系统现场总线

系统现场总线（精选12篇）

系统现场总线 篇1

电力是当今经济发展的主要能源动力, 而电厂的安全、稳定运行将为我们的经济发展提供有力的保障。合理的发电厂电气监控管理系统的应用方式可以提高电厂运行管理水平, 降低项目投资, 减少运行费用, 可以有效的提高供电企业的经济效益。

1 概述

对于发电厂来说厂用电系统是电厂的重要组成之一, 厂用电系统的合理配置、布置, 设备的选型、操作和维护对电厂的安全满发, 降低运行人员劳动强度有着重要的作用, 直接影响电厂的经济效益。

由于DCS系统主要针对发电厂机炉过程控制设计的, 因机炉工艺系统复杂, 设备间联锁控制多, 操作频繁, 使得DCS需要集中相关数据进行逻辑运算和控制, 为确保DCS系统实时性要求, 常规进入DCS系统的信号 (与控制/调节有关) 须采用硬接线输入。受到DCS系统容量以及硬接线接入方式的限制, 电气信号进入DCS系统以简单的开关合跳操作为主, 加之部分开关状态信号和电气保护报警信号、以及少量电气参数监视。由于信息传输非常有限, 难以实现对高压/低压断路器、现场电气智能装置的运行维护和检修管理。

80年代中期, 随着微处理器及其相关技术的不断发展, 计算机系统控制技术也从“分散控制“发展到“现场控制“, 其理论基础是网络计算机理论, 技术基础是计算机网络通讯技术, 应用在厂用电监控上就是将电气设备保护测控功能分散就地实现, 后台系统通过通讯网络和就地综合保护测控设备通讯, 实现遥测、遥信、遥控、SOE、事故追忆等功能, 在大量数据的基础上实现分析和管理等各种高级功能, 节省大量电缆、变送器等传统设备。目前, 就地安装的电气二次设备绝大部分已实现智能化, 智能化现场设备的发展为厂用电系统采用总线方式进入电厂计算机系统提供了条件。

2 基于现场总线技术的机组电气监控管理系统 (ECMS) 设计方案

电气监控系统常规设计采用如下三种模式:

2.1 单元机组电气系统采用硬接线与通信相结合的方式进入DCS监控。

每台机组设置电气监控管理系统 (ECMS) , 将机组电气系统的发电机变压器组、单元机组厂用电系统和公用厂用电系统纳入该系统进行数据采集及管理, 电气系统与控制逻辑有关的信号采用硬接线接入DCS, 其他监测信号由ECMS通过通信方式上传给DCS, 在DCS操作员站实现对电气系统的监控, 电气监控系统另设工程师站, 对电气系统设备进行维护管理。

2.2 机组电气系统进DCS监控, 信号采集采用硬接线, 电气监

控管理系统在站控层除工程师站外还设置了监视管理站, 对电气设备进行监视和管理。本方案为解决与DCS通信的问题, 在控制室设置电气系统监视管理站, 这样电气系统的控制在DCS中完成, 与此有关的信息全部采用硬接线;而用于电气设备监视管理的信息则全部以通信方式送到电气系统监视管理站, 由其实现电气设备的正常运行监视及诸如事故分析、电量统计、保护定值整定等一系列运行管理功能 (其他管理及维护功能仍由工程师站完成) , 监视管理站与DCS间不再需要数据通信传输。

2.3 电气监控管理系统 (ECMS) 设置单独操作员站对电气设备进行监控。

在模式二的基础上, 本方案站控层除工程师站外, 还设置了独立的电气操作员站, 完成整个机组电气系统的监控, 并取消ECMS与DCS的通信接口。电气计算机控制系统的操作员工作站与DCS操作员站一起布置于集中控制室, DCS不再为电气系统专设操作员站。

对于发变组, 其与DCS的联锁和联系信号采用硬接线, 其它电气监控信号经测控装置以通信方式送入电气监控管理系统;对于高、低压厂用电源系统等, 所有电气量全部采用现场总线方式接入电气监控管理系统, 取消所有硬接线;对机炉电动机, 由于与机组热工系统联系紧密且需要在DCS中实现监控, 因此与机、炉逻辑有关的信息采用硬接线接入DCS监控, 其它电气管理信息则通过现场总线接入ECMS。

模式一:目前国内应用最多的控制方案, 该方案是基于电气系统进DCS监控并最大程度保证电气系统正常监控的可靠性而设计的, 有着比较成熟的设计及运行经验。但这个方案在几年的实施过程中也暴露出了一些问题, 最主要的一个就是与DCS间的通信问题:由于DCS系统结构在设计之初就是按不开放的系统进行考虑的, 其对外的通信接口仅仅作为特殊情况下进行少量通信之用, 所以当通信信息量较大时, 根本无法保证系统的可靠性和实时性;同时由于许多DCS系统对于通信信息只能作画面显示, 不能参与逻辑组态, 造成了部分电气设备控制逻辑不甚完善。调查目前投运电厂的运行情况, 电气监控系统与DCS的通信是制约整个电气设备通信速率及响应时间的一个重要因素。为了解决ECMS与DCS的通信问题, 同时满足部分业主要求电气系统进DCS控制的需要, 设计出现了模式二。

模式二:将DCS监控所需信号采用硬接线接入DCS, 另在控制室设置了专供电气设备运行监视及管理用的监视站;应该说模式二仅仅是一个过渡性方案。

为了更好的处理ECMS和DCS的接口问题, 并更加提高电厂电气系统控制管理水平, 采用电气监控系统单独设置操作员站, 取消与DCS的通信接口的方案, 即模式三。模式二、三的共同之处在于都不与DCS通信, 不同之处在于模式二中的电气设备控制在DCS中实现, 而模式三中的电气设备控制在ECMS中实现。

模式三:除解决与DCS的通信问题外, 由于基本取消了电气电源系统的硬接线, 使控制系统接线更加简单, 能最大程度地节省控制电缆, 进一步减小施工、安装、调试、检修和维护工作量;同时由于采集信息量的扩大, 使更多的电气管理功能得以实现。它将实时性要求高的断路器、接触器的控制及参与联锁所需要的位置状态经硬接线送至DCS的DO、DI卡件, 其余信息量通过现场总线主控单元与DCS对应的DPU进行通信, 或通过网桥通讯。即使通信受干扰, 甚至中断, 也不会影响操作及联锁, 确保了电厂的安全运行。

3 结束语

现场总线和计算机网络技术已经在工业领域和变电站得到了广泛的应用, 有多年成熟的运行经验, 其可靠性、实用性和优异的性能已得到认可, 成本也在逐步降低。发电厂采用电气监控管理系统所得到的社会、经济效益是无法量化的。

系统现场总线 篇2

基于现场总线的工业机器人监控系统研究

摘 要：机器人技术和企业信息化技术是提高制造业生产效率和工艺水平的两大关键技术。本文在分析现场总线网络控制技术的基础上，介绍了一种利用Lonworks总线将工业现场中各机器人联网的方案，在实现多机器人的协作及遥操作控制的同时，为企业信息化的实现创造了条件。

关键词：现场总线;Lonworks;遥操作;企业信息化 引言

机器人技术和企业信息化技术是当前国内制造业企业提高生产效率和工艺水平的两大关键技术，前者针对技术问题，后者则针对管理问题，是制造业进行技术革新和增效创利的重要途径，具有可观的经济效益和应用价值。

在现代制造业中的智能机器人技术集传感、控制、信息处理、人工智能和网络通信于一体，其功能日益强大，结构更趋复杂和完善，其所装备的各种传感器和执行器数量不断增加。而现场总线作为工业控制现场的底层网络，一方面面向生产现场的各种设备，可以使单个分散的现场机器人设备连接成能够相互通信和协作的网络式控制系统，另一方面又可通过企业的内部局域网实现生产数据的全厂传输和共享。目前，基于现场总线技术而建立的网络控制系统正成为我国大中型企业实现以信息化带动工业化的主要解决方案。Lonworks现场总线技术

2.1现场总线

现场总线是建立在网络化控制基础之上，应用于生产现场、在微机化测控设备之间实现双向串行多字节数字通信的系统，是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它面向于生产控制设备，多采用短帧方式传输数据，网络速率通常可达几k～10Mbps，具有良好的实时性。现场总线技术为构造网络集成式全分布控制系统提供了有效途径。

现场总线技术与集散控制相比，具有开放性、网络化信息共享、智能化、高度分散性、功能自治性和高可靠性等优点，可以大幅度节省硬件数量和投资，便于安装、扩展、维护。目前的现场总线技术主要有基金会总线Foundation Field-bus、PROFIBUS（DP、PA、FMS）、CAN、Lonworks、工业以太网等，每种总线都在网络协议、传输速率和距离、应用场合和站点个数限制等方面具有不同的特点。

2.2 Lonworks技术

Lonworks（Local Operating Networks）现场总线技术是由Echelon公司推出的一种先进的深圳稻草人自动化培训

开放式网络化控制技术，其结构简单，布线容易，易于扩容和增加新功能。对于用户各种不同的功能要求，只需选用不同的控制节点，利用其开发平台，编写相应的程序，连接到控制网上即可完成，在物理上不必对网络结构作任何修改。Lonworks是目前生产现场和智能楼宇等集散式监控系统中应用最为广泛的一种现场总线技术。

Lonworks支持多种传输介质和网络拓普结构，在使用变压器耦合接口FTT-10收发器，并采用双绞线的总线式结构时，可达到78kbps/2700m，并可通过中继路由器扩展传输距离。Lonworks网的节点数可达64个，并可通过桥接路由器扩展。各智能节点的数据传递在神经元芯片等硬件和网络的支持下，以网络变量的形式连接，每个节点最多可设置62个网络变量。按照Lonworks的标准网络变量来定义的数据结构，可以解决和不同厂家产品的互操作性问题。目前已有上千家公司推出Lonworks产品。

智能结点及其神经元芯片是Lonworks总线的基础部分，它们直接安装于生产现场，采集工业现场信号并输出控制量，同时通过网络上传和接收各种网络数据，其结构如图1所示。

一个智能控制器及其传感器和执行器构成一个结点（Node），它可连接各种I/O设备，如工业机器人系统的行程开关、力传感器、关节电机等。LonWorks的无主站点对点网深圳稻草人自动化培训

络方式，使其中任一节点的故障或关闭都不影响其它住户节点的正常运行，从而提高了系统的稳定度。且网络节点之间使用逻辑连接，使得系统中节点的增加、修改都很容易，便于系统调整和扩充升级。节点的核心是神经元芯片（neuron chip），它是通信处理、数据采集和控制的通用处理器，它通过运行芯片上的Neuron C应用程序来完成数据的采集、控制和网络操作的。基于Lonworks技术的机器人监控系统

3.1控制网络设计

在制造业的生产过程中，工业机器人加工流程之间需要紧密的配合与协作，因此各机器人之间的通信与传感器数据的共享必不可少，这一性能对生产中出现的异常情况，例如缺料、故障、卡死等的智能化处理尤为重要。传统的集中通信方式存在硬件结构复杂、现场布线困难、不易于扩展能力和实时性差等缺点，难以满足工业机器人高速、精密的协调化加工需要。为此，采用现场总线技术将众多分散的底层传感器和执行器连接起来，各底层控制器和监控级计算机都作为网络结点接入总线，构成具有高速数据通信和信息共享特点的控制网络。在控制网络中，各个控制级的智能结点都将相关的生产数据以网络变量的形式发送到现场总线网络中，监控主机和其它控制级的智能结点都可以根据程序设定对这些数据进行访问并分析处理，从而实现理想的全局监控效果以及各底层工业机器人在加工过程中的良好配合，尤其在生产线中的异常情况处理中，将会发挥重要的作用。对于有高级智能化信息处理功能的机器人和计算机，所有这些实时性数据都为进一步的传感器融合和信息融合创造了条件。

图2是一个制造业生产中应用LonWorks现场总线技术实现机器人联网监控的方案。系统中主干网采用总线式结构，将厂区内各车间与办公楼中的核心监控主机相连;各子网分布于车间内部，均采用环形结构，从而有效地克服网络断线故障带来的影响。每个子网都通过一个相应路由器连接到主干网上，实现与控制网络主机之间的通信。不同监控对象所用的传感 器和执行器类型不同，且分散分布于全厂各处，如采用一般的集散控制方式，很难将之连接在同一系统中，而Lonworks技术的开放性则能很容易地解决这一问题。生产加工中的各种监测信号分为两路，所获得的两组信号，一组连接在现场的机器人控制器内，实现相对独立的局部控制。另一组监测信号以及生产线上各机器人的控制信号则连接到分布于各车间的智能模块的I/O口上，通过现场总线实现数据的网络传输，以实现对机器人的现场控制深圳稻草人自动化培训

与网络遥操作相结合的监控体系。这样，当生产线中出现异常情况时，通过控制网络即可实现对多个机器人之间的工作协调，并进行异常情况的紧急处理;而当现场总线网络出现故障时，相对独立的机器人系统仍然可以正常地工作。

3.2系统监控与管理

经过智能模块的计算和转换，各种现场生产数据通过Lonworks网络送到监控中心的计算机，通过FIX或其它组态软件，以DDE动态数据交换（Dynamic Data Exchange）或ODBC开放式数据库互联（Open Database Connectivity）接收网上数据，生成数据文件并实时显示，实现对全厂生产现场各机器人的在线监控，并对异常信号还可以进行多媒体的声光报警。FIX组态软件编写的程序还可以对各智能模块的拆卸、断电和故障做出判断并报警。

为满足企业信息化管理的需要，可在插有Lonworks网卡的控制网监控主机的内部另外再插一块TCP/IP的企业内部Intranet网卡，利用FIX或其它组态软件实现企业管理中的生产数据共享。各相关的被授权部门则可通过企业内部网，根据各自的访问权限对生产过程进行远程监视。此外，组态软件还具备有自动生成报表的功能，可生成全厂和各车间的各类报表，各类信息数据都能直接提供给企业的管理人员，并在此基础上构建CIMS或ERP等形式的企业信息化管理系统，用以支持全厂和各车间管理与决策，其数据流向方式如图3所示。

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此外，制造业生产的管理具有双重性，根据产品加工过程流程进行的纵向管理，或者根据生产工艺类型和人员配备进行的横向管理。以机器人加工技术为代表的现代化生产线系统具有高度的连续性，从最初的元件或毛坯，经过多个生产环节的逐步的加工和装配，最后形成产品，整个过程前后连贯，其管理模式是纵向的。而另一方面，在同一工厂的不同车间中，各条生产线上都具有处于相同生产环节的机器人设备和操作维护人员，例如每条生产线上都有进料、装配和包装等环节，如果是生产同一种产品，则各生产线中各环节都是平行且相同的。为了以最高效率发挥人力资源，以便于设备的维护和生产的进行，同类生产和技术人员应能够分工管理分布于不同车间中的同一类生产工艺和设备，同时也可以减少生产线维修的备件数量。这样就可以最大限度的减少备用劳动力人员，由每车间一组备用人员精简到全厂多个车间共用较少组的备用人员，也就是横向化管理模式。

但这种纵横交叉的模式，在一定程度上增加了管理上的难度。应用现场总线这种网络化控制技术，可以很好地解决这一问题。通过FIX组态软件所制作的监控界面，既能按各车间生产线的实际加工过程进行监控，也能够将分布于厂区不同车间内的同类机器人加工过程放置在计算机的同一监控窗口之内，形成一个一体的“虚拟车间”，使处于不同车间的同类机器人的现场数据可同时显示于这个“车间”的内部，这样就可以灵活的配备生产、技术和维修过程中所需要的人员，并进行高效的生产物流控制，从而提高整体的管理效率。系统软件

4.1现场总线网络系统软件

Lonworks总线具有功能完善的软件平台，包括网络通信管理系统LNS和现场调试工具Lonbuilder等，其通信协议Lontalk采用ISO/OSI模型的全部七层结构，是直接面向对象的网络协议。在网络系统软件的支持下，用户只需要将网络的拓扑结构模型和各智能模块及其网络变量参数输入到监控主机的配置文件中，整个控制网络即可自行配置并运行。

4.2智能模块编程软件

各智能模块内部神经元芯片中的应用CPU、片内存储器和I/O接口构成现场总线的底层控制体系。应用网络开发语言Neuron C可以在网络的监控主机上编写各智能模块的内部程序，并可通过总线网络对程序进行下载或修改。

4.3监控组态软件

在现场总线的基础上，利用DDE动态数据交换或ODBC开放式数据库互联技术，可通过FIX、组态王等组态软件，开发出面向某特定应用生产现场的系统监控软件，实现对全厂生产现场各机器人的在线监控。同时，组态软件还可实现数据的远传与共享、历史数据显示、报表自动生成、异常情况报警等功能。

4.4企业信息化管理软件

现代制造业企业，一方面应是以机器人应用为特点的高精度、高效率、高质量自动化生产，另一方面应是以计算机集成制造系统CIMS和企业资源计划ERP等先进管理模式的深圳稻草人自动化培训

信息化生产。现场总线技术为生产层数据的网络化传输、存储和共享提供了条件，通过先进数据库软件、CAD/CAM软件、CIMS或ERP系统软件等，就可使信息化管理深入到从企业最高的管理决策层到最低的生产层中每一个环节。结束语

系统现场总线 篇3

【摘要】介绍了Profibus现场总线技术的主要特点，结合对气流烟丝在线膨胀系统的介绍，详细阐述了Profibus现场总线的网络拓扑、硬件配置、地址分配，以及软、硬件之间接口的通讯等实现的方法，并在网络组态完成之后如何进行网络诊断也进行了说明。

【关键词】Profibus现场总线；S7-400；主站；从站；CPU；上位机 DP诊断

制丝车间气流烟丝在线膨胀系统是烟草制丝工艺的一个重要环节（以下简称膨胀系统），它在改善烟丝结构、提高填充值等方面起着关键的作用。因此，为保证该系统可靠运行，将Profibus现场总线控制技术引入到电控设计中，使其成为现代化的自动控制系统，也是烟草设备现代化生产的具体表现和趋势。

1、Profibus现场总线技术

1.1Profibus现场总线概貌

随着制造业自动化和过程自动化分散结构的要求，应运而生了现场总线技术，它实现了将输入/输出模板、智能仪表分散到实际需要的现场设备附近，从而降低了工程施工、维护的费用，Profibus现场总线以其透明的通信协议和开放的通信接口，具有很强的兼容性并且可以实现与现场设备的数字控制和信息通信。

1.2Profibus现场总线的协议

Profibus现场总线有三种通信协议，即：Profibus?_DP、Profibus_PA、Profibus_FMS。在膨胀系统中应用了Profibus?_DP、Profibus_PA两种协议。

（1）Profibus?_DP是一种高速（数据传输速率为9.6Kbit/s-12Mbit/s）经济的设备网络，主要用于现场控制器与分散I/O之间的通讯，满足快速响应的时间要求。

（2）Profibus_PA采用IEC611582标准，传输速率为31.25kbit/s，确保了设备安全和通过总线对现场设备供电。

1.3膨胀烟丝网络总线拓扑结构

Profibus现场总线采用了线型结构，其特点是简明可靠，总线从主

干电缆分支到现场设备处，控制器扫描I/O站上的输入信息进行处理后，发出控制信号到输出通道，控制现场设备，图1是系统的拓扑网络图。

2、膨胀系统硬件结构

2.1硬件组态

由以上网络拓扑图可以在Step7中的SIMATICManager里新建工程项目，并在Hardware中进行硬件组态，如图2所示。

2.2CPU

作为DP主站类型一，CPU位于控制的中心，本系统采用了西门子416_2DP模板化的PLC，它具有强大的处理能力并集成Profibus现场总线接口装置，CPU可自动运行其中的程序，根据需要读取总线上的所有I/O模板的信息，控制硬件设备。

2.3上位机是主站类型二

本系统采用了GE公司17寸液晶触摸屏，通过现场总线接口卡CP5613A2，使工控机与现场总线相连，系统采用ifix3.5工控软件，能够提供了友好的用户介面，可根据实际需要进行编辑。

2.4主从站应用在系统中为了保证烟丝在制品的质量，在烟丝超级回

潮前加装了电子皮带秤，它由一台315_DP来控制，并通过DP口连接到网络上，与416_2DP主站的交换采用了MS方式。从站315_DP输出由开始地址为Q10，长度为6Byte的数据传送到主站，其发送的的信息被主站接受到开始地址为I100数据块中。同样，主站416_2DP输出由开始地址为Q10，长度为22Byte的数据传送到从站，被从站接受到开始地址为I10数据块中，从而实现数据交换。

2.5DP/PA耦合器

PA设备很容易集成到DP中，从而在现场构成完整的总线结构，它们之间是通过DP/PA偶合器连接的，主要用于现场恶劣环境下智能仪表传感器的信号采集，通过Step7软件很容易获取PA网上的故障信息和各地址上PA的数据信息值，以便于安装调试，如图3所示。

2.6变频器

在膨胀系统中根据生产的需要，对一些关键设备采用了可调速设计，如工艺风机、提升机、滚筒、齿轮泵等，本系统采用了丹佛斯的VLT5000/6000系列变频器，加装了DP网卡方连入网络，并通过GSD文件进行地址分配。

2.7水分仪

在制品烟丝的主要质量指标是水分，因此，准确、快速、智能的检测水分仪器在系统中是关键设备。可以上DP网，并直接传输

数据是选型的主要依据，因此，选用了NDC红外科技公司的710系列水分仪。

3、DP故障诊断

3.1拓扑诊断

在Step7通过切换控制菜单可以得到网络诊断信息，判断出哪一个站点没有连在网络上，以此可以进行有针对性的故障排除，如图4所示（红色斜杠的为没有连在网络上的站点）。

同样对PA网络也可以进行拓扑诊断。

3.2程序诊断

在程序中通过调用系统功能块FC125，也可以进行DP诊断如图5。

可以判断系统中站点的错误，并将信息通过DP网络传送到上位机中。

该项目已经安装调试完毕，在企业的设备现代化建设中起到了举足轻重的作用。

参考文献

[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术，机械工业出版社.

[2]FIX中文资料.北京递杰科进技术开发有限公司.

系统现场总线 篇4

现场总线技术顺应了“智能化, 数宁化, 信息化, 网络化, 分散化”的当今自控技术发展的主流, 是当今自动控制技术发展的热点, 代表了工业控制领域今后的一种发展方向, 使传统的控制系统无论在结构上还是在性能上出现巨大的飞跃, 形成厂新型的网络集成式全分布控制系统现场总线控制系统FCS (Fieldbus Control System) , 对传统的集散控制系统Dcs (Distribution Control System) 造成了冲击。现场总线正逐步在过程自动化, 制造自动化, 智能楼宇, 交通等各行业得到推广应用。

2 现场总线

2.1 Fieldbus技术特点

2.1.1 开放性、互操作性和互换性

遵循公开统一的技术标准, 可实现设备互操作性和互换性。也就是说, 用户可以把遵守相同标准的不同厂家、不向品牌、功能相同的产品集成在同一个系统内, 构成FCS, 并可在同功能的产品之间进行相互替换, 使用户具有了自控设备选择、集成的主动权。

2.1.2 数字化通信

现场设备具有数字通信功能。利用数字信号代替模拟信号, 其传输抗干扰性强, 测量精度高, 大大提高了系统性能。

2.1.3 智能化与功能自治性

智能化的现场设备可以实现多种先进的功能, 如简单控制功能、检测、变换、诊断和运算等, 可现场就地及时处理信息, 不使信息过多地往返于网络上传递, 提高传输速度和减小控制响应时间。

2.1.4 高度分散性

现场设备智能化, 实现彻底的分散控制, 位控制系统功能不依赖控制室的计算机或控制仪表, 而在现场完成, 简化了系统结构, 提高了可靠性。

2.1.5 适应性

指对现场环境的适应性, 含电磁环境, 气候环境, 机械环境。大部分现场总线结构是线状的, 且采用两线制实现供电和通信, 易解决网络供电、本安防爆等问题, 具有较强抗干扰能力。

3 DCS

3.1 DCS的产生

70年代工业的发展使生产过程日益复杂, 规模更加扩大, 在生产中采用原来的集中控制系统, 可靠性差, 出现事故时会中断生产, 为提高可靠性, 满足生产过程控制要求, 70年代初, 美国日本利欧洲等国开始研制集散型控制系统 (DCS) 。DCS是计算机、通信、CRT和控制技术的结合。

3.2 DCS的技术特点

系统的-些主要特点为: (1) 控制功能强。可实现复杂的控制规律, 如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等, 也可实现顺序控制。 (2) 系统可靠性高。 (3) 采用CRT操作站有良好的人机交互接口。 (4) 软硬件采用模块化积木式结构。 (5) 系统容易开发。 (6) 用组态软件, 编程简单, 操作方便。 (7) 具有良好的性价比。在DCS系统中, 测量变送, 执行器一般由模拟仪表来完成, 他们与控制室的监控计算机共同构成控制系统, 是模拟和数字混合系统, 可实现高级复杂规律的控制。

4 PLC

可编程控制器 (PLC) 是60年代发展起来的一种自动控制装置, 是一种嵌入式的工控机, 他以顺序控制为主, 回路调节为辅, 能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算功能, 既能进行开关量控制, 又能进行模拟量控制, 还具有通信功能。随着自动控制技术, 计算机技术和微电子技术的迅猛发展, PLC的发展十分迅速, 一方面继续开发简易, 价格低廉, 超小型产品, 另一方面转向大型、多功能、系列化、标准化、智能化产品的研制。在单台设备的自动化、多台设备自动化和整个工厂的生产过程自动化, PLC在其中充当着重要作用。

5 发展应用

当计算机网络技术, 特别是互联网技术得到广泛应用后, 人们对企业生产过程的控制提出了更高的要求, 企业与外界信息沟通的范围不断扩大, 这就需要把大量的现场信息送到外面, 又需要远程对现场进行诊断、维护和服务, 实现从现场控制到监控、管理、决策等各层次的信息交换和集成。现场总线顺应了这种要求的发展。

现场总线的优点为: (1) 系统功能扩充、结构改型方便。 (2) 降低系统部分成木。节省控制柜, 大幅度减少导线、电线桥架、接插件等, 系统结构简洁。 (3) 系统可靠性高。由于全数字化信号精度比传统的模拟信号高, 高度分散控制使风险得到彻底分散。 (4) 系统可维护性好。智能化的现场设备具有自诊断功能, 使设备的预防性诊断和维护得以实现。 (5) 用户具有高度的系统集成主动权。在传统控制系统集成中遇到的不兼容协议、接口等问题得到了解决, 用户可以自由选择不同厂商所提供的产品来集成系统。 (6) 提供更丰富的现场信息, 能够更深入地掌握现场生产过程情况、设备仪表信息。

作为开放互连系统的现场总线, 首先必须有统一的技术标准, 但由于诸多原因, 已经在不同领域形成了颇具影响的几大总线系列, 如基金会现场总线 (FF) 、LonWorks、PROF IBUS、CAN、HART等。当然, 多种现场总线之间的良性竞争, 有利于FCS技术的提高和发展, 也有利于产品价格的降低和用户系统投资成本的减小, 但是, 发展共同遵从的统一的国际标准, 是现场总线的发展方向, 也是广大用户的要求。现场总线是工业过程控制技术的发展主流, 可以说FCS的发展应用是自动化领域的一场革命, 也既要“革”传统仪表的命, 同时向传统DCS发出了挑战。对于DCS的发展过程, 因为受计算机系统早期存在的一些缺陷影响, 造成各生产开发商的产品自成一体, 较难实现互换和互操作, 系统也难了与外界进行信息交换, 这样对用户来说, 使企业的信息集成存在一定的困难;另外, DC3的控制分散也并不是彻底的分散, 控制功能是通过各个集中的过程控制站如PLC来完成, 许多方面的性能与FCS相比有较大差距。但是, DCS在当前情况下仍具有较强的生命力, 其理由为: (1) 近年来DCS技术的成熟以及/'泛应用, DCS在可靠性、开放性、标准化方面大大前进了一步。 (2) DCS的价格大幅度下降。 (3) DCS能够满足目前的生产控制要求, 用户习惯容易接受。 (4) FCS正在发展过程之中, 某些方面还不是十分完美。比如说现场总线的线状结构, 一旦总线某支路的电缆断了, 这条文路的运行就瘫痪了。又如系统组态铰复杂, 不易将系统设置到最佳状态等。 (5) 目前现场总线仪表与常规仪表相比价格仍然较贵, 硬要去追求潮流, 将企业现有的运行良好的传统仪器仪表更新成智能仪器仪表, 以及将DCS改换成FCS不是很现实的。基于亡述原因, DCS现在仍是大多数用户选择的主流控制系统。FCS作为一个完整的控制系统, 也需要具有类似于DCS那样的监控管理系统, FCS的发展不是对DCS的绝对否定, 既有在它们基础上对优点的继承, 又具有自己特色的变革部分。虽然传统DCS属非开放式专用网络, 但根据目前的实际情况, 将出现通过特殊的网关将DC3挂接在现场总线网段上, 或作为企业网络中的-个特殊的子网, 形成现场总线与DCS并存的局面。传统的DCS在-个过渡阶段内, 仍会在一个很长的时期内在工业控制领域发挥重要作用, 而且, DCS如果能融合FCS的优势技术, 将会是“柳暗花明又一春”。

6 结语

现场总线代表了一种有突破意义的新的控制思想, 它开辟了控制领域的一个新时代。FCS是工控领域发展的主流, DC3在很长时期内仍具有旺盛的生命力, 而PLC通过不断的发展, 将在工控系统中继续发挥它的强大的控制功能。作为最终用户, 希望的是选用顺应当前技术发展潮流, 系统投入、运行成本低, 可靠性高, 管理维护容易, 结构简单, 易扩充和具有高度系统集成主动权的控制系统。

参考文献

[1]廖常初.可编程程序控制器应用技术[M].重庆:重庆大学出版社.

现场审计实施系统介绍 篇5

1． 现场审计实施系统（AO）作用

随着审计工作的进一步深化，一些矛盾日益突出：审计任务日益繁重，审计力量和时间却相对不足；审查数据量日益庞大，资源利用率、工作效率却相对低下；被审单位信息化程度日益提高，审计技术方法却相对滞后等。这些矛盾，对审计工作的正常实施和审计工作的高质量完成带来了不可估量的影响。

《审计实施系统》是金审工程应用系统的另一个重要组成部分。根据审计业务实施方式的要求，《审计实施系统》又分为《现场审计实施系统》和《联网审计实施系统》两个子系统。金审工程一期建设中，完成了《现场审计实施系统》的建设，研究和试点了《联网审计实施系统》。《现场审计实施系统》又分为单机版（现场审计实施系统2005版）和服务器版（现场审计实施系统2005加强版）。

《现场审计实施系统2005版》是适用于各类审计业务的现场审计软件，包括审计项目管理、数据采集转换、审计抽样、审计分析、审计底稿、辅助工具、系统管理等七个方面的功能，还设计了实现审计现场与审计机关信息交互功能。该系统根据审计功能的通用性、审计业务的专业性、审计项目质量控制一体化的要求，采用了集各类数据采集和审计分析于一体的通用审计功能、集广大审计人员各类审计业务经验于一体的审计经验数据库和自动审计功能、集审计项目实施各环节管理于一体的质量控制功能。它采用Access数据库（最大数据处理2GB），方便处理中小数据规模的被审计单位电子数据。截至2005年底，该系统已在全国各级审计机关部署应用5万多套，在审计项目实施中发挥着积极作用。

《现场审计实施系统2005加强版》是在《现场审计实施系统2005版》基础上改造、升级而完成的。在《现场审计实施系统2005加强版》的客户端，保留、完善了单机版原有的主要功能；服务器端的主要功能是采集、存储、处理被审计单位的数据，并通过客户端分析存储在服务器上的数据。在服务器端通过安装SQL Server数据库，以全面提高数据处理能力。从2006年2月起该系统正在审计项目中试用。

《联网审计实施系统》是按照金审工程提出的“预算跟踪＋联网核查”审计模式要求规划的，是对关系国计民生且需要经常性审计的重点行业和单位开展网络环境下审计的系统。金审工程一期建设中重点进行试点和研究。为了研究解决联网审计中诸多的关键技术，审计署开展了国家863计划《计算机审计数据采集与处理技术》的课题研究，中国科学院知识创新工程《联网审计技术》课题研究；审计系统内部开展了《海关联网审计》、《中央预算执行联网审计》、《社保联网审计》等课题研究，取得了较好的研究和实验成果。金融联网审计的多年实践取得了显著成效，得到国务院领导肯定；海关联网审计试点应用引起了海关系统的高度关注；《计算机审计数据采集与处理技术》课题于2005年9月通过科技部组织的专家验收，给予了高度评价和滚动支持。金审工程一期联网审计试点和研究为金审工程二期重点实施联网审计提供了很好的研究成果和技术支持。

AO的作用主要表现在以下几个方面：

资源共享

主要表现在数据资源共享和审计成果共享

数据资源共享：审计组长在AO中建立项目，编制了审计实施方案，根据审前调查资料，在审计实施方案中，确定对计算机系统审计的步骤方法，确定重要审计事项和关键环节的计算机审计步骤和方法，明确电子数据采集转换的方案以及数据安全措施等，并明确了审计组成员的分工。然后根据方案，在AO中编制审计事项，设置了人员分工，导出项目信息文件给其他审计人员建立项目。使用AO数据采集功能导入，生成中间表，转换成电子账簿，导

出电子账薄分发给其他审计人员。

审计成果共享：一是审计人员在利用AO审计过程中的审计方法可以通过SQL语句或审计方法固化下来，并导出给其他审计人员使用。二是审计证据、疑点等打包导出给其他审计人员使用。三是一个完整的审计项目文档和数据打包导出，便于查阅和相互学习。

质量控制

利用AO对审计项目质量的控制表现在审计项目实施过程中的各个阶段。

1．审前调查阶段。审计过程中，常常因审前调查的时间受到限制等原因，对财务数据调查不充分而难以确定审计工作重点,运用AO现场审计实施系统将能使该问题得到改善。审前调查，审计组对其机构设置、人员状况、主要职责、预算编制程序及有关法规等基本情况进行调查后，一般无法对会计报表、账簿以及重要凭证进行全面系统的调查了解。可以采回被审计单位的财务数据，利用 AO 系统转换成电子帐套，通过账表分析、数据分析、审计抽样等功能进行筛选分析，抽查可疑电子凭证，对被审计单位财务活动状况进行全面系统的分析，充分了解该单位资金来源和资金走向，对审计疑点进行分类管理，并具以确定审计工作的重点及所需延伸审计的对象，为编制审计实施方案提供充分可靠的资料。

2．审计实施阶段。

审计组根据审前调查的结果，统一制定审计实施方案，确定重要审计事项和关键环节，明确数据采集转换的方案及数据安全措施等，明确审计组成员分工。在AO中编制审计事项，设置了人员分工，使用AO数据采集功能导入，生成中间表，转换成电子账簿。这样保证了审计项目基础信息的完整和统一，为后续的审计提供了可靠的基础。同时也避免了大量的重复劳动，大大提高了审计工作效率和审计质量。

审计抽样。对于以真实性为基础的审计来说，审计统计抽样是一种能大幅度提高工作效率、量化和控制审计风险、规范审计行为、提高审计工作质量的审计技术方法。特别是在内控制度较为健全、审计对象呈现海量数据、经验判断往往难以奏效的情况下，采用该技术方法开展，审计效果尤为显著，AO系统为我们采取审计统计抽样进行审计提供了可能。利用审计抽样与经验判断相结合的方法进行审计可以大大提高了审计工作效率和审计质量。

账表分析和数据分析功能。AO提供了强大的账表分析和数据分析功能，电子账簿分类和业务数据查找、筛选、抽样、整理等工作都能方便实现。审计人员可以结合传统审计经验，利用AO中科目明细账审查和会计科目审查及SQL编辑查询器的功能，直接审阅电子账簿和记账凭证，并通过设置查询条件，查询和筛选出所需要的数据，再针对抽查内容发现疑点，查阅纸质原始凭证，或询问有关人员，逐项落实。这样一来，不但有效减少了收集基础性资料数据的时间，使审计人员从大量的手工重复劳动中解放出来，也大大提高了审计判断的科学性和准确性，使手工审计条件下无法做到的详细审查成为可能，给查错纠弊带来了极大的方便。

审计人员还通过导出资料，整理后生成底稿或证据，同时每日编写审计日记，及时将资料打包给领导，领导可以随时掌握审计过程，确保审计方向和质量。同时也使得项目组成员有更多的时间和精力进行审计综合分析和开展项目交流，进一步提高审计工作的效率和质量。

3．报告复核阶段。

审计实施过程中，因审计人员专业技术水平、分析判断能力、工作测重点不同等原因，可能会造成审计问题的遗漏。如果能将被审计单位财务帐套和审计工作底稿一同报送复核机构审核，复核人员在审核审计工作底稿、审计日记的同时，能够利用从被审单位采集的财务账套从不同侧面对被审计单位财务状况进行全面、系统地审核分析，针对审计过程中可能出现的遗漏，可以在最后的复核阶段予以发现，这样就可以有效地保证每个审计项目的审计质量，降低审计风险。

AO功能简介

综合AO系统的各个功能模块，我认为AO系统主要有三大功能。

1．完整的账表自动转换功能

AO软件具有对用友、安易等多种较常用会计软件备份数据的采集和转换功能，审计人员可以一次性把被审计单位的备份数据，转换成审计人员可以识别、审计软件可以处理的账表数据；审计人员还可对其他非常用的财务软件通过采集数据库数据的形式或自定义模板形式将采集的财务数据转换成所需的帐表数据；被审计单位的业务数据采集与转换。

2．强大的数据分析功能

一是利用账表分析器对财务数据进行分析；二是利用SQL查询器、图表分析等通用分析器对财务数据和业务数据进行分析；三是利用AO软件提供的审计专家经验和审计方法进行分析，可自动选择用一条方法或多条方法进行审计，也可以由审计人员自己编制方法进行审计；四是审计抽样。

3．极具特色的项目管理功能

一是审计事项等基础信息以及审计日记、底稿和证据的编制和审计台账和报告的生成，二是采用标识关联技术，可以把电子审计证据方便地附在相关的日记和底稿之后。三是对日记、底稿和证据的修改、复核进行了权限规定，如：只有审计组组长、主审等具有复核权限的人，才具有审计底稿的复核权。实现了审计组内部、审计现场与审计机关之间的信息交互。这不仅强化了对审计项目的管理，而且丰富了审计管理系统（OA系统）的信息资源。为进一步提高审计项目管理水平，实现AO系统与OA系统的信息交互，该办还要求每个审计项目都必须利用AO系统提供的审计底稿、审计日志、审计通知书、审计报告等各种标准审计文书模板进行审计文书的管理。审计实施过程中，审计人员利用AO系统提供的功能完整记录审计的每一过程，定期上传到OA系统，便于办领导及审计组其他人员随时通过OA系统查看审计项目进展情况。年底，该办还以审计项目为单位，将各个项目信息收集、汇总、整理后打包上传，丰富了OA系统的信息资源。

二、系统管理

系统总线的历史 篇6

在计算机系统中，各个功能部件都是通过总线交换数据，总线的速度对系统性能有着极大的影响。而也正因为如此，总线被誉为是计算机系统的神经中枢。但相比CPU、显卡、内存、硬盘等功能部件，总线技术的提升步伐要缓慢得多。在PC发展的二十余年历史中，总线只进行三次更新换代，但它的每次变革都令计算机的面貌焕然一新。在下面的文字中，我们将向大家介绍计算机系统总线的详细发展历程，包括早期的PC总线和ISA总线、PCI/AGP总线、PCI-X总线以及目前主流的PCI Express、HyperTransport高速串行总线。

PC总线与ISA总线

PC总线是最古老的总线之一，虽然在它之前还有诸如MCA、VESA在内的多种总线规格，但它却是第一种被认可为广泛标准的总线技术。PC总线最早出现在IBM公司1981年推出的PC/XT电脑中，它基于8位结构的8088处理器，也被称为PC/XT总线。

PC总线沿用了三年多时间，直到1984年，IBM推出基于16位英特尔80286处理器的PC/AT电脑，系统总线才被16位的PC/AT总线所代替。而这个时候，PC产业已初具规模，加之IBM允许第三方厂商开发兼容产品，PC/AT总线规范也被逐渐标准化，并衍生出著名的ISA总线（Industry Standard Architecture，工业标准架构）。

与PC/AT总线不同，ISA总线采用8位和16位模式，它的最大数据传输率为8MBps和16MBps—今天来看这样的性能低得不可思议，但在当时8MBps的速率绰绰有余，完全可满足多个CPU共享系统资源的需要。既然是标准化的总线技术，ISA就基本不存在什么兼容性问题，后来的兼容PC也无一例外都采用ISA技术作为系统总线。ISA总线一直贯穿286和386SX时代，在当时，16位X86系统对总线性能并没有太高的要求，ISA也没有遭遇任何麻烦。但在32位386DX处理器出现之后，16位宽度的ISA总线就遇到问题，总线数据传输慢使得处理器性能也受到严重的制约。有鉴于此，康柏、惠普、AST、爱普生等九家厂商协同将ISA总线扩展到32位宽度，EISA（Extended Industry Standard Architecture，扩展工业标准架构）总线由此诞生—这是发生在1988年的事情。

EISA总线的工作频率仍然保持在8MHz水平，但受益于32位宽度，它的总线带宽提升到32MBps。另外，EISA可以完全兼容之前的8/16位ISA总线，用户已有扩展设备可继续使用，一定程度受到用户的欢迎。然而，EISA并没有重复ISA的辉煌，它的成本过高，且速度潜力有限；更要命的是，在还没有来得及成为正式工业标准的时候，更先进的PCI总线就开始出现，EISA也就成为附庸。不过，EISA总线并没有因此快速消失，它在计算机系统中与PCI总线共存了相当漫长的时光，直到2000年后EISA才正式彻底退出—而此时距EISA标准的提出已经过去了12年。

庞大的PCI总线家族

PCI总线诞生于1992年。英特尔推出486处理器，这个时候，EISA总线成为瓶颈，因为CPU的速度已经明显高于总线速度，但受到EISA的限制，硬盘、显卡和其它外围设备都只能慢速发送和接收数据，整机性能受到严重影响。为了解决这个问题，英特尔公司提出32位PCI总线的概念，并迅速获得认可成为新的工业标准。

第一个版本的PCI总线工作于33MHz频率下，传输带宽达到133MBps，比ISA总线和EISA总线有了巨大的改进，很好满足当时计算机系统的发展需要。而且PCI采用了独特的中间缓冲器设计，显卡、声卡、网卡、硬盘控制器等高速外围设备都可以直接挂在PCI总线中，再与CPU实现通讯，这种做法不仅满足了当时配件对系统总线的性能要求，也提供了相当的灵活性，其设计思想一直延续至今。在PCI发布一年之后，英特尔公司紧接着提出64位的PCI总线，它的传输性能达到266MBps，但主要用于企业服务器和工作站领域；由于这些领域对总线性能要求较高，64位/33MHz规格的PCI很快又不够用了，英特尔遂将它的工作频率提升到66MHz。而随着X86服务器市场的不断扩大，64位/66MHz规格的PCI总线理所当然成为该领域的标准，针对服务器/工作站平台设计的SCSI卡、RAID控制卡、千兆网卡等设备无一例外都采用64位PCI接口，乃至到今天，这些设备还被广泛使用。

不过，PC领域的32位总线一直都没有得到升级，工作频率也停留于33MHz，随着时间的推移，PCI总线又遇到新的瓶颈。1996年，3D显卡出现，揭开3D时代的序幕。由于3D显卡需要与CPU进行频繁的数据交换，而图形数据又往往较为庞大，PCI总线显得力不从心。看到这种情况，英特尔便在PCI基础上专门研发出一种专门针对显卡的总线标准，它就是大名鼎鼎的AGP总线（加速图形接口，Accelerated Graphics Port）。1996年7月，AGP 1.0标准问世，它的工作频率达到66MHz，具有1X和2X两种模式，数据传输带宽分别达到了266MBps和533MBps。AGP 1.0的出现，在一段时间内基本满足显卡与系统交换数据的需要，为早期的3D显卡广为使用，当然最流行的是AGP 2X模式，只能够支持1X模式的显卡非常罕见。

AGP 1.0大约只流行了两年时间，原因在于显卡技术发展日新月异，显卡单位时间要处理的数据呈几何级数成倍增长，AGP 2X提供的533MBps带宽很快又无法满足需要。1998年5月，英特尔公司发布AGP 2.0版规范，它的工作频率仍然停留在66MHz，但工作电压降低到1.5V，且通过增加的4X模式，将数据传输带宽提升到1.06GBps，这近乎是个飞跃性的进步。很自然，AGP 4X获得非常广泛的应用，这一点相信众人皆知。而与AGP 2.0同时推出的，还有一种针对图形工作站的AGP Pro接口，这种接口具有更强的供电能力，可驱动高功耗的专业显卡。很自然，AGP Pro成为专业显卡的接口标准，而一些高端PC主板也采用该接口，毕竟它可以完全兼容标准的AGP显卡，在应用上并无障碍。

AGP 2.0同样活跃了两年时间。2000年8月，英特尔公司推出AGP 3.0规范，它的工作电压进一步降低到0.8V，不过意义最重大的还是所增加的8X模式，这样，它便可以提供2.1GBps的总线带宽。可与前两代技术一样，AGP 8X标准没有辉煌太长时间，PCI Express总线的出现宣告PCI和AGP体系将被终结。但由于过渡不可能短时间完成，AGP 8X至今在市场上还非常活跃，尤其是在中低端领域还占据着主流地位。

而在另一方面，PCI总线也早已无法满足PC扩展的需要，发展新技术势在必行。用于PC环境的32位/33MHz规格PCI总线只能提供133MBps带宽，而且要求所有的扩展设备共同分享，这在九十年代初也许没有什么问题，但时过境迁，PC系统发生了巨大的变化，各个设备的接口速度暴涨，如硬盘接口速率超过100MBps，加上千兆网卡、磁盘阵列卡等高性能设备，133MBps共享带宽早已成为严重的瓶颈。而服务器领域虽然使用64位/66MHz的PCI总线，但该领域的千兆网卡、SCSI硬盘或SCSI RAID系统更是带宽占用大户，PCI总线根本无法满足要求。在这种背景下，开发彻底代替PCI的新一代总线势在必行，对此服务器厂商与PC厂商持有不同的看法，这也导致PCI-X和PCI Express两大标准的同时出现—前者专门针对服务器/工作站领域，采用平滑升级的方式获得高性能，可以称为PCI技术的改良；而后者则是一种革命性的高速串行总线技术，主要用于PC系统中，这也是我们接下来两部分分别要讲述的内容。

PCI-X锁定服务器领域

PCI-X总线由康柏、惠普和IBM等三家服务器厂商于九十年代末共同发起，后来提交给PCI SIG组织修订。这项工作耗费了不短的时间，最终在2000年正式发布PCI-X 1.0版标准，PCI-X宣告诞生。

在技术上，PCI-X并没有脱离PC体系，它仍使用64位并行总线和共享架构，但将工作频率提升到133MHz，由此获得高达1.06GBps的总带宽。如果四组设备并行工作，每组设备可用带宽为266MBps；如果只有两组设备并行，那么每组设备就可分得533MBps；而在连接一组设备的情况下，该设备便可以独自使用到全部的1.06GBps带宽。相对于64位PCI总线，PCI-X的提升相当明显，在它的帮助下，服务器内部总线资源紧张的难题得到一定的缓解。不过，PCI-X带来的变化不仅如此，它在总线的传输协议方面有许多重要的改良，例如PCI-X启用“寄存器到寄存器”的新协议—发送方发出的数据信号会被预先送入一个专门的寄存器内；寄存器可将信号保持一个时钟周期，而接收方只要在这个时钟周期内作出响应即可。而原来的PCI总线就没有这个缓冲过程，如果接收方无暇处理发送方的信号，那么该信号就会被自动抛弃，容易导致信号遗失。PCI-X的另一个重要优点在于，它可以完全兼容之前的64位PCI扩展设备，用户已有投资可以获得充分保障。平滑过渡的方式让PCI-X在服务器/工作站领域大获成功，并很快取代64位

PCI成为新的标准。

PCI-X 1.0没有辉煌太长时间，基于PCI基础改良的性质让它不可能彻底解决带宽不足的问题。2002年7月，PCI-SIG推出更快的PCI-X 2.0规范，它包含较低速的PCI-X 266及高速的PCI-X 533两套标准，分别针对不同的应用。同样，PCI-X 2.0并没有对总线架构做什么大改动，而只是将工作频率分别提升到266MHz和533MHz，以此获得更高的传输效能。PCI-X 266标准可提供2.1GBps共享带宽，PCI-X 533标准则更是达到4.2GBps的高水平。这两者最多都可以支持8组设备，扩展力相当强大；如果系统只安装4组设备，那么最高级的PCI-X 533标准允许每个设备获得超过1GBps的总线带宽，这完全可满足多路千兆以太网、光纤通道、SAS RAID系统的需求。此外，PCI-X 2.0也保持良好的兼容性，它的接口与PCI-X 1.0完全相同，可无缝兼容之前所有的PCI-X 1.0设备和PCI扩展设备。很自然，PCI-X 2.0成功进入服务器市场并大获成功，直到现在它仍然在服务器市场占据主流地位。

受到PCI-X 2.0成功的鼓舞，PCI-SIG组织在2002年11月宣布将开发PCI-X 3.0标准、也就是PCI-X 1066。据悉，该标准将工作在1066MHz的高频上，共享带宽达到8.4GBps、每个设备至少都拥有1.06GBps带宽。但十分可惜，这项计划后来并没有下文，原因很可能在于遭遇来自PCI Express阵营的冲击。

注：PCI-SIG（PCI Special Interest Group，PCI特别兴趣组）于1992年成立，为管理 PCI规范的行业组织，拥有900多个企业成员，核心成员包括IBM、英特尔、AMD、惠普、微软、Phoenix、ServerWorks和德州仪器（Texas Instruments）等八家企业。

PCI Express总线取代PCI

在服务器领域遭遇总线速度困扰的时候，PC系统也面临相同的问题，而业界也认识到诞生多年的PCI总线是时候退出应用舞台了。在2001年的春季IDF论坛上，英特尔公司提出3GIO（Third Generation I/O Architecture，第三代I/O体系）总线的概念，它以串行、高频率运作的方式获得高性能，而3GIO的体系设计也十分富有前瞻性，它将被设计为满足未来十年PC系统的性能需要。3GIO计划获得广泛响应，后来英特尔将它提交给PCI-SIG组织，于2002年4月更名为PCI Express并以标准的形式正式推出。它的效能十分惊人，仅仅是X16模式的显卡接口就能够获得惊人的8GBps带宽。更重要的是，PCI Express改良了基础架构，彻底抛离落后的共享结构，一个新的时代开始了。

在工作原理上，PCI Express与并行体系的PCI没有任何相似之处，它采用串行方式传输数据，而依靠高频率来获得高性能，因此PCI Express也一度被人称为“串行PCI”。由于串行传输不存在信号干扰，总线频率提升不受阻碍，PCI Express很顺利就达到2.5GHz的超高工作频率。其次，PCI Express采用全双工运作模式，最基本的PCI Express拥有4根传输线路，其中2线用于数据发送，2线用于数据接收，也就是发送数据和接收数据可以同时进行。相比之下，PCI总线和PCI-X总线在一个时钟周期内只能作单向数据传输，效率只有PCI Express的一半；加之PCI Express使用8b/10b编码的内嵌时钟技术，时钟信息被直接写入数据流中，这比PCI总线能更有效节省传输通道，提高传输效率。第三，PCI Express没有沿用传统的共享式结构，它采用点对点工作模式（Peer to Peer，也被简称为P2P），每个PCI Express设备都有自己的专用连接，这样就无需向整条总线申请带宽，避免多个设备争抢带宽的糟糕情形发生，而此种情况在共享架构的PCI系统中司空见惯。

由于工作频率高达2.5GHz，最基本的PCI Express总线可提供的单向带宽便达到250MBps（2.5Gbps×1 B/8bit×8b/10b=250MBps），再考虑全双工运作，该总线的总带宽达到500MBps—这仅仅是最基本的PCI Express ×1模式。如果使用两个通道捆绑的×2模式，PCI Express便可提供1GBps的有效数据带宽。依此类推，PCI Express ×4、×8和×16模式的有效数据传输速率分别达到2GBps、4GBps和8GBps。这与PCI总线可怜的共享式133MBps速率形成极其鲜明的对比，更何况这些都还是每个PCI Express可独自占用的带宽。

PCI Express 1.0标准推出之后，实用化开发也随之启动。2004年6月，英特尔推出完全基于PCI Express设计的i915/925x系列芯片组，而nVIDIA和ATI两家显卡厂商也都在第一时间推出采用PCI Express ×16接口的显卡，PCI Express时代正式来临。不久以后，nVIDIA、VIA、SiS、ATI、Uli等芯片组厂商也都纷纷推出新一代PCI Express芯片组，移动平台也进入PCI Express时代。PCI Express取代PCI的运动开展得如火如荼，这也是我们今天看到的情况。

HyperTransport总线

在系统总线家族中，HyperTransport应该是一个另类，原因是它只是AMD自家提出的企业标准，设计目的是用于高速芯片间的内部联接，但随着AMD64平台的成功，HyperTransport总线的影响力也随之扩大，并成为连接AMD64处理器、北桥芯片和南桥芯片的系统中枢—在这样的架构中，PCI Express总线反而不再承担中坚角色，只是承担设备扩展的单一职能，HyperTransport便理所当然成为AMD64平台的系统总线。

尽管是2004年才开始得到广泛应用，但HyperTransport的历史却极为悠久。早在1999年，AMD就着手进行设计，当时它被称为“LDT（Lightning Data Transport）”，意思是传输数据像闪电一样快速。2000年5月，LDT 1.0版发布，并被更名为HyperTransport。诚如前面所言，AMD开发HyperTransport的主要意图是为当时还处于设计阶段的K8处理器服务，比如两枚K8处理器构建SMP系统、K8与芯片组、芯片组的南桥与北桥等芯片间连接都需要高速总线，HyperTransport针对这些特定的场合；再者，它也可以作为路由器芯片与交换机芯片、高性能服务器内部的互联总线，具有相当高的灵活性和可扩充性，这一点也为后来的实际应用所证实。

在基本工作原理上，HyperTransport与PCI Express如出一辙，都是通过串行传输、高频率运作获得超高性能—不过正确的说法应该颠倒过来，因为HyperTransport技术早于PCI Express，后者其实是参照HyperTransport而设计。基本的HyperTransport总线为两条点对点的全双工数据传输线路（一条为输入、一条为输出），它的物理频率只有400MHz，AMD引入了DDR双向触发技术，因此其数据传输频率相当于800MHz；如果同时使用8对这样的串行传输线路（也就是8位），HyperTransport的双向数据传输率可达到1.6GBps；而如果采用32位设计，HyperTransport便能够提供6.4GBps的超高带宽。在2000年，如此高速的总线绝对令外界感到疯狂，而事实最终证明AMD的远见。

除了速度快之外，HyperTransport还有一个独有的优势，它可以在串行传输模式下模拟并行数据的传输效果。在当时，PC都是采用32位X86架构，系统内部数据都是以32位作为一个基本单位进行传输或处理；而改用串行总线后，接收方在接收数据时就得等32位数据全部到齐后才可进行转换和封包，这就给系统带来不必要的负担。HyperTransport总线很好地解决了这个问题，它采用一种特殊的分批方式，可以将32位数据预先分批组装—如果采用的是8位总线，那么32位数据会被分成4个批次发送，然后自动合为一体。这样在系统看来，数据都是以32位为单位传送的，它就能够直接调用，而不必像传统串行总线一样需要由系统干涉数据组装工作。

第一个采用HyperTransport总线的产品是nVIDIA在2001年推出的nForce芯片组，nVIDIA选择的是8位总线，南北桥带宽就达到800MBps—在当时，同类芯片组的南北桥带宽不过只有区区266MBps，nForce的高指标显得异常前卫。虽然nForce没有获得成功，但高性能的HyperTransport总线给外界留下深刻的印象。2002年，nForce2推出，这次nVIDIA取得了成功，HyperTransport真正进入实用阶段—不过，HyperTransport的真正辉煌还是在AMD的Opteron和Athlon 64推出以后。这两款处理器都采用32位、800Mz规格的HyperTransport总线与芯片组连接，总线带宽高达6.4GBps。由于Opteron和Athlon 64都直接整合了内存控制器，HyperTransport总线就只需要承担“显卡与CPU”以及“南桥I/O设备与CPU”之间的数据传输任务，6.4GBps带宽绰绰有余。此外，AMD为K8平台设计的AMD8000芯片组也采用HyperTransport技术，HyperTransport贯穿CPU、北桥和南桥，成为整套架构的中枢神经。不过VIA和SiS都拥有自己的南北桥总线技术，暂时未采用HyperTransport，nVIDIA的nForce3芯片组因采用单芯片设计，HyperTransport总线也与它无缘。

2004年2月，AMD推出HyperTransport 2.0，它的主要变化就是数据传输频率提升到1GHz，32位总线的带宽达到8GBps。AMD将它用于Opteron以及高端型号的Athlon 64 FX、Athlon 64处理器中，该平台的所有芯片组产品都迅速提供支持。带宽提升主要是为满足PCI Express总线的需求，我们知道，显卡的PCI Express ×16总线提供高达8GBps的带宽，而之前HyperTransport总线只能提供6.4GBps带宽，两者无法匹配，将HyperTransport提升到2.0标准非常有必要。此时，AMD的64位平台已经具有相当出色的竞争力，无论在服务器市场还是桌面市场，AMD平台都大举流行，而HyperTransport的影响力也日趋强大，在可见的将来，HyperTransport都将保持这样的发展势头。

后记

从PC总线到ISA、PCI总线，再由PCI进入PCI Express和HyperTransport体系，计算机在这三次大转折中也完成三次飞跃式的提升。与这个过程相对应，我们看到计算机的处理速度、实现的功能和软件平台都在进行同样的进化，显然，没有总线技术的进步作为基础，计算机的快速发展就无从谈起。今天，业界站在一个崭新的起点：PCI Express和HyperTransport开创了一个今天看来近乎完美的总线架构，未来十年的计算机都将奔腾在这样的基础之上。而业界对高速总线的渴求也是无休无止，PCI Express 2.0和HyperTransport 3.0都将提上日程，相信它们将会再次带来令人惊喜的效能提升。□

图1EISA总线传输架构，之前的ISA和后来的PCI总线均隶属于该体系。

图2虽然PCI总线已然落伍，但它的应用极为广泛，至今仍然是PC扩展设备的首选接口。

图3PCI-X总线已成为服务器主板的标准配备，主要用于千兆/万兆网卡、磁盘阵列卡、SCSI卡等需要高数据带宽的扩展设备。

图4PCI Express的全双工模式，可在同一周期内同时发送和接收数据。

图5 率先引入PCI Express总线的i915P芯片组，它可支持20个PCI Express传输通道（1×16＋4×1）。

AGP 1.0-3.0版本的技术规格对比

信号

协议

时钟频率

总线位数

带宽

兼容性

连接器

AGP 1.0

3.3V信号

管道处理+源数据时钟同步

66MHz

2倍

32Bits

533MBps

2X，1X

3.3V

AGP 2.0

1.5V信号

AGP 1.0+快写功能

66MHz

4倍

32Bits

1066MBps

4X，2X，1X

1.5V，通用

AGP 3.0

新的0.8V信号

AGP 2.0+新增与删除的信号

66MHz

8倍

32Bits

2133MBps

8X，4X

系统现场总线 篇7

基于上述原因,本文提出了基于多现场总线的无线传感系统的设计方案。高性能的STM32处理器搭配Zigbee无线模块,再加上各种传感器,既可以实现对一块区域的温度、湿度等实时监控,又可以实现将采集的数据无线传输给主站,从而实现主从站的无线通信。

1 系统的总体架构设计

多现场总线的无线传感网络系统结构如图1所示,设计分为三个部分:多协议从站接口、数据传输(Zigbee模块)、数据采集(无线传感器模块)。通过该从站接口可以实现不同协议主站与从站进行通信。

2 从站接口方案设计

单片机+通信协议芯片的方案具有开发周期短、可靠性高的特点被广泛应用。特别是专用通信协议芯片的出现,再加上高性能的单片机组成的硬件电路为从站的开发提供了一个良好的硬件平台。本设计就是基于单片机+通信协议芯片解决方案的一个很好的实例,利用通信协议芯片的数据收发单元完成DP主站和从站的通信。

2.1 从站接口硬件设计

按照本设计的思路,从站接口硬件结构。按照功能可划分电源模块,微处理器模块,RS485通信模块,RS232通信模块,通信协议芯片与主控芯片连接模块。电源模块负责整个系统电源的供给。微处理器模块的主要任务是初始化芯片和启动VPC3,是系统运行的核心。RS485和RS232通信模块完成物理层的协议通信。VPC3将信息变成符合协议规范的信息经过485驱动传到profi bus总线。利用STM32标准的通信接口实现基于MODBUS协议的RS485通信。

2.2 从站接口软件设计

该部分相当于主站和无线从站通信的一个中转站,为保证其性能,按功能分成两个部分,一个是profi bus主站和从站的无线通信,另一个是modbus主站和从站的无线通信。

Modbus主站和无线从站之间的信息可以透明传输,从站只需要将无线数据和主站直接互相转发即可。

Profi bus总线传递的数据量大,为了保证系统的实时性,必需利用VPC3协议芯片作为数据收发单元。微处理器对VPC3进行控制,从而实现profi bus总线通信。

3 无线传感器方案设计

该部分的设计主要采用主控芯片STM32+无线模块Zigbee+传感器芯片的结构。可以划分为四个部分:传感器部分,数据处理部分,数据传输部分和电源管理部分。

3.1 无线传感器硬件设计

3.1.1 数据处理部分

本部分采用ST公司推出的STM32系列芯片STM32F103CB为主控芯片。

3.1.2 传感器部分

温度、湿度、光照等传感器采集到的信号均为模拟量,通过运放电路转换成满足STM32F103CBADC输入范围的电压信号,输入到芯片的ADC模拟输入通道,转换成数字量。

3.1.3 数据传输部分

该部分主要实现STM32转换来的数字量的采集,经过简单的处理后,发送给上一级节点(Zigbee模块),最终完成PLC和无线传感器的主从站的无线通信。

3.2 无线传感器软件设计

无线传感器模拟量要经过A/D转换成数字量,Zigbee模块实现对该数字量的采集,经过简单处理后上传至上层Zigbee模块,同时也可以收到上层的命令:开始或停止采集数据等。

A/D采样主要完成以下几个部分:

初始化。主要是STM32F103CB芯片的初始化,完成寄存器等的配置。

AD转换。通过AD转换通道完成模拟信号到数字信号的转换。

数据接收和发送。将转换后的信息发实时的发送给无线模块。

4 总结

本文从应用的角度介绍了满足多总线协议的无线传感系统,并给出了多协议从站接口的硬件和软件设计,无线传感器部分的软件和硬件设计。该部分的高效率应用为整个系统的开发奠定了基础。虽然该系统可以较好的实现该功能,但仍需进一步的改善,如本系统用得无线模块是基于Zigbee的,希望今后在减小延时性和抗干扰方面有所发展。

摘要：结合工业现场应用的需要,设计了一种基于多现场总线的无线传感系统。系统以STM32系列的微处理器为核心,设计了满足多总线协议的从站接口和无线传感两个部分。利用STM32和通信协议芯片的通信接口可实现基于MODBUS协议和PROFIBUS协议的RS485通信,利用无线模块将传感器采集的信息传输给主站可实现主从站无线通信,克服了传统主从站通信受限于基于单一通信协议、有线通信扩展性和移动性差等缺点。

关键词：PROFIBUS,MODBUS,Zigbee,无线通信,现场总线

参考文献

[1]徐红燕.基于STM32F103实现ProfibusDP从站软核的研发[D].温州大学。2012.

[2]夏继强,梁超众,耿春明.PROFIBUS-DP主站网关设计及其关键技术[J].北京航天航空大学学报,2011.8(32).990-997.

[3]吕鑫,王忠.Zigbee无线数据传输模块的设计和实现[J].安徽师范大学学报,2010.4

电厂电气现场总线控制系统的应用 篇8

关键词：电厂,电气控制系统,总线

引言

随着我国电力行业的高速发展, DCS的应用也越来越广泛, 但DCS主要完成的是汽轮机、锅炉的自动化过程控制, 对电气部分的自动化结合较少, DCS一般未充分考虑电气设备的控制特点, 所以无论是功能上还是系统结构上, 与网络微机监控系统相比在开放性、先进性和经济性等方面都有较大的差距。

1 电气现场总线控制系统的监控对象

电气现场总线控制系统的监控对象主要有:发电机-变压器组, 其监控范围主要包括发电机、发电机励磁系统、主变压器、220k V断路器;高压厂用工作及备用电源, 其监控范围主要包括高压厂用工作变压器、起动-备用变压器等;主厂房内低压厂用电源, 其监控范围主要包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器等主厂房的低压厂用变压器;辅助车间低压厂用电源;动力中心至电动机控制中心电源馈线;单元机组发电机和锅炉DCS控制电动机;保安电源;直流系统;交流不停电电源。

2 电气现场总线控制系统的特点

2.1 电气参数变化快

电气模拟量一般为电流、电压、功率、频率等参数, 数字量主要为开关状态、保护动作等信号, 这些参数变化快, 对计算机监控系统的采样速度要求高。

2.2 电气设备的智能化程度高

电气系统的发电机-变压器组保护、起动-备用变压器保护、自动同期装置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型, 6k V开关站保护为微机综合保护, 380V开关站采用智能开关和微机型电动机控制器, 所有的电气设备均实现了智能化, 能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双向通信。另外, 电气设备的控制一般均为开关量控制, 控制逻辑十分简单, 一般无调节或其它控制要求, 电气设备的控制逻辑简单。

2.3 电气设备的控制频度较低

除在机组起、停过程中, 部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外, 在机组正常运行时电气设备一般不需要操作。在事故情况下, 大多由继电保护或自动装置动作来切除故障或进行用电源切换。且电气设备具有良好的可控性, 这是因为电气的控制对象一般均为断路器、空气开关或接触器, 其操作灵活, 动作可靠, 与电厂其它受控设备相比, 具有良好的可控性。

2.4 电气设备的安装环境较好且布置相对集中

电气设备大多集中布置在电气继电器室和各电气配电设备间内, 设备布置相对比较集中, 且安装环境极少有水汽或粉尘的污染, 为控制设备就地布置提供了有利条件。

3 电气现场总线控制系统配置

每台机组配置现场总线控制系统 (fieldbusco nt rol sys-tem, FCS) , 将机组电气系统的发电机-变压器组、单元机组厂用电系统和公用厂用电系统都纳入FCS, FCS作为DCS的一个子系统, 在DCS操作员站实现对电气系统的监控, 并通过冗余配置的通信服务器在站控层与DCS进行连接。

3.1 网络结构

电气FCS采用分层、分布式计算机控制系统, 在系统功能上分层, 设备布置上分散。网络结构为3层设备2层网方式, 3层设备指监控主站层、通信子站层和间隔层, 2层网指连接监控主站层与通信子站层的以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线网。监控主站层由双冗余的系统主机、工程师站、网络交换机和负责与DCS及厂级监控系统 (SIS) 通信的双冗余通信服务器等组成, 通信子站层主要由安装于电气继电器室的多串口通信服务器和安装在各配电室的通信管理机组成, 间隔层设备主要包括安装在电气继电器室、6k V开关柜和380V开关柜的智能测控装置、综合保护测控装置、电动机控制器和智能仪表等。通信管理机与监控主站采用双冗余的光纤以太网连接, 与间隔层设备可根据设备情况采用Profibus, LON, CAN, 工业以太网或其它现场总线进行连接, 其主要功能除完成对各综合智能测控单元的数据进行管理外, 还完成实时数据的加工和分布式数据库的管理工作。公用厂用电系统的站控层以太网独立组网, 通过通信网关分别与机组自动化系统以太网连接, 共用单元机组的工程师站, 并通过软、硬件闭锁手段只能接受一台机组控制系统的操作指令。

3.2 数据采集

对发电机-变压器组、高压厂用变压器及起动-备用变压器, 除少量模拟量信号、高压侧断路器、隔离开关、接地开关位置信号、控制回路断线及允许远方操作信号、发电机-变压器组及起动-备用变压器所有控制量信号采用硬接线直接与DCS连接外, 其它监测信号均通过专设的测控装置接入FCS, 再以通信方式送DCS。电气专用装置如发电机-变压器组及起动-备用变压器保护、电压自动调整装置 (AVR) 、同期装置、故障录波、厂用电快速切换、柴油机、直流系统以及交 (直) 流不停电电源 (UPS) 系统等均设有通信接口, 通过多串口通信服务器接入FCS。

电厂厂用电源分高压厂用工作及备用电源、主厂房低压厂用电源系统和辅助车间低压厂用电源系统, 主厂房低压厂用电源包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器及其380V配电装置等, 辅助车间低压厂用电源包括输煤系统、工业废水处理站、翻车机、循环水系统、补给水系统变压器及其380V配电装置等。为与本工程水、煤、灰辅助系统集中控制的思路相适应, 辅助车间厂用电源系统均纳入机组DCS监控。针对热控水、煤、灰单独设置控制点的方案, 辅助车间380V电源系统也可纳入相应可编程序控制器 (PLC) 控制。

为使控制系统接线更加简单, 对主厂房重要厂用电源如6k V厂用电系统及锅炉、汽轮机、主厂房公用系统等, 采用硬接线和现场总线相结合的采集方式, 即重要DI信号 (如断路器合闸位置、断路器跳闸位置、允许操作、故障) 和DO信号 (如断路器合闸指令、断路器跳闸指令等) 保留硬接线, 回路其它所有信息均通过现场总线以通信方式送入FCS及DCS;而对机组不重要厂用电源如检修、照明、电除尘及辅助车间厂用电系统等, 取消厂用电电源系统全部的硬接线, 完全采用通信方式进行监视和控制。

对单元机组电动机, 由于与机组热工系统联系紧密, 采用硬接线和现场总线相结合的采集方式, 同时, 要保留和监控逻辑有关的重要信息, 采用硬接线的方式, 接入DCS中进行监控。FCS采集的供电气系统分析管理的信息如各保护整定值、故障时电流和电压波形等数据, 送入FCS的工程师站进行分析处理, 不送入DCS, 但可以通过独立的通信接口送入SIS和管理信息系统 (MIS) 。

4 结束语

随着电厂自动化水平的不断提高, 电气系统采用计算机控制已成为当前设计的主流, 控制方式也从单纯的DCS监控逐步向具备故障分析、信息管理、设备管理、自动抄表、仿真培训等高等级运行管理功能的方向发展, 由此又推动了现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用。将FCS应用到火力发电厂控制过程有利于提高火力发电厂电气系统的自动化水平, 节约工程投资, 值得大力推广应用。

参考文献

[1]李虞文.火电厂计算机控制技术与系统[M].北京:水利水电出版社.2003.

[2]张建.计算机测控系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社.2004.

系统现场总线 篇9

目前采用现场总线通讯方式的控制系统开始广泛应用。Profibus (Process Field Bus) 是以ISO7498为基础, 以开放式系统互连网络OSI (Open System Interconnection) 作为参考模型, 定义了物理传输特性、总线存取协议和应用功能。由于只采用物理层、数据链路层DDLM和应用层, 使它具有良好的高速性和经济性。采用Profibus-DP的太阳能光伏发电追日控制系统是一种高效、经济的控制系统与分散式I/O设备之间通讯的系统。使用Profibus-DP模块取代24 V或4 m A~20 m A的串联式信号传输。直接数据链路层DDLM提供的用户接口, 使得对数据链路层的存取简单方便, 是一种优化了的设计。传输介质采用RS-485传输通讯屏蔽双绞线电缆[1]。

1 光伏板自动追踪太阳光系统

为充分地提高使用太阳能光伏发电的效率, 太阳能光伏发电板应垂直正对太阳光, 而太阳光的方位角和倾斜角一天中相对一个地点是变化的, 因此为了使太阳能光伏板随时得到最大的太阳光幅射量, 系统利用多台电机去控制多组光伏电池方阵的方位角和倾斜角以达到光伏板追日目的, 获得最大太阳光能源。针对以上情况, 本传送系统采用西门子PLC S7-300作为中心控制器, 并由西门子公司的Micro MASTER440变频器与PLC构成PROFIBUS-DP现场总线控制系统, 控制3台变频器分别驱动太阳光伏板的方位角和倾斜角电机, 以实现同步追踪太阳光, 其光伏板自动追踪太阳光模型见图1。

2 系统硬件配置

2.1 硬件组成

a) 西门子PLC S7-300 CPU315—2DP (6ES7 315-2AG10-0AB0) 组成主站, 包括:电源模块PS307 24VDC10A (6ES7 307-1KA00-0AA0) , 2块模拟量输入/输出SM334 (6ES7 334-0CE00-0AA0) , 1块数字量输入/输出SM323 (6ES7 323-1BH01-0AA0) ;

b) 总线传输介质。RS-485屏蔽双绞线;

c) 变频器。Siemens Micro MASTER440 (6SE6420-2UD13-7AA1) 内嵌通讯模块6SE6400-1PB00-0AA0;

d) 传动设备。异步电动机。

2.2 网络组态

a) 新建项目。在STEP7中创建一个工程项目, 并插入新对象SIMATIC 300站点, 进入“HW Config”窗口, 按硬软安装次序和订货号依次组态插入机架RACK-300的导轨Rail、电源模块PS307 24VDC 10A、CPU315—2DP, 2块模拟量I/O模块SM334、1块数字量I/O模块SM323, PLC通过Profibus-DP与变频器MM440组态连接见图2, 在基于PROFIBUS-DP的玻璃输送线控制系统中, PROFIBUS-DP采用RS485传输技术。其数据传输速率设置为1.5 Mbps, S7-300作主站, 主站DP口地址设为2, 采用Profibus DP协议进行通讯, 可以满足多电机同步传动控制的要求, 实现系统的高速通讯能力[2,3];

b) 组态从站。3台Siemens变频器MM440 (内嵌通讯模块6SE6400-1PB00-0AA0) 作为PROFIBUS-DP现场总线系统的3个从站连接到DP网上, 都选择PPO1通信报文, 设置的从站DP口地址和通信地址见表1。

3 设置变频器参数及通信编程

a) 变频器参数设定见表2;

b) S7-CPU 315-2DP PLC处理器提供的通信。 (a) 主站将控制数据 (如电机速度设定、接触器吸合及断开等) 发送到传动装置; (b) 传动装置的数据 (如电机转速、接触器触点的通断等) 通过通信传送到主站PLC指定的寄存器地址。在OB1中调用功能块SFC14和SFC15, 完成对3个从站变频器数据的读和写, PLC主站向变频器从站“读”和“写”数据见图3, SFC14从变频器中“读”取过程数据到PLC, SFC15是PLC向变频器“写”控制数据, 都遵循PROFIBUS-DP协议[4]。

4 结语

基于PROFIBUS-DP的太阳能光伏板追日跟踪系统的多电机同步传动方向控制系统研究与开发, 利用PLC直接通过数字通讯模式, 按照一定采样周期进行信息的输入、处理和输出, 简化了系统外围模块, 缩短了控制周期, 稳定性好, 扩展性好, 同时提高了在线监测、运算和驱动能力, 增强了系统的抗干扰能力, 控制精度和工作可靠性进一步提高。另外, 可以通过通讯模块将变频器相关参数读到PLC机, 可根据实际情况做出相关的比较和调整, 完成预期的通信和控制功能, 系统运行良好, 最大限度地应用了太阳光, 充分提高了太阳能的应用效益, 提高了经济效益, 取得了满意的效果。

摘要：介绍了基于Profibus-DP的太阳能光伏自动跟踪系统设计, 以西门子公司PLC及变频器为相关设备的现场总线技术应用, 以西门子S7-300可编程控制器为主控制器对西门子变频器实时控制, 详述了Profibus总线的硬件配置, 给出了基于Profibus总线技术的变频器控制方案, 实践证明系统运行稳定、可靠。

关键词：光伏自动跟踪,现场总线,S7-300可编程控制器,变频器

参考文献

[1]李建平, 王晓冲, 谢敬华.基于PROFIBUS-DP总线的智能铝箔退火炉温度控制系统[J].仪表技术与传感器, 2007, 5 (5) :70-73.

[2]孙鹤旭, 梁涛, 云利军.现场总线控制系统的设计与开发[M].北京:国防工业出版社, 2007.

[3]张伦兆, 王庭有, 胡建军, 等.基于PROFIBUS总线控制系统PLC对变频器的控制[J].机械研究与应用, 2008, 10 (5) :114-115.

系统现场总线 篇10

数控系统的网络化发展要求其控制接口由模拟、脉冲方式向总线方式转变[1,2,3]。现场总线支持数据双向传输,可简化线缆,具有传输速率高、传输距离远、抗干扰能力强等优点,实时性和可靠性较高,适合数控机床发展对高速、高精度加工的要求[4]。

在现场总线技术发展过程中,对其性能评价、实时性等的研究一度成为热点[5,6,7,8],而对于现场总线时钟同步的研究却较少,这使得现有的时钟同步协议都存在不同程度的问题。常用的时钟同步协议主要有两种[9]。一种为网络时钟协议NTP。NTP用于一台计算机与一个时钟源的时间同步。这种同步方法简单,适合于计算机网络的时间同步,但同步精度较低,一般在毫秒级。另一种网络时钟同步协议为IEEE1588。IEEE1588是将分散在测量和控制系统内的分离节点上独立运行的时钟同步到一个高精度和高准确度的协议,但该协议实现复杂,占用通信带宽大。

数控系统中的通信网络具有特殊性,即为一主多从,主站为CNC,从站为伺服驱动器或I/O设备,网络拓扑具确定性。通信具有实时、周期性等特点。基于以上通用现场总线时钟同步存在的问题和数控系统通信的特点,笔者开展了现场总线时钟同步方面的研究,以提高数控系统中各设备的时钟同步精度和效率,进而提高数控系统的加工精度。

1 数控系统同步通信需求

基于现场总线的数控系统结构如图1所示。现场总线分为主从端两个通信设备,主设备以板卡的形式插入CNC中,从设备一般直接集成在伺服驱动器或I/O的硬件板上。CNC的命令通过现场总线发给指定的伺服驱动器或I/O;伺服驱动器或I/O的响应也通过现场总线传递给CNC。

在进行机床加工时,CNC中的插补器按照固定的插补周期(如1ms),将被加工的空间曲面分解成离散的位置插补点(平面曲线形成的插补点如图2所示),然后将位置插补点的各轴分量分别发送给各进给轴的伺服驱动器,各进给轴伺服按照指定的位置指令运动,最终合成所需要的空间曲线。为了控制调节或监测,各进给轴的相关信息也要上传给CNC。插补位置命令和进给轴的位置反馈要满足同步实时(第三类实时:通信周期小于1ms,同步抖动小于1μs [7])的要求。

如果各轴间不能精确同步,则会出现空间位置点的偏移。如图2所示,加工路径由空间插补点a、b、c代表,如果在第2个控制周期通信的过程中,轴x和轴y没有精确同步,即点b(xb,yb)的x轴分量xb和点y轴分量yb没有同时生效,产生了时间差,则空间点b就偏到了点d。

在数控加工中,刀具在工件表面所走过的路径(刀具路径)至关重要,因为被加工工件的轮廓误差主要取决于刀具路径[10],所以为了满足数控系统对高精度目标的不断追求,必须提高面向数控系统应用的现场总线通信的同步精度。

2 数控系统现场总线时钟同步协议

数控系统通信的网络结构在系统设计时确定,正常工作时不发生变化,所以主站与各从站间的通信延时也是确定的。基于此,本文设计了较为简单高效的现场总线时钟同步协议。

该协议分为从站通信延时测量和时钟同步两部分。从站通信延时测量由主站发起,主要完成主站到各从站间通信延时时间的测量,并将该延时作为参数通知给相应的从站。从站通信延时测量只在通信连接建立前进行,一旦测量完成,在网络结构不变的情况下,此通信延时不会变化,所以在后续的通信过程中可以一直使用。时钟同步也由主站发起,周期性地校对各从站的时钟,使各从站的时钟能准确高效地与主站时钟同步。

2.1从站通信延时测量

如图3所示,从站通信延时测量分为两个阶段。第一阶段为延时测量,主站向从站发送一个请求帧(REQ),帧内容为请求延时测量,同时记录下主站发送时刻T1。从站接收到请求延时测量帧后发送应答帧(ACK),内容为延时测量应答。主站接收到延时测量应答帧后,记录下接收时刻T2,所以主站到从站的单向通信延时Tdelay=(T2- T1)/2。第二阶段为延时通知,主站向从站发送通知帧INFO,帧内容为测量并计算出的从站通信延时信息,从站接收到通知帧后解析出主站到从站的通信延时,将其作为以后时钟同步时的校准时钟。

2.2时钟同步

时钟同步过程如图4所示,主站在周期通信的开始,发送一个广播的同步帧(SYNC),同步帧内容为同步帧发送时刻的主站当前时间,每个从站接收到同步帧后,从中读出主站发送该同步帧时刻的时间,并根据前阶段测量到的通信延时,计算出当前时间,然后对各自的时钟进行校准。由于同步帧中只含有一个时间,帧长度小,且同步帧的广播不需要从站应答,所以时钟同步过程占用的通信带宽极小。因此可以在每个通信周期中都进行时钟同步,从而能够提高各站的时钟同步精度。

3 数控系统现场总线时钟同步机制设计

基于上述时钟同步协议的时钟同步机制的设计,主要包括通信模型的建立、主站通信调度过程和从站的实时数据交换三个方面。

3.1通信模型

本文的时钟同步通信模型如图5所示。采用一主多从、主从问答的通信方式。一个主站为CNC,从站为多个伺服驱动器、主轴驱动器或I/O板卡,主从之间使用一问一答的方式进行通信,主站从从站的应答协议帧中获取通信状态信息(数据收发是否错误等)。在工业自动化领域,为了减小布线成本,星形拓扑结构逐渐被环形和菊花链所替代,本文设计采用菊花链拓扑结构,即每个从站有两个通信接口,依次相连。每个从站除了作为通信主体外,还采用交换技术对其他站的信息进行实时转发。

本文设计的通信协议栈分为3层,分别与开放系统互连标准(open system interconnection,OSI)的物理层、数据链路层和应用层等价。物理层采用标准百兆以太网物理层;数据链路层利用电子辅助设计技术设计专用的通信数字逻辑电路,实现同步实时调度;应用层建立面向数控系统应用的实时和非实时通信实体[11]。时钟同步通信协议通过主站数据链路层的同步实时调度和从站数据链路层的实时数据交换实现。

本文的设计基于时槽通信网络管理(SCNM)的主从调度机制,通信时序如图6所示。网络中有一个主站(MN)和多个从站(SN1、SN2、…)。主站负责管理整个通信周期的调度。通信周期划分为3个阶段:时钟同步阶段、实时通信阶段和非实时通信阶段。在时钟同步(start)阶段,主站首先广播一个同步帧(SYNC),通知每个从站进行对时,并准备开始实时通信;在实时通信(real-time)阶段,主站依次与每个从站进行问答式通信,即发送命令数据(CMD),接收响应数据(RSP);最后是非实时通信(non-real-time)阶段,主站根据需要与某个从站进行非实时数据的交换。

3.2主站调度模型

主站负责控制整个通信的时序,本文设计的主站数据链路层调度模型如图7所示。整个模型由含有10个状态的有限状态机构成,每个状态负责不同的通信功能。图7中符号含义如下:空闲等待状态IDLE、延时测量请求状态REQ、延时测量应答接收状态ACK、从站延时通知状态INFO、错误或超时状态ERR、时钟同步状态SYNC、发送命令状态CMD、接收响应状态RSP、异步开始状态SOA、异步数据交换状态ASND。

整个通信过程分为2个阶段:延时测量阶段和周期通信阶段。

主站在和每个从站进行周期通信前,要建立通信连接。建立通信连接时进行从站通信延时的测量,测量过程如下:

上电后主站为空闲状态IDLE,因为和从站没有连接,所以进入延时测量请求状态REQ;①在REQ状态,向从站发送延时测量请求帧,然后进入延时测量应答接收状态ACK;②在ACK状态,等待接收从站的延时测量响应帧,如果接收正确,则进入延时通知状态INFO,否则进入错误处理状态ERR;④在INFO状态,向从站发送延时通知帧,然后进入周期通信阶段。

在ERR状态,处理通信错误,进入空闲状态,试图进行下次通信连接。

通信连接建立后,即进入周期通信阶段,在此阶段主站与每个从站进行对时和周期性的数据交换,具体运行过程如下:①在SYNC状态时,广播同步对时帧,然后进入给从站发送命令状态CMD;②在CMD状态,给特定的从站发送命令数据,然后进入接收响应状态RSP;③在RSP状态,等待接收从站的响应数据,如果异步通信时间到,则进入异步通信开始状态SOA,如果异步通信时间未到,接收正确则进入命令发送状态CMD,进行下一个从站的命令发送,接收错误则进入错误处理状态ERR;④在SOA状态,发送异步通信开始帧,然后进入异步通信状态ASND;⑤在ASND状态,主站与某个从站进行非实时的数据交换,然后进入SYNC状态,重新开始下一周期的通信。

3.3从站实时数据交换

由于整个系统的网络采用菊花链拓扑结构,为了保证对时的精度,要求从站的数据交换满足实时性和确定性。本文设计的从站由A口到B口的实时交换原理如图8所示,由含两个状态的状态机组成。状态机的具体工作过程如下:判断A口的接收队列是否为空,如果A口接收队列为空时,状态机进入空闲状态IDLE,在此状态下,只是等待接收A口数据,不产生其他动作;如果A口接收到数据,即A口的接收队列不空,则状态机切换到转发状态RELAY,在此状态下,将A口接收队列中的数据读出,同时写入B口发送队列和数据帧缓冲区队列,从而实现了数据的实时转发和接收。

4 实验

依据本文设计的时钟同步机制所开发的现场总线,已应用到高精数控公司的数控系统产品中,以下给出实验环境的搭建、实验结果及分析。

4.1实验环境搭建

实验中,一个主站CNC连接4个从站伺服驱动器。现场总线的主站端板卡插入PC机的PCI插槽中,从站端直接在伺服驱动器中实现。站间采用100M屏蔽双绞线连接,主站与第一个从站的间距为10m,从站的间距为1m。实验中使用四通道存储记录仪,对被测设备的周期中断信号进行采集。一个通道接收CNC的通信芯片中断信号,另一个通道接收伺服中的通信芯片中断信号。各设备的具体参数如下:

(1)CNC。Intel Pentium 4 CPU 3.00GHz、1.00GB RAM,操作系统版本为Ubuntun-8.04,数控系统软件版本为emc2_2.3.2,插补周期为1ms。

(2)伺服驱动器。GJS015ADA SERVO,TMS320LF2407A DSP 16位,40MHz。

(3)现场总线。通信数据帧长度80字节;物理层为标准百兆以太网;通信主站端板卡与数控系统控制器接口为PCI(频率为33MHz,数据宽度为32位);通信从站端与伺服驱动器的DSP采用并行总线接口(频率为40MHz,数据宽度为16位)。

4.2实验结果及分析

实验中采用2种方案对时钟同步性能进行测试。

第一种方案是进行同步性测试。具体测试过程如下:在主站和从站建立通信连接的情况下(此时为周期通信的起始阶段,主从站进行时钟同步),使用存储记录仪记录10min的测试结果,图9为部分截图。从整个测试结果中看出主从站能够有效同步(2个中断信号一直对齐)。

然后将主站和从站的通信连接断开(此时主从站自由运行,时钟不进行同步),观察2个中断信号的对齐情况。肉眼能观察到主从站时钟不能同步(2个中断信号发生缓慢偏移)。

产生上述现象的原因在于,主从站无通信连接时,主站和从站都基于各自的时钟运行,2个时钟的物理精度差异造成了各自内部计数器的偏差,所以表现为中断信号缓慢偏移。而当主从站有通信连接时,主站会在很短的时间内给每个从站对时,使得所有从站的时间都能与主站同步,补正了不同时钟的物理精度不同造成的计数器偏差,所以表现为中断信号一直对齐。

另一种方案是进行时钟同步精度测试。具体测试过程如下:长时间记录并比较2个中断的下降沿(中断信号为下降沿有效),图10为实验数据的部分截图。通过数据可以看出同步抖动非常小(范围在60ns以内)。同步精度高的原因在于,虽然主从站的时钟会由于各自的物理精度差异造成时钟计数偏差,但在一个通信周期内,此偏差还没有累计很大时,主从站就进行了时钟同步操作,从而消除这个偏差,因此使得主从站的时钟都能以一个较高的同步精度运行。

5 结论

(1)数控系统中通信站点的时钟同步性对数控加工精度有重要的影响。

(2)根据数控的特性,设计了较为简单高效的现场总线时钟同步协议。

(3)所设计的时钟同步协议简单有效,具有良好的同步性,同步精度高。

本文设计的时钟同步协议具有实现简单、占用通信带宽小等优势,为在数控系统中的应用需求提供了更好的支持。

参考文献

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系统现场总线 篇11

摘要：数字电能计量系统在数字化变电站中得到较为良好的应用，电子式互感器及电能表工作原理及接口方式的现代化发展，对数字电能表的校验工作提出了更为严格的要求，。本文就数字电能计量系统现场检定技术进行探索和研究，以提高数字电能计量系统的可靠性和准确性，仅供相关人员参考。

关键词：数字电能计量系统；电子式互感器；数字电能表；现场检定

数字化变电站在互感器输出信号以及电能表的校验方面都与传统变电站之间存在着明显的差异性，电子式互感器因其自身运行特点而得到相关人员的广泛关注，它能够一次性完成电流电压的数字化，最大程度上减少了数字信号传输中所产生的误差，弥补了传统电磁式互感器的不足，促进了数字化变电站的发展。在这种情况下，传统的校验设备无法满足数字电能计量系统的实际需求，因而加强数字电能计量系统现场检定技术的研究具有重要性和必要性。

1 数字电能计量系统现场检定技术概述

1.1电子式互感器现场检定技術的实际情况

通常情况下，直接测量法是电子式互感器现场检定的常用方法，在实际应用过程中，将被测电子式互感器与传统标准互感器进行直接测量和对比分析，从而明确电子式互感器在实际误差。从实际情况来看，这种现场校验方式满足数字化变电站电子式互感器的实际工况，具有一定的合理性和有效性。但是所采取的直接测量法具有一定的特殊性，在实际测量检定过程中对电子式互感器的精准度有着严格的要求，在进行现场校验之前，应当对电子式互感器的整体精准度进行合理的明确和控制。

1.2数字电能表检定技术的实际情况

在数字化变电站中采用的数字化电能表与传统的三相多功能电能表的工作原理完全不同，数字电能表所接收的信号是光纤以太网传送的数字化电流、电压信号，而不是传统的57.7 V/100 V的电压信号，或者是5 A/1 A的电流信号。不存在电流互感器、电压互感器及A/D转换等单元。数字化电能表获取数字化的电流电压瞬时值后，采用数字信号处理算法直接计算得到电功率和电能等电能计量数据。

理论上说数字电能表自身没有A/D环节，只是进行一下数学运算，是没有误差的。但实际可能产生的误差有两部分，一是由算法引起的误差，这种误差与信号的频率波动、波形以及非同步采样有关；另外是浮点数运算时有效位误差，为计算机系统固有误差，可以说是截断误差。

某研究院研制了数字电能表校验装置及其溯源体系，如图1所示，整个校验系统包含标准功率源、校准装置和工控机三部分。校验装置的关键部分是模拟合并单元，将模拟信号采集后，按照IEC61850-9-1协议组成以太网帧，通过光纤网络或者双绞线网络发送给被检电能表。这种方法很好的解决了数字电能表的溯源问题。

图1 数字电能表校验图及量值溯源图

2 数字电能计量系统整体检定技术

从整体情况来看，数字电能计量系统中数字电能表的检定问题始终困扰着业内人士，那么加强数字电能计量系统的整体检定技术的研究和探索具有重要意义。

2.1数字电能计量系统整体检定技术的原理分析

根据图2 可知，数字电能计量系统由被测电子式互感器、电子式电压互感器、合并单元以及数字电能表组合而成。电子式电流互感器实现了对一次电流信号的有效转化，以光纤为传送方式，将其传送到合并单元。从实际情况来看，合并单元能够将数字化的电流电压信号进行标准处理后发送给数字电能表。数字电能表能够通过数字帧直接提取电流电压相关的数据，在此基础上进行标准化的计算，可得出精准可靠地电能信息，从而进行电能脉冲信号的发送。

图2 数字计量系统整体校验图

与此同时，传统的标准电能计量系统在实际运行过程中，传统标准电能表校验仪直接进行二次信号的数字采样，并进行精准的计算后得出标准电能值。将此结果与数字电能表的电能脉冲进行对比分析，即可得出数字电能系统的电能计量误差。数字化电能计量系统整体检定技术的实际应用情况显示，该技术能够真实的反映出数字电能计量系统的误差，并且该校验方式的实际应用原理结构简单且清晰，满足数字化变电站的实际需要，与此同时该测试方法在一定程度上节约了测试相关投资，可以使用常规设备进行操作测试，无需开发新设备，因而具有良好的适用性。

2.2数字电能计量系统整体检定方法的测试结果

本文中我们采用数字电能计量系统整体检定技术对某市数字化变电站中的电能计量系统进行现场检定，现进行简要分析和讨论。该数字化变电站采用标准规格的电子式光学电流互感器，额定电流满足国家相关标准。数字电能表为同一公司生产的三相数字式多功能电能表。采用传统电磁式电压互感器为被测电压互感器。将标准电流互感器的级别进行明确，对额定工作电流进行明确，并对标准电压互感器和标准电能表校验仪的准确度级别进行明确。表1为功率测量结果，通过对表1 的观察和分析可知，额定功率下系统功率误差存在合理性，与理论上的系统误差相一致。

表1 功率测量结果

3 功率测量误差A类不确定度评定

由于试品校准点较多，此处评定只选择了两个有代表性的校准点进行：30%额定电流处（常用负荷），100%额定电流处两点。对30%额定电流和100%额定电流两点功率误差进行6次重复测量，数据见表2。

系统现场总线 篇12

供配电控制系统完成对正常供配电系统/设备和应急电源系统/设备的控制。它对正常供电系统/设备和应急电源系统/设备提供继电保护及各自备用电源自动投入等功能;随时监视电源状态, 一旦监视到正常供电系统全部失电, 则立即启动应急电源系统, 实现正常供电系统与应急电源系统之间的切换, 以保证重要设备正常工作。此外, 供配电系统还应实现对开关、变压器与各供配电回路的状态及电流、电压、频率、功率因数、有功功率与无功功率等参数的监测, 以便上层监控管理人员对人防工程总的供配电系统进行全面的控制、协调和管理。

进排风控制系统的主要功能是根据工程内的CO2等气体的浓度参数, 自动或手动控制工程内的进、排风机及阀门等设备, 以试图使工程内空气质量处于最佳状态, 提高工程的环境舒适度。在战时, 进排风控制系统在满足上述功能的同时, 还要满足消防联动及三防控制系统对有关设备控制的优先权。

空调控制系统包括空调机组和新风机组控制系统。空调控制系统通过对人防工程内的空气进行调节, 为人们的生活与工作造就一个温度适宜、湿度恰当和空气洁净的舒适环境。空调控制系统对新风机组的基本控制功能为测量送风口的新风温度, 根据设定温度调节冷热水阀门的开度, 使送风温度保持在需要的范围。

给排水系统的功能保证人防工程内生活卫生及保安防火设施等的供水和排水, 并保证供水和排水的安全可靠。

照明控制系统提供照明的综合控制与管理, 使之合理有效地实施照明, 并根据实际情况控制照明区域, 达到最大限度节约电能的目的。

三种通风防护方式控制或三种通风防护方式转换控制系统 (简称三防控制系统) 是指为了保证工程内空气不被污染而使用的清洁式、滤毒式、隔绝式三种通风方式 (也有的人防工程使用清洁式、隔绝式两种通风方式) 。三防控制系统根据工程外部是否染毒及染毒程度对进排风等设备进行控制, 使工程通风方式采取相应的清洁式、隔绝式或滤毒式通风, 保证工程内人员的生命安全。清洁式通风指战时外界空气尚未被染毒的情况下所采用的通风方式, 进入室内的空气质量与正常情况下相同, 不需要特殊处理, 它与正常通风情况的不同之处在于:它必须处于戒备状态, 能保证在受到敌人袭击时, 不会由于进、排风等直通外界的管孔造成内部设备的损坏和人员的伤害。滤毒式通风指战时敌人施放核武器或生化武器等, 外界空气已经遭到污染时采用的通风方式、外界空气必须经过过滤, 吸附后, 将外界空气中毒剂的含量过滤到确保不致伤害人员的容许含量。隔绝式通风指战时敌人袭击后, 空气受到污染且毒剂浓度很大, 或在滤毒通风中, 滤毒设备已失效而需更换时所采取的一种通风方式 (即所有进、排风孔口均处于关闭状态) , 仅在人防工程内部进行空气循环, 故在设计中要保证一定的隔绝防护时间, 室内空气中的CO2等气体的含量应保持在一定的卫生标准范围。

消防监控系统即火灾自动报警与消防联动控制系统、其监控设备和功能主要包括:火灾自动探测报警控制、手动报警器功能、正压送风与排烟系统、消火栓水系统、喷淋水系统、防火卷帘门控制系统、消防广播和电话系统等。

2 几种典型现场总线技术

(1) CAN总线

CAN (Controller Area Network--控制器局域网) 总线是德国BOSCH公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而设计的一种串行数据通信协议, 后来由于自身的特点被广泛地应用于各行各业。其总线规范已被列入ISO国际标准, 称为ISO11898。

(2) LonWorks总线

LonWorks (Local Operating Network--局部操作网络) 是美国Echelon公司于1991年推出的一种分布式控制网络技术。Lon Works总线以其优秀的开放性、互操作性、功能的自主性、多种介质适应能力以及网络结构的简单性等特点适应了未来发展对测控网络的要求。

(3) RS-485

RS-485是电子工业协会 (EIA) 制订的一种串行数据接口标准, 用在2台或多台计算机之间, 最大传输速率可达10Mbps, 最大传输距离达到1200米, 能够实现远距离快速的连接。RS-485标准要求总线采用二线差分电平发送与接收, 这种平衡传输技术能有效克服共模干扰、抑制线路噪声。但是, RS-485标准只是一个物理的通信电路标准并没有对通信口中的链路连接、网络控制权等问题作出相关规定, 因而在实际应用中, 由RS-485端口所形成的网络往往还需要同自定义通信协议或其他规范中的高层通信协议结合使用。由于RS-485采用了平衡传输技术, 抗干扰能力强, 长距离、抗噪声的优点使其得到了迅猛发展, 很多变频器和可编程控制器都带有RS-485接口。

(4) Modbus协议

Modbus协议是1978年由美国可编程控制器供应商Modicon公司制定的应用于电子控制器上的一种通用语言, 用来实现控制器相互之间、控制器经由网络 (例如以太网) 和其它设备之间的通信。它是一种应用层报文传输协议, 与底层的物理接口及电气规范无关, 支持传统的RS-232/422/485设备和最新发展出来的以太网设备等。从功能上看, 它可以认为是一种现场总线, 不同厂商生产的控制设备通过Modbus接口可以相互连成工业网络, 进行整个系统的集中监控, 因而得到了广泛应用。

3 人防工程电气系统底层现场总线的确定

上述4种现场总线既遵循开放系统的原则, 也兼顾了自己的特点和特殊要求。结合这几种现场总线的特点, 并综合考虑人防工程电气系统及其各子系统的功能和工作环境等, 确定选用LonWorks、CAN、RS-485和Modbus作为人防工程电气系统的底层现场总线。

CAN总线在这几种现场总线中, 其可靠性最高, 而且具有通信方式灵活、抗干扰能力强等优点, 并且具有成本优势和速度优势。由于人防工程中的三防系统是人防工程中至关重要的系统, 对其可靠性要求最高, 所以在三防系统中采用CAN总线。

LonWorks支持多种通信介质和多种拓扑结构, 组网方式灵活, 编程实现较简单, 但其设计成本较高, 开发工具不够成熟, 发展前景不够乐观。但考虑到现阶段, 它在智能建筑河人防工程中的广泛应用, 在人防工程电气系统中的消防监控系统、进排风系统、供配电系统和照明系统中, 采用LonWorks总线。

在人防工程电气系统中, 一些电气设备如空调、变频器等, 带有RS-485接口。由于RS-485抗干扰能力较强, 结构简单、成本低廉、能够实现远距离快速的连接。但是, RS-485标准只是一个物理层的接口规范。要实现总线监控还要在此基础上建立自己的高层通信协议。由于Modbus协议其物理接口符合RS-485规范, 并且可以通过简单的通信报文完成对从节点的读写操作。鉴于此, 在人防工程电气系统中的空调系统和给排水系统中, 物理层采用RS-485总线, 通信协议采用Modbus协议完成系统的集中监控。

此外, 在人防工程电气系统中, 需要把PC机与现场设备组成一个分布式监控系统, 但微机系统或工业自动化设备, 如PLC、智能化仪表等, 一般仅具有RS-232接口, 而很多现场设备提供的是RS-485接口。因此, 在组网时就需要解决RS-232和RS-485的转换问题, 需设计RS-232/RS-485转换模块。对于采用CAN总线的系统要想与PC机相连实现通信, 欲采用CAN/RS-485转换模块和RS-232/RS-485转换模块两次转换实现系统和PC机的通信。综上所述, 底层现场总线人防工程电气系统架构如下图所示。

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