【內(nèi)容提要】此文介紹現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在機(jī)艙監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：集中監(jiān)視報(bào)警 現(xiàn)場總線 集散系統(tǒng) （DCS） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS從80年代中期發(fā)展起來，已被廣泛用于汽車、造紙、紡織、石油化工、電力等各個(gè)控制領(lǐng)域，現(xiàn)場總線是數(shù)字式雙向通信網(wǎng)絡(luò)，具有抗干擾能力強(qiáng)，設(shè)備簡單、可自由組態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，由于其可靠性高，結(jié)構(gòu)性好，可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，也開始逐步地應(yīng)用在船舶控制、監(jiān)視等系統(tǒng)中。它在船舶集中監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用價(jià)值。 1 現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1．1 現(xiàn)場總線的定義及特點(diǎn) 根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會(huì)的定義：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字雙向傳輸，多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)定義，現(xiàn)場總線是一種互聯(lián)現(xiàn)場自動(dòng)化設(shè)備及控制系統(tǒng)的雙向數(shù)字通信協(xié)議。一個(gè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS）可以看成是一個(gè)由數(shù)字通信設(shè)備和監(jiān)控監(jiān)測設(shè)備組成的分布式系統(tǒng)。實(shí)際上，現(xiàn)場總線就是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)智能化設(shè)備?，F(xiàn)場總線由網(wǎng)絡(luò)通信、功能模塊、對象字典和網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理等部分組成。它具有如下特點(diǎn)： （1）全數(shù)字通信 傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)（DCS）是半數(shù)字系統(tǒng)，許多I／O模塊接收或送出4～20mA模擬信號，而現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是一個(gè)“純數(shù)字”系統(tǒng)，信號傳輸實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，提高了信號的可靠性、準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了檢錯(cuò)、糾錯(cuò)功能。 （2）可操作性和互用性 可互操作是指實(shí)現(xiàn)互聯(lián)設(shè)備問、系統(tǒng)問的信息傳送和溝通，而互用性則意味著對不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換。 （3）完全的分散性 DCS是一個(gè)“半分散式”系統(tǒng)，它是采用多個(gè)分散控制單元對多回路進(jìn)行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每個(gè)控制板上又有多個(gè)回路。 現(xiàn)場總線采用的則是完全分散的體系，它的控制單元完全分散到現(xiàn)場，在現(xiàn)場總線中又同時(shí)允許在控制室中用數(shù)字通訊的方式進(jìn)行操作與調(diào)整。 1．2 現(xiàn)場總線的基本結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場總線系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成： 主控器：可以是可編程序控制器及個(gè)人電腦等設(shè)備，通過總線接口實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制。 總線接口：即網(wǎng)絡(luò)管理器。是一個(gè)卡件，用來作為主控器到總線的網(wǎng)關(guān)，管理來自總線上各設(shè)備的信息并將其轉(zhuǎn)換成主控器能讀懂的數(shù)據(jù)格式送到主控器。 輸人輸出設(shè)備：稱節(jié)點(diǎn)。它們連接在現(xiàn)場總線上。種類很多，根據(jù)不同的控制系統(tǒng)，它們可能是傳感器、數(shù)字式儀表、以及各種模塊等等。 現(xiàn)場總線上每個(gè)節(jié)點(diǎn)信息的傳輸和接收都需要電源，通常輸人通道與內(nèi)部芯片用同一個(gè)電源，而輸出通道使用獨(dú)立的電源。 2 利用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成的集中監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng) 2．1 FCS集中監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn) 船舶機(jī)艙監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)是機(jī)艙中很重要的一個(gè)系統(tǒng)，主要完成對機(jī)艙中各設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，在集控室的計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示并進(jìn)行越限報(bào)警。實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的集中監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)的一個(gè)重要條件，是需要具備結(jié)構(gòu)合理，傳輸速度快的通訊系統(tǒng)。以往的計(jì)算機(jī)集中監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)多采用集散系統(tǒng)。 隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展，它開始逐步地使用在機(jī)艙集中監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)中。上面提到，現(xiàn)場總線采用的是完全分散的體系，它的控制單元（節(jié)點(diǎn)）完全分散到機(jī)艙，并且可以自由組態(tài)，同時(shí)允許在集控室中用數(shù)字通訊的方式進(jìn)行操作與調(diào)整。 FCS集中監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)比之DCS系統(tǒng)，有很大優(yōu)越性。 結(jié)構(gòu)簡單，連線方便：采用現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)，各設(shè)備之間可以用雙絞線聯(lián)網(wǎng)，連線特別簡單。同時(shí)故障率低，通信波特率高。 設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及維護(hù)費(fèi)用大幅度減?。涸瓉頍┈嵉脑韴D、布線圖設(shè)計(jì)變得簡單易行；標(biāo)準(zhǔn)模塊使得安裝簡便，強(qiáng)大的故障診斷能力使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)不再是一件煩瑣的事情。 除此之外，F(xiàn)CS控制系統(tǒng)還具有抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適合于船舶機(jī)艙的惡劣環(huán)境。 2．2 FCS集中監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院機(jī)電系引人上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所的STI—VC2100MA船舶監(jiān)控系統(tǒng)用于自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行集中監(jiān)視報(bào)警訓(xùn)練。該系統(tǒng)采用了由美國Echelon公司開發(fā)的Lonworks現(xiàn)場總線技術(shù)，通過Lonworks網(wǎng)絡(luò)與作為主控器的主微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，由輸人模塊（數(shù)字量、模擬量模塊）完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)通過Lonworks網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街魑C(jī)進(jìn)行顯示報(bào)警及管理，系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)通過輸出模塊輸出到控制對象，顯示終端顯示測量參數(shù)?？偩€接口采用Lonworks總線通訊接口卡，各輸入設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部采用24VDC電源，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1： 本系統(tǒng)用一臺主微機(jī)作為主控器同時(shí)作為顯示終端。 輸入設(shè)備包括一塊16路數(shù)字量輸入模塊，可外接16路開關(guān)量信號：一塊4～20mA電流輸入模塊，接入16路4～20mA信號；一塊熱電阻測溫模塊，直接接16路熱電阻，采用三線制連接；一塊熱電偶測溫模塊，可直接接16路熱電偶，并具有冷端補(bǔ)償。 輸出模塊：一塊分組延伸報(bào)警板。 各模塊與主微機(jī)之間通過Lonworks總線相連。 該系統(tǒng)所完成的功能是：采集包括開關(guān)量、模擬量、熱電阻及熱電偶測溫信號，通過Lonworks通訊接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在主微機(jī)上進(jìn)行顯示，并進(jìn)行越限的聲光報(bào)警，應(yīng)答及分組延伸報(bào)警。 2．3 系統(tǒng)的軟件編程 四種輸入模塊（節(jié)點(diǎn)，NODE）直接接收現(xiàn)場不同性質(zhì)的信號，并利用Intouch軟件編程。Wonderwar Intouch是近年來發(fā)展起來的適合于監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)軟件，具有世界領(lǐng)先的HMI（Human Machine Inter．face），可提供一個(gè)查看和控制信息資源的單一的集成的視圖，使工程師、監(jiān)督人員、管理員和操作員通過表示生產(chǎn)過程的圖形顯示，進(jìn)行監(jiān)視并按運(yùn)營情況作出反應(yīng)。 Intouch可以方便地設(shè)置報(bào)警上下限值等參數(shù)，繪制各種圖形，在主微機(jī)上進(jìn)行測點(diǎn)表、條形圖及二次儀表模擬圖的顯示，當(dāng)越限時(shí)可通過編制的程序利用計(jì)算機(jī)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行聲光報(bào)警。Intouch中的DDE（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換）功能，可以使測點(diǎn)表中的數(shù)據(jù)及圖形隨現(xiàn)場中的實(shí)際數(shù)據(jù)變化而變化。除此之外，還可以通過設(shè)置參數(shù)、編制程序?qū)崿F(xiàn)報(bào)警延時(shí)、報(bào)警閉鎖和喚醒等多種功能。 Lonworks總線技術(shù)非常適用于船舶集中監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)，各模塊及主微機(jī)之間通過雙絞線聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)等方面都更方便，費(fèi)用也大大降低。同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的工作過程直觀易懂。另外，根據(jù)需要選擇模塊，模塊可進(jìn)行自由組態(tài)，且它們之間在監(jiān)控現(xiàn)場的布置也更為靈活。 Lonworks現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)為自由拓樸結(jié)構(gòu)，即可以以任意方式聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)線的長度可以達(dá)到2700m，所以可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng)，在實(shí)際教學(xué)中，可以通過簡單的聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各實(shí)驗(yàn)室之間的資源共享。 現(xiàn)場總線所具備一系列優(yōu)點(diǎn)，必將使之在船舶自動(dòng)控制及監(jiān)視系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) 1黎文安．基于現(xiàn)場總線的變電站監(jiān)控監(jiān)測的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)．<電子技術(shù)應(yīng)用>2000年第9期 2許慶星．現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及應(yīng)用．<電子時(shí)代）2000年第8期 原文請點(diǎn)擊下載：現(xiàn)場總線（Fieldbus）在機(jī)艙監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf