現場總線與控制系統
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圖 2 LAN/ fieldbus網絡結構
工業自動化的標準有以下幾個方面 ：1現場總線標準 IEC61 1 58;2可編程邏輯程序語言IEC61 1 31— 3;3符合工業標準的硬件有開放式結構的 PC平臺，如 ISA,Compact PCI,PC1 0 4和 VXI等；4OPC及微軟的 COM,DCOM,DNA在自動化產品中應用非常廣泛，被認為是工業上的事實標準，另外，還有 Sun Connect,HTTP—HG等。
2.3 組態技術
組態技術主要指控制系統中的數據庫生成及控制算法組態。其中數據庫生成組態與各種硬件設備關系太密切，還沒有統一的標準，就 PL C本身來講，這部分一直是空白，也就是說，PLC所能提供的只是寄存器，它需要借助第 3方或專用軟件將其轉換成有意義的工程參數，對于 DCS,數據測點定義就完備多了。同樣地，控制算法組態方面，傳統的 PL C多數只提供梯形圖邏輯及少量的功能塊，并且與IEC61 1 31— 3不兼容，而 DCS具有全面的控制算法組態技術，包括梯形圖、助記符、功能塊及順序流程圖等。第 3方軟件支持商支持 IEC61 1 31—3并可以加載到部分 PL C中。開放式現場總線控制系統理所當然應具有組態技術,包括數據庫組態及控制算法組態，生成的參數及算法不僅可以在控制器中運行 (所謂 Soft PL C),還可以在遠程 I/ O或智能設備上運行，按照現場總線標準定義的功能塊可以在智能儀表及執行機構中進行運算，以實現真正的分布式控制。
3影響控制系統可靠性的幾個因素
3. 1 嵌入式控制與控制器的可靠性：控制系統的可靠性很大一部分依賴于控制器是否可靠。 PL C,DCS有其專用的控制器，開放式系統中建議的是標準的硬、軟件平臺。顯然 PC機和微軟的 Windows是一種選擇。工業 PC機經過多年的改 進已經比較可靠了,但故障還是會發生，其較差的運行環境適應能力和旋轉機械故障(硬盤故障)給維護帶來了困難。一種解決方案是用嵌入式 PC機如PC1 0 4結構的硬件平臺，這種平臺有較寬的運行環境,沒有硬盤，而且具有豐富的模件資源,支持以太網及現場總線網絡接口。從操作系統角度看,帶有實時擴展 (RTX)的 NT(如 Ventur Com公司提供的RTX NT)是在標準 PC平臺上用于實時控制的較佳選擇;但嵌入式控制中資源有限，即使是嵌入式NT也很難適應。Windows CE不失為一個嵌入式應用較好的選擇，特別是其 3. 0版本的推出，在確定性、實時性、優先級擴展能力及中斷服務延時、進程切換時間上有了顯著的提高，過程處理循環時間降到毫秒級。事實上一些公司已生產出采用 Win CE的控制裝置，如 Win PL C,GE公司的 CNC,Xycom自動化公司的 ASIC— 3000等 [4]。Win CE并不是唯一的選擇，許多實時操作系統非常成熟,已在通信Internet及電力等行業發揮了巨大作用,如p SOS,QNX,VRTX等，這些操作系統的共同特征是內核非常小,支持 BSP開發 (板級支持包 )及強大的網絡支撐功能,缺點是第 3方的支持軟件不豐富。采用嵌入式控制是提高控制器可靠性的重要保證。
3. 2 網絡的可靠性：現場總線從一開始就是為連接現場控制設備而設計的，充分考慮了其對各種運行環境的適應能力及實時控制中對確定性的要求，只要符合其制定的規范 (如通信速度、通信距離、物理鏈接等 ),現場總 線應該是可靠的。以太網成為工業網絡也可靠嗎 ?回答是肯定的。傳統的以太網結構使用總線將各個節點連在一起,允許同時將數據發送到網上，這樣就發生了沖撞，必須采用重發機制以達到相對高的成功率。這種機制導致非確定性 (non-deterministic),而控制系統需要確定性。以太網技術的發展增強了其通信的確定性，首先，在網絡拓撲結構上，采用星形連接及交換式Hub,交換式 Hub提供數據緩沖及具有確定接收數據的網段智能，使數據沖撞及重發機會最小化;其次,快速以太網 (100 Mbit/ s,1 Gbit/ s)的發展及網絡冗余技術使以太網更適應于實時應用;另外,改進的通信協議克服了 TCP/ IP協議中的緩沖器滿再發送及沖撞控制中的允許“丟”包等缺點。
3. 3 電磁兼容性與硬件設備可靠性：控制系統要適應惡劣的運行環境,必須滿足一系列電磁兼容性國際標準,IEC61 0 0 0— 4標準或我國等同采用的 GB/ T 1 762 6標準定義了應達到的電氣技術指標，這些標準包括 ：1浪涌 ：IEC61 0 0 0— 4— 5(GB/ T1 762 6. 5);2振蕩波抗擾度：IEC61 0 0 0— 4—1 2 (GB/ T 1 762 6. 1 2 );3靜電放電抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4— 2 (GB/ T 1 762 6. 2 );4電快速瞬變脈沖群抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4— 4(GB/ T 1 762 6. 4);5射頻場感應的傳導騷擾抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4— 6(GB/ T1 762 6. 6);6射頻電磁場輻射抗擾度 ：IEC61 0 0 0— 4—3(GB/ T1 762 6. 3)。
以上指標中定義了在不同控制電壓等級下及運行環境下應達到的技術標準，滿足這些標準將為控制系統的可靠性提供有力的保證。
4結語
我們處在一個主流系統與非主流系統各行其道、共享市場的時代,中國進入 WTO后,大量的外國公司產品及技術將瓜分中國的測控市場，包括電力系統自動化領域，競爭最激烈的應該是廠站自動化領域，特別是水電廠、火電廠控制系統。一方面大大小小的 PL C幾乎占領著整個水電廠監控領域，另一方面國外 DCS牢牢占據著大中型火電廠控制系統。我們迫切需要有自己的控制系統，以及適合國情的控制系統結構、硬件資源及軟件工具。這不僅需要科研人員的不懈努力,還需要市場的培育及支持。有理由相信,有中國特色的先進控制系統將在競爭激烈的自動控制領域占有一席之地。(end)
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