現(xiàn)場總線技術在水廠自動化控制系統(tǒng)中的應用
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1.1 現(xiàn)場總線技術概述
現(xiàn)場總線（Fieldbus）是連接現(xiàn)場智能設備（如智能化的傳感器、變送器、測量儀表和執(zhí)行器等）和計算機系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、雙向傳輸、多點通信的底層控制網絡，用于完成智能設備之間以及智能設備與監(jiān)控計算機之間的數(shù)據交換，它融入了智能儀表、控制、計算機、網絡，數(shù)字通訊和開放系統(tǒng)互聯(lián)等技術的精粹，是一種高性能的通信技術。
現(xiàn)場總線技術是隨著控制、計算機、通信、網絡等技術的發(fā)展而發(fā)展起來的一種總線技術，現(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)引起了自動化系統(tǒng)結構的變革，它逐步形成以網絡集成自動化系統(tǒng)為基礎的企業(yè)信息系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是繼集散控制系統(tǒng)DCS之后的又一代控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是開放的、具有良好互操作性的和分散的雙向傳輸數(shù)字化互連網絡，是現(xiàn)代計算機技術、通信技術和控制技術的集成。目前，現(xiàn)場總線已在自動化領域發(fā)揮優(yōu)勢，是工業(yè)自動化技術發(fā)展的焦點，代表了自動化技術的發(fā)展方向。
1.2 工業(yè)以太網技術的發(fā)展與應用
以太網是目前世界上應用最廣的局域網技術。隨著Internet的發(fā)展，以太網已經成為事實上的工業(yè)標準，TCP/IP的簡單實用已深入人心，為廣大用戶所接受。目前不僅在辦公自動化領域內，而且各個企業(yè)的管理網絡也使用以太網。在工業(yè)控制領域，隨著儀器儀表智能化的提高和工業(yè)管理智能化的深入，系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒘勘貙⒃黾?，未來傳輸?shù)臄?shù)據可能以不滿足幾十個字節(jié)，甚至可以是WEB網頁，所以網絡傳輸?shù)拇笕萘吭诠I(yè)控制中越來越重要，而以太網可以滿足工業(yè)控制的這種需求。
另外，工業(yè)底層網絡的現(xiàn)場總線協(xié)議數(shù)目眾多，不同協(xié)議的兼容問題一直困擾工業(yè)界。底層網絡引入以太網不僅使現(xiàn)場層、控制層和管理層在垂直層方便集成，更能降低不同廠家設備在水平層面上的集成成本，所以以太網向現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的底層延伸是順理成章的。
1.3 基于以太網的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
由于嵌入技術使Ethernet能到達傳感器和執(zhí)行器，這使得整個網絡的瓶頸效應集中在應用現(xiàn)場總線的設備層上的問題得以解決，可構成如圖1所示的新型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
這個網絡的特點是：首先，Ethernet貫穿于整個網絡的各個層次，它使網絡成為透明的、覆蓋整個企業(yè)范圍的應用實體。它實現(xiàn)了辦公自動化與工業(yè)自動化的無縫結合，其良好的互連性和可擴展性使之成為一種真正意義上的全開放的網絡體系結構，一種真正意義上的大統(tǒng)一。其次，采用以太網作為現(xiàn)場總線，將保證技術上的可持續(xù)發(fā)展。由于以太網的廣泛應用，使它的發(fā)展一直受到廣泛的重視和大量的技術投入，保證了以太網技術的不斷發(fā)展。如果工業(yè)控制領域采用以太網作為現(xiàn)場總線，將保證技術上的可持續(xù)發(fā)展，并在技術升級方面無需獨自的研究投入。這一點是任何現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術無法比擬的。另外，低成本是基于以太網的現(xiàn)場總線系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)越性。相對于現(xiàn)場總線卡的價格，以太網網卡的價格只有其十分之一。并且隨著集成電路技術的發(fā)展，其價格還會進一步下降。由于以太網已被使用多年，人們對以太網設計應用有很多經驗，這就意味著可以顯著降低系統(tǒng)的開發(fā)和培訓費用。
隨著以太網的實時性、穩(wěn)定性和抗干擾問題的逐步解決，以太網大規(guī)模進入工業(yè)控制領域將指日可待。將以太網應用到工業(yè)控制領域，可以形成真正意義上的開放式系統(tǒng)，真正實現(xiàn)不同廠家的以太網產品互連。如果說現(xiàn)場總線系統(tǒng)是工業(yè)控制領域里的一場革命，那么以太網技術將現(xiàn)場總線系統(tǒng)帶入又一個新時代。以太網應用于工業(yè)現(xiàn)場設備層是網絡發(fā)展的趨勢，也是信息技術發(fā)展的必然結果。
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