現場匯流排控制系統的構成與特點論文

　　現場匯流排是順應智慧現場儀表而發展起來的一種開放型的數字通訊技術，其發展的初衷是用數字通訊代替一對一的I/O連線方式，把數字通訊網路延伸到工業過程現場。根據IEC和美國儀表協會ISA的定義，現場匯流排是連線智慧現場裝置和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通訊網路，它的關鍵標誌是能支援雙向、多節點、匯流排式的全數字通訊。以下是今天小編要與大家分享的：現場匯流排控制系統的構成與特點相關論文。內容僅供參考，希望能幫助到大家!

　　現場匯流排控制系統的構成與特點全文如下：
 

　　1.概述

　　現場匯流排的技術基礎是一種全數字化、雙向、多站的通訊系統，是應用於各種計算機控制領域的工業匯流排，因現場匯流排潛在著巨大的商機，世界範圍內的各大公司投入相當大的人力、物力、財力來進行開發研究。當今現場匯流排技術一直是國際上各大公司激烈競爭的領域，由於現場匯流排技術的不斷創新，過程控制系統由第四代的DCS發展至今的FCS***Fieldbus Control System***系統,已被稱為第五代過程控制系統。而FCS和DCS的真正區別在於其現場匯流排技術。

　　現場匯流排技術以數字訊號取代模擬訊號，在3C***Computer計算機、Control控制、Commcenication通訊***技術的基礎上，大量現場檢測與控制資訊就地採集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現場裝置。由於國際上各大公司在現場匯流排技術這一領域的競爭，仍未形成一個統一的標準，目前，在現場匯流排網路互聯都是遵守OSI參考模型。 現場匯流排控制系統是從八十年代中期發展起來的。經歷了十幾年的時間，現場匯流排控制技術已經被廣泛應用於汽車、造紙、紡織、菸草、機械、石油化工、電力、樓宇自控等各個控制領域。現場匯流排控制技術由於其巨大的技術優勢，被認為是工業控制發展的必然趨勢，將逐步取代傳統的PLC點對點接線的控制方法。

　　2.現場匯流排的主要產品 連線於總線上的產品，可以分為有源和無源兩大類。

　　2.1.有源產品 有源產品可以產生通訊訊號、響應訊號、調整訊號或者兼而有之。

　　有源產品包括以下部件：

　　2.1.1節點***Node***;總線上可以編址的裝置。

　　2.1.2匯流排模組***Bus Modulea***;任何形式的現場節點，可以使用端子或接外掛連線感測器、閥門、按鈕等各種現場裝置。

　　2.1.3閘道器***Gateway***;一種特殊的節點，用於兩面種不同的匯流排之間的訊號和資料變換。

　　2.1.4放大器;一種用於實時***加強***訊號，以精確複製原始訊號。連線同一匯流排的兩部分，解決通訊訊號在通訊線上由於電氣損耗而造成的衰減。當訊號變弱而不變形時可以使用放大器。

　　2.1.5中繼器***Repeater***;用於加強訊號，產生不變形的新訊號。連線同一匯流排的兩端，當訊號變弱或變形時可以使用中繼器。

　　2.1.6.橋***Bgridge***;有兩類橋。一種是用於連線同一種協議，不同傳輸速度的兩個段。另一種是一種智慧的中繼器，當通訊的源地址和目的地址位於不同匯流排段時，用於重複兩個段間的資料。橋必須被程式設計設定地址和相關的段。當橋讀地址時，要有幾個位的等待時間。橋可以應用於裝置級匯流排，但應用並不普遍。

　　2.1.7路由器***Router***;用於廣域網的高等級橋。這類產品很少應用於裝置級匯流排。

　　2.1.8有源多埠分接器***Active hub***多埠中繼器或放大器，以增加匯流排的分支能力。

　　2.1.9介面卡、介面模組***Interface card,interface module***;指閘道器的常用術語，作為PLC或PC到裝置及匯流排的介面。

　　2.2無源匯流排產品 無源匯流排產品包括：

　　2.2.1T型分支***Tee***;用於產生總線上的一路分支。

　　2.2.2無源多埠分接器***Passive hub***;多埠T型分支。

　　2.2.3終端電阻***Terminating Resistor***;安裝在匯流排的始端和末端的電阻，用於穩定和調整訊號。

　　2.2.4匯流排電纜***Busline***;連線節點，傳送資料的各種電纜。

　　3.現場匯流排控制系統的結構及其特點

　　國際電工協會***IEC***的SP50委員會對現場匯流排有以下三點要求：同一資料鏈路上過程控制單元***PCU***、 PLC等與數字1/ O裝置互連;現場匯流排控制器可對總線上的多個操作站、感測器及執行機構等進行資料存取;通訊媒體安裝費用較低。現場匯流排是一種序列的數字資料通訊鏈路，它溝通了生產過程領域的基本控制裝置***即現場級裝置***與更高層次自動控制領域的自動化控制裝置***即車間級裝置***之間的聯絡。現場匯流排控制系統主要包括一些實際應用的裝置，如PLC、掃描器、電源、輸入輸出站、終端電阻等。其它系統也可以包括變頻器、智慧儀表、人機介面等。

　　系統中的主控器***Host***可以是PLC或PC，通過匯流排介面對整個系統進行管理和控制。其匯流排介面，有時可以稱為掃描器。可以是分別的卡件，也可以集成於PLC中。匯流排介面作為網路管理器和作為主控器到匯流排的閘道器，管理來自匯流排節點的資訊報告，並且轉換為主控器能夠讀懂的某種資料格式傳送到主控器。匯流排介面的預設地址通常設為"0"電源，是網路上每個節點傳輸和接收資訊所必須的。通常輸入通道與內部晶片所用電源為同一個電源，習慣稱為匯流排電源。而輸出通道使用獨立的電源，稱為輔助電源。

　　系統中的輸入輸出節點雖然有許多不同的型別，但在應用中最常用的是24V直流的2線、3線感測器或機械觸點。該節點具有IP67的防護等級，有防水、防塵、抗振動等特性，適合於直接安裝在現場。另一個節點是端子式節點，獨立的輸入/輸出端子塊安裝在DIN導軌上，並連線著一個匯流排耦合器。該匯流排直流耦合器是連線匯流排的閘道器。這種型別的節點是開放式的結構，其防護等級為IP20，它必須安裝在機箱中。端子式輸入/輸出系統包含有許多種開關量與模擬量輸入/輸出模組，以及序列通訊、高速計數與監控模組。端子式輸入/輸出系統可以獨立使用也可以結合使用。

　　而節點地址連線一個輔助電源，該電源用於驅動電磁閥和其他的電器裝置。通過將輔助電器與匯流排電源分開可以極大地降低在匯流排訊號中的噪音。另外大部分匯流排節點可以診斷出電器裝置中的短路狀態並且報告給主控器，即使發生短路也不會影響整個系統的通訊。普通感測器等現場裝置可以通過輸入輸出模組連線到現場匯流排系統工程中，也可以單獨裝入匯流排通訊介面，連線到匯流排系統中。 匯流排電纜和終端電阻。匯流排電纜一般分為主幹纜和分支電纜。各種匯流排協議對於匯流排電纜的長度都有所規定，不同的通訊波特率，對應不同的匯流排電纜長度。同時，分支電纜的長度也是有所限制的。 網路的最後部分是終端電阻。在一些匯流排系統中。這個終端電阻只是連線到兩資料線的簡單電阻。它是用來吸收網路訊號傳輸過程中的剩餘能量。

　　3.1現場匯流排特點

　　與傳統的PLC點對點的控制方法相比，現場匯流排控制系統具有無可比擬的優勢。其特點包括：

　　3.1.1.具有較高的效能價格比。系統綜合成本及一次性安裝費用減少40%。由於導線、連線附件的大幅度的減少。使原來的幾百根，甚至幾千根控制電纜減少到一根匯流排電纜，從而也使接線端子、電纜橋架等附件大幅度的減少。所以設計、安裝、除錯、維護的費用大幅度地減少，維護和改造的停工時間減少60%。原來繁瑣的原理圖、佈線圖設計變得簡單易行;標準接外掛快速、簡便的安裝，使人力、物力大量的減少;強大 的故障診斷能力，使系統的除錯和維護工作量大幅減少。

　　3.1.2.系統性能大幅度的提高，使控制系統的檔次跨越了一個臺階，可靠的資料傳輸，快速的資料響應，強大的抗干擾能力。許多匯流排在通訊介質、資訊檢驗、資訊糾錯、重複地址檢測等方面都有嚴格的規定，從而確保匯流排通訊快速、完全可靠的進行。

　　3.1.3系統具有強大的自動診斷、故障顯示功能。診斷包括匯流排節點的通訊故障、電源故障，以及現場裝置和連線件的斷路、短路故障，從而迅速地發現系統的各種故障位置和狀態。

　　3.1.4採用數字訊號通訊，有效提高系統的測量和控制精度。各種開關量、模擬量訊號就近轉變為數字訊號，避免了訊號的衰減和變形。

　　3.1.5匯流排節點具有IP67的防護等級，具有防水、防塵、抗振動的特性。可以直接安裝於工業裝置上，大量減少了現場接線箱，使系統可靠性提高。 3.1.6本質安全型匯流排。更加適合直接安裝於石油、化工等危險防爆場所，減少系統發生危險的可能性。　

    　3.2拓撲結構

　　網路的拓撲結構主要有匯流排拓撲和自由拓撲兩種結構：

　　3.2.1.匯流排式拓撲結構：匯流排式拓撲結構如圖1所示：所有站點不需要經交換裝置，可直接連線到傳媒體上***即匯流排***，即所有站點共享一條公共的傳輸媒體，任何一個站點都能在此媒體上傳送傳播，並能被所有站點接收，因為所有站點共享一條公共傳輸媒體，所有在某一時刻只能有一個站點能夠傳送，與其他站點的傳送相競爭，故由載波監聽多路訪問/衝突檢測的媒體訪問控制器來控制。匯流排拓撲是由一條主幹線和若干條分支線及兩個匯流排***bus***終端匹配器。