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1、基于現(xiàn)場總線的智能儀表,董 科,現(xiàn)場總線技術(shù)就是將微處理器植入現(xiàn)場測量及控制儀表中，使它們各自都有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，采用可進行簡單連線的雙絞線等作為總線，把多個測量、控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)分布式控制系統(tǒng)和智能儀表等功能，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點對點”式的模擬信號或數(shù)字模擬信號控制的局限性，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多接點的通信與控制系統(tǒng)。按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多臺數(shù)字化測量、控制儀表之間及現(xiàn)場儀表與控制計算機之間，實現(xiàn)數(shù)字傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)生產(chǎn)裝置實際需要的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System
2、）,現(xiàn)場總線的技術(shù)特點 1 系統(tǒng)的開放性、互操作性現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）采用公開化的通信協(xié)議，其目標就是要建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)開放系統(tǒng)，遵守同一通信標準的不同廠商其設(shè)備之間可以互連及實現(xiàn)信息交換。用戶可以靈活選用不同廠商的現(xiàn)場總線產(chǎn)品來組成實際的控制系統(tǒng)，達到最佳的系統(tǒng)集成，不會為系統(tǒng)中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展,用戶完全掌握了系統(tǒng)集成的主動權(quán)。 2 靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)可以根據(jù)復(fù)雜的現(xiàn)場情況組成不同的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，如：樹型、星型、總線型和層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。,3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 現(xiàn)場設(shè)備本身屬于智能化設(shè)備，具有獨立自動控制的基本功能，從而從根本上改變了集中與分散相
3、結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，形成了一種全新的分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了控制功能的徹底分散，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，簡化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場總線與上一級網(wǎng)絡(luò)斷開后仍可維持底層設(shè)備的獨立正常運行，其智能程度大大加強。 4 現(xiàn)場設(shè)備的高度智能化 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)則將控制站功能徹底分散到現(xiàn)場控制設(shè)備，僅靠現(xiàn)場總線設(shè)備就可以實現(xiàn)智能檢測和自動控制的基本功能，如：數(shù)據(jù)采集與補償、PID 運算和控制、設(shè)備自校驗和自診斷等功能。系統(tǒng)的操作員可以在控制室實現(xiàn)遠程監(jiān)控，設(shè)定或調(diào)整現(xiàn)場設(shè)備的運行參數(shù)，還能借助現(xiàn)場設(shè)備的自診斷功能對故障進行定位和診斷。,5 對環(huán)境的高度適應(yīng)性 現(xiàn)場總線是專為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計的，它可以使用雙絞線、同軸電
4、纜、光纜、電力線和無線的方式來傳送數(shù)據(jù)，具有很強的抗干擾能力。常用的數(shù)據(jù)傳輸線是廉價的雙絞線，并允許現(xiàn)場設(shè)備利用數(shù)據(jù)通信線進行供電，還能滿足安全防爆要求。 CAN（Controller Area Network 控制局域網(wǎng)絡(luò)）德國Bosch6 公司1993 年推出，應(yīng)用于汽車監(jiān)控、開關(guān)量控制、制造業(yè)等。介質(zhì)訪問方式為非破壞性位仲裁方式，適用于實時性要求很高的小型網(wǎng)絡(luò)，且開發(fā)工具廉價。Motorala、Intel、Philips 均生產(chǎn)獨立的CAN 芯片和帶有CAN 接口的80C51 芯片。CAN 型總線產(chǎn)品有AB 公司的DeviceNet、臺灣研華的ADAM數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品等。,起重力矩限制系統(tǒng)中
5、的基于CAN 總線的智能檢測 起重力矩限制系統(tǒng)為汽車起重機控制系統(tǒng)中一個重要組成部分。該系統(tǒng)通過對起重機械中長度傳感器、角度傳感器以及壓力傳感器等輸出數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)對系統(tǒng)工作時起重力矩的實時監(jiān)控，以保證起重機工作在安全狀態(tài)下，并能夠?qū)崟r記錄起重機作業(yè)中的危險工況，為事故的分析處理提供可靠的依據(jù)。該系統(tǒng)要求能夠?qū)崟r采集長度傳感器、角度傳感器以及壓力傳感器的輸出數(shù)據(jù)，其中長度傳感器、角度傳感器以及壓力傳感器的信號輸出類型主要為電壓或者電流信號，傳感器信號的通道共有4 路。此外，系統(tǒng)要求提供4 路數(shù)字量輸出通道。,4.1.1 解決方案起重力矩限制系統(tǒng)的CAN 解決方案為：系統(tǒng)采用一塊PC10
6、4- CAN2I 雙路CAN 接口卡、一個iCAN- 4017 模擬量輸入模塊以及一個iCAN- 4050 數(shù)字量輸入輸出模塊，如下圖。,圖1 起重力矩限制系統(tǒng)原理圖,PC104- CAN2I 雙路CAN 接口卡作為CAN 網(wǎng)絡(luò)主控設(shè)備，實現(xiàn)對于數(shù)據(jù)采集模塊的管理。PC104- CAN2I 接口卡配備2 個通道CAN 接口，CAN通道采用光電隔離措施，增強了系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。電路板采用4 層板技術(shù)和SMT 工藝，抗干擾能力強，能夠保障長期運行的穩(wěn)定可靠。,圖：PC104CAN2I 工業(yè)級CAN 接口卡,iCAN- 4017 模擬量輸入模塊主要技術(shù)參數(shù)為：單電源供電，供電電壓+10V
7、+30VDC；8 路模擬量輸入通道；16 位分辨率ADC；電壓輸入范圍：10V ( 默認)、5V、2.5V、1V、500mV、150mV；電流輸入范圍：20mA(需外接125 精密電阻)。采用iCAN- 4017 模擬量輸入模塊的四路輸入通道用于采集系統(tǒng)中長度傳感器、角度傳感器以及壓力傳感器的輸出數(shù)據(jù)。,iCAN- 4017模擬量輸入模塊,iCAN- 4050 數(shù)字量輸入輸出模塊主要技術(shù)參數(shù)為：單電源供電，供電電壓：+10V+30VDC；8 路開關(guān)量輸入通道；8 路開關(guān)量輸出通道；開關(guān)量輸入信號：高電平為+3.5V+30V，低電平+1V；開關(guān)量輸出信號：集電極開漏輸出，最大負載電壓+30V，電
8、流30mA。采用iCAN- 4050 數(shù)字量輸入輸出模塊的四路輸出通道用于提供數(shù)字量輸出信號。,iCAN- 4050 數(shù)字量輸入輸出模塊,iCAN-4050 數(shù)字量輸入輸出模塊 iCAN-2404 繼電器輸出模塊 iCAN-4017 模擬量輸入模塊 iCAN-4400 模擬量輸出模塊 iCAN-5303 熱電阻輸入模塊 iCAN-6202 熱電偶輸入模塊 iCAN-7408 計數(shù)器模塊 iCAN-7202 計數(shù)/測頻模塊 典型應(yīng)用,iCAN 數(shù)據(jù)采集模塊主要用于分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中,該起重力矩限制系統(tǒng)的特點是： 通過CAN 總線實現(xiàn)對各傳感器信號的采集以及輸出裝置的控制，使得系統(tǒng)十分容易構(gòu)建，布線安裝十分方便；同時，系統(tǒng)抗干擾能力強，可靠性高，實時響應(yīng)性好，且通過CAN 總線的應(yīng)用，使該起重力矩限制系統(tǒng)很容易作為一個子系統(tǒng)嵌入到起重機的控制系統(tǒng)中。通過實際的運行測試表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，接口維護方便，性能價格比較高。 信息處理的現(xiàn)場化才是智能化儀表和現(xiàn)場總線所追求的目標，也是現(xiàn)場總線不同于其它計算機通信技術(shù)的標志。,
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