现场总线与控制系统

图 2 LAN/ fieldbus网络结构

2.2 开放性：开放性无疑是新一代控制系统的重要特征。开放就是一些标准加上公共发表的技术，这些标准和技术无需许可证就可以自由获得，并由许多供应商所支持 [3 ]。开放是数据连接能力和硬、软件可移植性的组合。以太网和 OPC是数据连接能力的例子，PC是开放的硬、软件平台的例子。开放基于标准，标准驱动开放性。标准有正式标准 (如 IEC或 IEEE)和事实上的标准 (de facto)之分。事实上的标准是市场力量的体现。

工业自动化的标准有以下几个方面 ：1现场总线标准 IEC61 1 58;2可编程逻辑程序语言IEC61 1 31— 3;3符合工业标准的硬件有开放式结构的 PC平台，如 ISA,Compact PCI,PC1 0 4和 VXI等；4OPC及微软的 COM,DCOM,DNA在自动化产品中应用非常广泛，被认为是工业上的事实标准，另外，还有 Sun Connect,HTTP—HG等。

2.3 组态技术

组态技术主要指控制系统中的数据库生成及控制算法组态。其中数据库生成组态与各种硬件设备关系太密切，还没有统一的标准，就 PL C本身来讲，这部分一直是空白，也就是说，PLC所能提供的只是寄存器，它需要借助第 3方或专用软件将其转换成有意义的工程参数，对于 DCS,数据测点定义就完备多了。同样地，控制算法组态方面，传统的 PL C多数只提供梯形图逻辑及少量的功能块，并且与IEC61 1 31— 3不兼容，而 DCS具有全面的控制算法组态技术，包括梯形图、助记符、功能块及顺序流程图等。第 3方软件支持商支持 IEC61 1 31—3并可以加载到部分 PL C中。开放式现场总线控制系统理所当然应具有组态技术,包括数据库组态及控制算法组态，生成的参数及算法不仅可以在控制器中运行 (所谓 Soft PL C),还可以在远程 I/ O或智能设备上运行，按照现场总线标准定义的功能块可以在智能仪表及执行机构中进行运算，以实现真正的分布式控制。

3影响控制系统可靠性的几个因素

3. 1 嵌入式控制与控制器的可靠性：控制系统的可靠性很大一部分依赖于控制器是否可靠。 PL C,DCS有其专用的控制器，开放式系统中建议的是标准的硬、软件平台。显然 PC机和微软的 Windows是一种选择。工业 PC机经过多年的改 进已经比较可靠了,但故障还是会发生，其较差的运行环境适应能力和旋转机械故障(硬盘故障)给维护带来了困难。一种解决方案是用嵌入式 PC机如PC1 0 4结构的硬件平台，这种平台有较宽的运行环境,没有硬盘，而且具有丰富的模件资源,支持以太网及现场总线网络接口。从操作系统角度看,带有实时扩展 (RTX)的 NT(如 Ventur Com公司提供的RTX NT)是在标准 PC平台上用于实时控制的较佳选择;但嵌入式控制中资源有限，即使是嵌入式NT也很难适应。Windows CE不失为一个嵌入式应用较好的选择，特别是其 3. 0版本的推出，在确定性、实时性、优先级扩展能力及中断服务延时、进程切换时间上有了显著的提高，过程处理循环时间降到毫秒级。事实上一些公司已生产出采用 Win CE的控制装置，如 Win PL C,GE公司的 CNC,Xycom自动化公司的 ASIC— 3000等 [4]。Win CE并不是唯一的选择，许多实时操作系统非常成熟,已在通信Internet及电力等行业发挥了巨大作用,如p SOS,QNX,VRTX等，这些操作系统的共同特征是内核非常小,支持 BSP开发 (板级支持包 )及强大的网络支撑功能,缺点是第 3方的支持软件不丰富。采用嵌入式控制是提高控制器可靠性的重要保证。

3. 2 网络的可靠性：现场总线从一开始就是为连接现场控制设备而设计的，充分考虑了其对各种运行环境的适应能力及实时控制中对确定性的要求，只要符合其制定的规范 (如通信速度、通信距离、物理链接等 ),现场总 线应该是可靠的。以太网成为工业网络也可靠吗 ?回答是肯定的。传统的以太网结构使用总线将各个节点连在一起,允许同时将数据发送到网上，这样就发生了冲撞，必须采用重发机制以达到相对高的成功率。这种机制导致非确定性 (non-deterministic),而控制系统需要确定性。以太网技术的发展增强了其通信的确定性，首先，在网络拓扑结构上，采用星形连接及交换式Hub,交换式 Hub提供数据缓冲及具有确定接收数据的网段智能，使数据冲撞及重发机会最小化;其次,快速以太网 (100 Mbit/ s,1 Gbit/ s)的发展及网络冗余技术使以太网更适应于实时应用;另外,改进的通信协议克服了 TCP/ IP协议中的缓冲器满再发送及冲撞控制中的允许“丢”包等缺点。

3. 3 电磁兼容性与硬件设备可靠性：控制系统要适应恶劣的运行环境,必须满足一系列电磁兼容性国际标准,IEC61 0 0 0— 4标准或我国等同采用的 GB/ T 1 762 6标准定义了应达到的电气技术指标，这些标准包括 ：1浪涌 ：IEC61 0 0 0— 4— 5(GB/ T1 762 6. 5);2振荡波抗扰度：IEC61 0 0 0— 4—1 2 (GB/ T 1 762 6. 1 2 );3静电放电抗扰度 ：IEC61 0 0 0— 4— 2 (GB/ T 1 762 6. 2 );4电快速瞬变脉冲群抗扰度 ：IEC61 0 0 0— 4— 4(GB/ T 1 762 6. 4);5射频场感应的传导骚扰抗扰度 ：IEC61 0 0 0— 4— 6(GB/ T1 762 6. 6);6射频电磁场辐射抗扰度 ：IEC61 0 0 0— 4—3(GB/ T1 762 6. 3)。

以上指标中定义了在不同控制电压等级下及运行环境下应达到的技术标准，满足这些标准将为控制系统的可靠性提供有力的保证。

4结语

我们处在一个主流系统与非主流系统各行其道、共享市场的时代,中国进入 WTO后,大量的外国公司产品及技术将瓜分中国的测控市场，包括电力系统自动化领域，竞争最激烈的应该是厂站自动化领域，特别是水电厂、火电厂控制系统。一方面大大小小的 PL C几乎占领着整个水电厂监控领域，另一方面国外 DCS牢牢占据着大中型火电厂控制系统。我们迫切需要有自己的控制系统，以及适合国情的控制系统结构、硬件资源及软件工具。这不仅需要科研人员的不懈努力,还需要市场的培育及支持。有理由相信,有中国特色的先进控制系统将在竞争激烈的自动控制领域占有一席之地。(end)

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