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現場總線技術對于傳輸有哪些要求?

來源:無錫凌科自動化技術有限公司 發表時間:2018-11-14 訪問量:962

通俗地講,現場總線是用在現場的總線技術。傳統控制系統的接線方式是一種并聯接線方式,從PLC控制各個電器元件,對應每一個元件有一個I/O口,兩者之間需用兩根線進行連接,作為控制和/或電源。當PLC所控制的電器元件數量達到數十個甚至數百個時,整個系統的接線就顯得十分復雜,容易搞錯,施工和維護都十分不便。為此,人們考慮怎樣把那么多的導線合并到一起,用一根導線來連接所有設備,所有的數據和信號都在這根線上流通,同時設備之間的控制和通信可任意設置。因而這根線自然而然地稱為了總線,就如計算機內部的總線概念一樣。對計算機通信的主要要求是快。對現場總線不僅要求傳輸速度快,在過程控制領域還要求響應快,即實時性要求。這樣“快”就有三種含義。 

(一)傳輸速度快

指單位時間內傳輸的信息要多,通常用波特率來衡量。這條要求與普通計算機通信是一致的。 

(二)響應時間短

指突然發生意外事件時,儀表將該事件傳輸到網絡上或執行器接收到該信息馬上執行所需的時間。這個時間是由4個方面決定的:

①儀表或執行器控制中斷的能力;

②信息在通信協議的應用層與物理層之間的傳輸時間;

十博10BET网址③等待網絡空閑的時間;避免信息在網絡上碰撞的時間。由于這個時間對大多數通信協議是一個隨機數,因此大部分通信協議不給這個參數。過程控制系統通常并不要求這個時間達到很短,但它要求上限值是預先可知的,并小于一定值。

(三)巡回時間短

十博10BET网址指系統與所有通信對象都至少完成一次通信所需的時間。這個時間一般可由系統組態來調整。對那些單純靠優先級解決實時性的搶先式通信系統,當高優先事件發生比較頻繁時,低優先事件會長時間得不到響應;對這類通信協議,巡回時間是隨機量,預先不可知。過程控制系統希望較長巡回時間是預先可知的,并小于一定值。

響應時間和巡回時間反映了實時性,而實時性與通信協議有很密切的關系。現場總線采用兩種技術來實現實時性:

(1)一種是簡化技術。將網絡形式簡化成線形(實際上已經不成其為“網”了);將通信模型簡化為只有一、二層;將節點的信息簡化到只有幾比特。經過以上簡化,節點的訪問就非常快了。這也可以通過提高通信傳遞速度來縮短節點訪問時間,這時雖然理論上某些現場總線的節點訪問時間還有某種不確定性,但是反復發生不確定事件的概率很低,可以在一些非關鍵部位使用這種現場總線。節點訪問快了,就可以簡化系統的管理;這時采用主-從方式輪詢訪問,只要限制網絡輪詢的規模,就可以將響應控制在指定的時間內。采用這種技術可大大降低總線的成本,大多數位式開關量現場總線采用這種技術。

十博10BET网址(2)另一種是采用網絡管理和數據鏈路調度技術來實現實時性,這是一種很復雜的技術。一般認為,分時式實時系統的響應具有可預知性,但資源利用率低;搶先式實時系統資源利用率高,但往往響應具有不可預知性。現在的現場總線往往采用兩者結合的方式進行管理和調度,以達到某種平衡。

FCS是從DCS發展而來,有一個量變到質變的過程。從表面上來看,FCS與DCS區別僅僅在于從“分散控制”發展到“現場控制”;數據的傳輸從“點到點”采用“總線”方式。其實不然,當時系統論的觀點已被廣泛地接受,人們開始以大系統的概念來看待整個過程控制體系。系統的增大,導致了網絡的通訊技術急劇發展;于是科技界充分認識到在計算機系統的發展中起過重要作用的總線技術可以大大地推進控制系統的發展。

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