现场总线技术及其在实际应用中存在的问题

2009-09-29 09:36:55来源: 互联网

  现场总线是从控制室连接到现场设备的双向全数字通信总线,简单理解就是通信总线一直延伸到现场设备。它是一个开放互联模型,可与以太网结合,通过Internet实现远程监视、控制、调试、诊断等。

  现场总线是计算机、通信、控制技术的融合,优点来源于三大特点:一是数字化,意味着数据传输更为便利,信息传输量增加,提供数据的可共享性;二是标准统一开放,利于共享,为不同网络互联扫清道路,提供互操作性;三是控制分散,简化网络体系结构,使互联更加便利。

  信号传输数字化是所有现场总线的基本特点,它使系统精度提高;现场设备的信息增加几十倍,可用于自诊断、系统调试和管理,提高系统的有效性;同一电缆挂接多台现场设备,可节省电缆70%~90%及施工量。但节省电缆只不过是现场总线技术表层的优点,因为DCS/PLC远程I/O也可达到类似效果,而从现场设备获得丰富的信息才是现场总线技术独有的本质优越性。

  标准统一开放是所有现场总线必需的特点,也是它与许多原来“专有”的通信总线的关键区别之一。它给用户带来的本质优点是打破了个别厂商的垄断,给技术以强大的支持群体,促进公平竞争,促进技术进步。DCS只做到操作站以上开放,控制层不可能开放,而FCS则做到系统从上到下全开放。不同总线开放的程度和难度都有所区别,简单的I / O总线开放的难度较低,而控制用的系统总线的开放互操作就很难。

  控制彻底分散是现场总线具有的突出特点。它给用户带来的实质优点是由高度智能的现场设备来分散完成DC S控制器的功能,弱化甚至省去了集中控制器的层次,可降低设备费用,使控制风险彻底分散,提高系统控制的自治性和可靠性。

  当然,现场总线也有难以发挥其优势的场合。在很长时期内,包括 DCS/PLC在内的许多控制系统和现行标准都会与现场总线共存,这和DCS 出现后乃至今天许多原有控制设备依然存在的局面相似。

  目前现场总线技术在我国的应用已取得很大进展,但也存在一些问题,制约了其推广。

  在工程应用方面,工程投资比较大。虽然各种现场总线都把节省费用当成自己的主要优点,但在实际应用中现场总线的投资比传统控制系统要大。一是试用的系统规模太小;二是试用的系统并不分散或者是利用原有布线的改造项目,因此无法充分发挥现场总线节省电缆的优势。

  其次,调试和运行维护比较难。由于现阶段熟练掌握现场总线的应用技术和开发技术的人才少,企业在调试和运行时经常会遇到困难。因此,企业在选择系统集成商时,应选择技术力量比较强,比较有经验的单位。

  再者,与传统控制系统相比优点不明显。以智能化现场仪表为基础的现场总线系统与传统系统相比,其优点不仅在于控制方面,更多的在于自诊断、自校正等自动管理方面。但是,目前国内用的系统大多数太小,没有把管理自动化和远程诊断功能纳入系统,因此无法发挥现场总线系统降低运行维护费用的优势。

  在技术方面,当总线切断时,系统有可能产生不可预知的后果,用户希望这时系统的效能可以降低,但不能崩溃,这一点目前许多现场总线不能保证;现有的防爆规定限制了总线长度和总线上所挂设备的数量,也就限制了现场总线节省电缆优点的发挥;系统组态参数过分复杂,不容易掌握。但组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。

  在应用中,现场总线的开放、互联性及互操作性决定了与之俱来的不可避免的安全问题。

  外部网是一个由现场总线实现的自动化系统,是和企业的Intranet 紧密结合在一起的,存在着与In ternet普通应用相同的种种威胁,包括窃听、盗取资料、非法获取控制权、进行破坏、阻碍通信等。要解决这些问题,必须建立起一套适合企业的针对现场总线应用的安全策略。

  在Intranet内部,人们容易放松警惕。由于现场总线多应用于化工、电气及楼宇自动化控制中,这些场合都要求系统连续运行,因此现场总线可能受到的攻击时间与普通应用相比长得多。

  基于安全情况,可以考虑将各子系统设计得较为独立,使一个子系统受到破坏不会影响到整个系统;采用通信控制器将总线与以太网相联,改善通信控制器的功能,可以起到一定程度的安全防范作用,包括拒绝非法访问,危险时将总线与以太网隔离等;进行合理的冗余设计,以提高系统稳定性。

  综上所述,现场总线并不是为解决传统控制系统不能解决的问题而出现的,它的主要优点是更灵活、更开放,并为采用新型系统维护方式和企业管理模式提供了可能。但对于以价格为首选条件的场合,系统规模较小、控制对象分布比较集中的场合,以及没有扩展设备智能诊断和管理要求的场合,现场总线并不一定是最佳选择。

关键字:现场总线  信号传输  标准

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2009/0929/article_2121.html
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