現(xiàn)場總線現(xiàn)在的應(yīng)用涉及很多領(lǐng)域，而且種類也很多，比如PROFIBUS，CAN，cBUS，F(xiàn)IELDBUS等等，每種現(xiàn)場總線都有其各自的應(yīng)用。我列舉些在工業(yè)控制等方面的實際應(yīng)用的例子，然后總結(jié)出他們各自的特點和相互之間的比較。 一．應(yīng)用PROFIBUS總線改造HWS靜壓造型線 對HWS靜壓造型線的電氣控制系統(tǒng)的改造，采用西門子SIMATIC全集成自動控制技術(shù)。采用S7—400 高速處理器和分布式I/OET200M結(jié)構(gòu)，并選用PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線通訊協(xié)議，構(gòu)成高速、可靠的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。整個控制系統(tǒng)的監(jiān)控部分，分為由OP170B所組成的現(xiàn)場級監(jiān)控和由高性能的工控機以及監(jiān)控軟件WINCC所構(gòu)成的上位監(jiān)控。 安裝在中控室的高性能中央處理器CPU414—2DP，是整個控制系統(tǒng)的核心部分，通過它完成與各子站ET200M、OP170B以及上位機的通訊，同時進行數(shù)據(jù)信號的收集和處理，完成對整個系統(tǒng)的自動控制。 分裝在各子站的分布式ET200M， 通過PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、過程控制、故障報警和聯(lián)鎖保護等操作和控制。 每個子站均配有一個可視化的操作面板OP170B，通過PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與中央處理器的數(shù)據(jù)交換，進而為現(xiàn)場操作者提供一個良好的操作和監(jiān)控界面。 中央控制室的上位監(jiān)控站選用SIEMENS公司專門用于工業(yè)場合的工控機PC BOX840和工業(yè)級監(jiān)視器SCM1995－R，具有較高的數(shù)據(jù)處理性能和極高的穩(wěn)定性、抗干擾性。工控機內(nèi)安裝用于連接PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線的CP5611通訊卡實現(xiàn)與主PLC的數(shù)據(jù)通訊，利用上位監(jiān)控軟件WINCC及時、準(zhǔn)確、形象地將現(xiàn)場設(shè)備狀況呈現(xiàn)在中控室的工作人員面前，便于對整條生產(chǎn)線進行監(jiān)控和管理。HWS靜壓造型線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見下圖。 二． CAN/LIN技術(shù)在車內(nèi)中的應(yīng)用 由于汽車內(nèi)的環(huán)境很復(fù)雜，如極高的電器噪聲、機械應(yīng)力、溫度和易燃性等特點，并且如果在網(wǎng)絡(luò)連接上出現(xiàn)任何的差錯都可能會造成嚴(yán)重的后果，甚至危及生命。因此，CAN標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)通信提供了如下保證：數(shù)據(jù)通信的可靠性，采用CRC校驗以及獨特的數(shù)據(jù)信號表示方式，并具有錯誤識別及自動重發(fā)功能；數(shù)據(jù)通信的實時性，數(shù)據(jù)傳輸速率高，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)享有占用總線的優(yōu)先權(quán)；數(shù)據(jù)通信的靈活性，多主戰(zhàn)總線結(jié)構(gòu)，各總線節(jié)點問可直接通信，面向數(shù)據(jù)塊的通信方式，通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，通過標(biāo)準(zhǔn)插接件可方便的連接。 LIN是面向低端通信的一類協(xié)議，主要應(yīng)用在通信速率不高的場合。LIN最初是作為汽車應(yīng)用提出的，主要應(yīng)用于車身電控單元的集成，將智能執(zhí)行器和傳感器連接到車身主體網(wǎng)絡(luò)等。通過單線的方式實現(xiàn)節(jié)點問的通信可大大降低汽車車身布線的復(fù)雜性，這也是LIN應(yīng)用的潛力所在。LIN最初的設(shè)計目標(biāo)是作為CAN的下層網(wǎng)絡(luò)，與CAN相結(jié)合構(gòu)成車輛的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個車身的主體網(wǎng)絡(luò)由CAN來架構(gòu)，而用LIN擔(dān)任局部通信 。車內(nèi)CAN/LIN總線應(yīng)用的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。 三． 注水井壓力檢測系統(tǒng)組成及原理 油田注水井壓力檢測系統(tǒng)主要由新型智能壓力傳感器、變送器、手持儀表、網(wǎng)絡(luò)通信線路和微機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等組成。每口注水井備有變送單元，通過HART通信接口與分檢測站主機互連。分檢測站主要負(fù)責(zé)壓力數(shù)據(jù)的收集工作，通過RS232接口與變送器HART通信模塊相接，對各注水井壓力數(shù)據(jù)進行收集。分檢測站將收集到的數(shù)據(jù)匯總，通過油田局域網(wǎng)上傳給中心站主機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理。整個系統(tǒng)的組成框圖如下圖所示。 參照以上的三個系統(tǒng)我們可以看到以下四種現(xiàn)場總線的特點，我把它們總結(jié)出來，可以看出它們各自的優(yōu)勢所在。 1．PR0FIBUS現(xiàn)場總線的特點： PR0FIBUS現(xiàn)場總線是基于國際標(biāo)準(zhǔn)EN50170的開放的現(xiàn)場總線，采用令牌調(diào)度原理進行數(shù)據(jù)通訊，主要包括最高波特率可達(dá)12M 的高速總線PROFIBUS—DP（H2）和用于過程控制的本安型低速總線PROFIBUS—PA （HI），DP和PA的完美結(jié)合使得PROFIBUS現(xiàn)場總線在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場總線。PROFIBUS既適合于自動化系統(tǒng)與現(xiàn)場信號單元的通訊，也可直接連接帶有接口的變送器、執(zhí)行器、傳動裝置和其它現(xiàn)場儀表及設(shè)備，對現(xiàn)場信號進行采集和監(jiān)控，并且用一對雙絞線或光纜替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜，大量節(jié)省了電纜的費用，也相應(yīng)節(jié)省了施工調(diào)試以及系統(tǒng)投運后的維護時間和費用。 2． LIN協(xié)議的優(yōu)點： LIN協(xié)議的最大優(yōu)點在于其不需要專用的硬件控制器，只是在SCI接口的基礎(chǔ)上添加了一套C語言API函數(shù)。用戶在開發(fā)LIN應(yīng)用程序時，并不直接讀寫微控制器內(nèi)部的寄存器，只要調(diào)用相應(yīng)的API即可完成同樣功能的操作。目前存在兩類API函數(shù)，即LIN API和Motorola API。LINAPI共2O個函數(shù)，可以完成包括系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)讀寫、節(jié)點上線/離線、中斷屏蔽等功能。Motorola API完全基于信息幀模式，通過LIN—Get．Msg和LIN—PutMsg對一幀信息進行操作，每一個節(jié)點的信息標(biāo)志符在編譯時通過頭文件進行配置，不需要其他輔助工具。 3． CAN協(xié)議的特點： CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由ll位或29位二進制數(shù)組成，因此可以定義2ll或229個不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協(xié)議采用 CRC （CRC——Cyclic Redundancy Check）檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設(shè)計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。 4． HART協(xié)議的優(yōu)點： 每一個HART儀表的數(shù)字信號中平均能提供3540項信息。要充分利用這些信息，唯一的條件就是要與HART儀表建立連續(xù)的、長期的通訊聯(lián)系。如果只是偶爾用手持器與HART儀表進行短時間的通訊，那么，HART協(xié)議的潛力是無法發(fā)揮出來的。一旦與HART儀表建立了長期的通訊聯(lián)系，將具備以下優(yōu)點： 1）便于儀表和控制回路的調(diào)試。 2）在系統(tǒng)運行時，協(xié)助運行人員做出正確的判斷，減少系統(tǒng)意外停車。 3）通過網(wǎng)絡(luò)進行現(xiàn)場儀表的維護管理，大大提高了儀表維護工作的效率。 4）利用HART儀表中的多個過程變量測量值，或者采用多掛接方式，可以節(jié)省儀表的數(shù)量。 參考文獻(xiàn) 《基于HART協(xié)議注水井壓力檢測系統(tǒng)的研究》 彭鐵根《自動化與儀表》2005（4） 《HART協(xié)議及在能源計量儀表中的應(yīng)用》 楊建國 《河南冶金》2005（8） 《基于CC—Link現(xiàn)場總線的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)》 朱凌云《自動化與儀表》 2005（5） 《現(xiàn)場總線（Fieldbus）在機艙監(jiān)視報警系統(tǒng)中的應(yīng)用》趙曉玲 《航海技術(shù)》2005（4） 《CAN總線的特點及應(yīng)用》呂當(dāng)俠《航空與航天》2005（3） 《CAN/LIN總線技術(shù)在車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究》朱華旭 《武漢理工大學(xué)學(xué)報》2005（10） 《應(yīng)用PROFIBUS總線改造HWS靜壓造型線》姜亦曉 《中國鑄造裝備與技術(shù)》 2005（10）《PROFI BUS現(xiàn)場總線通信協(xié)議研究》胥軍 《現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》2005（8）《基于PROFIBUS總線的數(shù)控系統(tǒng)建模與仿真》謝經(jīng)明 《制造業(yè)自動化》 2005（9） 《分布構(gòu)件計算平臺cBUS的研究與實現(xiàn)》周健《自動化與儀表》2005（9） 各種現(xiàn)場總線的系統(tǒng)應(yīng)用比較:PDF