设计经验可以显著降低系统开发和培训费用,从而可以显著降低系统的整体成本,并大大加快系统开发和推广速度。

  由于以太网的广泛应用,它的反战一直得到广泛的重视和大量的技术投入,形成全球性的技术支持,并且在当前信息瞬息万变的时代,企业的与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信网络管理,信息技术与通信技术的发展将更加迅速,也更加成熟,由此了以太网技术不断地持续向前发展。

  易于实现控制网络与信息网络的无缝集成,建立统一的企业网络,可实现嵌入式控制器,智能现场测控仪表和传感器等方便地接入以太网络,直至与Internet相连。手纹乱