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现场总线 [工业以太网在现场总线的应用]

工业以太网在现场总线控制系统中的应用

陈平 张安年（洛阳工学院）

摘 要：分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景，

指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控

制的要求，提出了在现场总线中应用工业以太网的研究

课题，并给出了一个工业以太网应用实例。

关键词：电力网络分析; 总线式结构; 控制系统

一、前言

现场总线控制系统（FCS ）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA 模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS 将成为21世纪控制系统的主流。

然而就在人们沸沸扬扬的对FCS 进行概念炒作的时候，却没有注意到它的发展在某些方面的不协调，其主要表现在迄今为止现场总线的通讯标准尚未统一，这使得各厂商的仪表设备难以在不同的FCS 中兼容。此外，FCS 的传输速率也不尽人意，以基金会现场总线（FF ）正在制定的国际标准［1］为例，它采用了ISO 的参考模型中的3层（物理层、数据链路层和应用层）和极具特色的用户层［2］，其低速总线H1的传输速度为31.25kbps ，高速总线H2的传输速度为1Mbps 或

2.5Mbps ，这在有些场合下仍无法满足实时控制的要求。由于上述原因，使FCS 在工业控制中的推广应用受到了一定的限制。当人们冷静下来对这些问题进行思考时，不禁想起了在商业网络中广泛应用的以太网。

以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它支持几乎所有流行的网络协议，所以在商业系统中被广泛采用。但是传统以太网采用总线式拓朴结构和多路存取载波侦听碰撞检测（CSMA/CD）通讯方式［3］, 在实时性要求较高的场合下，重要数据的传输过程会产生传输延滞，这被称为以太网的“不确定性”。研究表明［4］：商业以太网在工业应用中的传输延滞在2～30ms 之间，这是影响以太网长期无法进入过程控制领域的重要原因之一。因此对以太网的研究具有工程实用价值，从而产生了一种新型以太网—工业以太网。

二、工业以太网的研究现状

近年来控制与通讯工程师们致力于新型工业以太网的研究工作，其中有代表性的是FF 制定的快速以太网标准，其传输速度为100Mbps 。综观工业以太网的研究现状，出现了两个值得注意的发展方向［5］：以太网集线器和具有实时功能的以太网的协议。

1、以太网集线器

FF 将以太网技术加入到H2协议中，并以它作为H2的底层协议，其网络采用星型拓朴结构，如图1所示。

图中集线器（HUB ）［6］置于网络中心并通过以太网I/O接口挂接现场设备，其中实时现场仪表和普通现场仪表（通过通道组）分别挂接在不同的以太网I/O接口上。以太网I/O接口高速(约100 kHz)扫描所有实时现场仪表和通道组，然后传送数据包到上层控制器。

图1 FF 的集线器型工业以太网FCS 系统结构

通常普通控制算法在现场控制器中进行（可由上层控制器下载），而高级控制算法则在上层控制器中进行，其控制输出经以太网集线器和以太网I/O接口传输到现场执行仪表。由于实时现场仪表挂接在专用的以太网入口地址，并用完全分离的线路传输数据，

所以保证了实

时数据不会产生传输延滞和线路阻塞。

集线器作为网络的仲裁器，除了控制通信双方的传输时间外，还对传输的数据包进行优先级设置，使每条信息都包含传输优先级等实时参数。此外智能化的集线器还可以动态检测需要通讯的现场设备所在以太网I/O口，并为之提供数据缓冲区，这样可大大缩短现场设备的响应时间和减少数据的重发次数。集线器与其它集线器相连可实现不同网络之间的数据共享［7］。

经验证［8］这种采用以太网集线器技术的FCS 可使实时数据的延迟时间控制在200纳秒的范围之内，这已足以满足多数场合的实时控制要求。

2、在以太网的协议中加入实时功能

一些FCS 的生产商（如ControlNet 、Profibus 、Modbus 和Java 等）在开发自己的工业以太网FCS 时，在工业以太网协议中加入实时功能，此项技术被称为“地道”［9］，它其实仅仅是在设备中加入特殊的协议芯片，这里不做具体介绍。

3、工业以太网的研究课题

上述研究工作的进展为以太网进入FCS 提供了可行性，但要使以太网能在FCS 中发挥其强大的网络优势，以满足现代工业控制中日益增长的数据传输和信息传输种类（如语音、图象和视频等）的需要，

还有待于研究工作取得更大的突破性进展。目前的研究工作应集中解决以下两个方面的问题：

（1）尽快推出 FCS国际标准

当今的FCS 领域出现了世界各大厂商各自为战的混乱局面［10,11］。其中有影响的为Intel 公司的Bitbus 、德国的HART 和Profibus 、丹麦的P-NET 、Honeyvell 及AB 的WorldFIP 、Foxboro,ABB 和横河的ISP 、FF 的H1和H2和Echelon 的Lonworks 等。这种混乱局面是由于各大厂商为了抢占市场急于推出自己的产品，而FCS 的国际标准又迟迟不能出台所造成的。标准的不统一使各厂家推出的FCS 成为一个个“自动化孤岛”，不同系统和现场设备的兼容性都很差。FCS 的用户强烈呼吁尽快出台FCS 的国际标准，以期望实现FCS 的“世界大同”。

1994年6月WorldFIP 和ISP 联合成立了FF ，它包括了世界上几乎所有的著名控制仪表厂商在内的100多个成员单位，致力于IEC 的FCS 国际标准化工作。但由于部分成员为了自身利益，力图阻止FCS 的国际标准出台，形成了FF 的FCS 国际标准难以“一统天下”的令人担忧的局面。解决这一问题的途径是：一是要求FF 在其国际标准中推出完善的用户层和严格的互操作性的产品认证；二是提高用户抵制非国际标准的FCS 的自觉性。

（2）工业以太网向FCS 现场级的延伸

必须指出，图1所示的工业以太网FCS 中，其现场级总线的传输速度并不理想，这是因为工业以太网还只是在上层控制网络中应用，而许多厂商出于安全考虑，在许多技术问题没有解决之前，现场级尚未使用工业以太网，所以FCS 总体的传输速度没有什么质的飞跃。为了实现以太网向现场级的延伸，除了改进以太网的通讯协议之外，还需要解决网络的本安、现场设备的冗余和通过以太网向现场仪表供电等技术问题。

作者认为，在保留FCS 特色的基础上解决上述问题才能使工业以太网具有生命力。

三、工业以太网的应用实例

Bayer AG公司最近在其生产高度腐蚀性产品的化工厂中成功的在原现场总线（Profibus ）的基础上应用工业以太网的控制网络［12］，并且把所有的现场设备、控制器件和个人计算机工作站集成为一个高度可靠、低耗和实时的控制系统, 系统最大限度使用了数字化通讯和分布式计算技术［13］，其结构如图2所示。

图2 工业以太网FCS 的应用实例

图中主要的现场设备通过GE Field I/O连到控制系统，每个Field I/O可直接连接超过20个Foxboro Micro-I/A现场级控制子系统。Field I/O和Micro-I/A安装在靠近现场的全封闭式安全柜中。Micro-I/A可进行逻辑控制、批量控制和连续控制。现场仪表通过Field I/O设备连到工业PC 上（所有设备由西门子公司提供）。它除了进行逻辑控制和安全互锁外，还能实现过程点所要求的普通控制算法。工业PC 通过工业以太网和装有Microsoft Windows NT 操作系统的工作站进行通讯，在工作站保存高级控制算法，其控制输出通过以太网下载到需要高级控制运算的现场仪表。Foxboro"s I/A系列工业软件在工作站可为用户提供报警、数据趋势、历史记录、分析、报告和为操作者专门设计的可视化界面。

四、结束语

工业以太网的介入为FCS 的发展注入了新的活力，随着FCS 国际标准的推出以及有关技术问题的突破性进展，一个代表21世纪潮流的工业以太网的现场总线控制系统时代就会到来。

家用粉碎机哪个牌子好

家用粉碎机品牌有：牧羊、黎明、津印、博造、滤宝。

1、牧羊

公司主要产品有饲料工程、养殖工程、油脂工程、仓储工程、钢结构工程、农业机械等，具有提供农牧全产业链系统解决方案的能力。牧羊在粉碎技术、混合技术、膨化技术、制粒技术代表了国内饲料机械领域的最高水平。

2、黎明

黎明成立于1987年，是一家专业生产大中型破碎、制砂、磨粉设备，研、产、销三位一体的企业。10余种系列、数十种规格的破碎机、制砂机、磨粉机和移动破碎站是公司的主打产品，型号齐全，品质优越，广泛适用于矿业、建材、公路、桥梁、煤炭、化工、冶金、耐火材料等多个领域。

3、津印

津印成立于1998年，专业经营销售台湾NP，大津，CTC牌系列气动工具，产品包括气动板手.风炮.风批,风磨机，风磨笔，砂光机，喷枪，气钻，气铲，拉钉枪，风管，吹尘枪，吸尘枪接头等。是台湾在中国大陆的唯一代理商。国内有津印，佳华牌气动工具系列，大津割草机系列，下设有专门配套的研发地。

4、博造

博造成立于1999年，是专业生产和经营实验恒温设备，生物培养设备，电子加工设备，食品设备和农副产品加工设备的实体企业。

现有干燥箱、培养箱、高温箱、箱式电阻炉、工业运风烘箱、水浴锅、净化工作台、生物安全柜、粉碎机、铡草揉草粉碎机、饲料颗粒机、搅拌机等系列。

5、滤宝

滤宝成立于2004年，是一家专业研发及生产制造注塑机周边设备和液压过滤系统的公司公司拥有一支高素质、高技术的设计队伍，高精密的机床设备，确保加工综合能力及制造出高端的产品。

专业生产工业冷水机、模具控温机、料斗干燥机、箱型干燥机机、除湿干燥机、三机一体、塑胶粉碎机、塑胶混色机、自动填料机、机边粉碎机、斜度输送机、精密滤油机、滤油器、滤芯、螺杆料管、中央供料系统及注塑机配件等产品。

注意事项：

1、为了使用者的人身安全，电源必须接地线。

2、粉碎物必须干燥，不宜加工潮湿和油脂的中药。

3、粉碎的药物勿超过粉碎槽容量的一半。

4、一般中药粉碎只需半分钟，硬药粉碎一分钟即可。

5、本机不能连续长时间使用，每次开机时间不得超过5分钟。如果加工数量较多，应间隔使用，防止轴承过热，损坏电机。

6、上盖打开时，请勿启动开关。

7、长期使用后，碳刷和刀片如磨损严重，需要更换。

8、经常检查刀片的螺丝，必须紧固。

使用方法：

1、打开上盖（顺时针关，逆时针开）。

2、把干燥药物放入粉碎箱内。

3、将上盖关紧。

4、插上电源，打开定时器开关。

5、当滚动的声音比较均匀时，说明药物已粉碎成粉，即可关机。

6、打开上盖，倒出粉末。

压力传感器在工业安全柜中的应用原理是什么?

工业安全柜之所以能够在危险化学品等工业原料存储中表现优秀，这与其中重要电子元器件——压力传感器有着密切关系。以存储危险化学品或气体的工业安全柜为例，这类安全柜都需要设置有通风罩，通风罩可以利用风扇形成较小的负压，将危险或者有毒气体及时排出。这就要求压力传感器不仅高精度，而且要有稳定可靠性。国内的压力传感器厂商中，北京智芯传感的ZXP8系列微差压气体压力传感器在工业安全柜中有广泛应用。具体不妨百度一下。

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