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需要同一尺度的收集硬件

发布时间:2019-10-09 已有: 人阅读

  从使用角度看现场总线标 准和工业以太网 和利时系统工程股份无限公司 罗安 2005年10月 一、仪表节制的汗青成长趋向 ? 仪表节制从安拆成长到系统 促成这个改变的环节手艺是信号传输手艺,这本色上是一种原始的 通信手艺。 ? 节制功能的加强,人对过程察看和节制的 手段加强、范畴扩大。数字手艺成为从导 功能的提拔、范畴的扩大提高了对通信的要求,计较机介入节制系 统更使数字化的收集通信体例成为系统最根基的要求。 ? 系统规模的扩大,消息量急剧膨缩 现场层的数字通信势正在必行,这是实现全数字化节制系统,实现全 系统消息化需要霸占的最初一个碉堡。 二、通信尺度成为推进成长的环节 多台设备互连需要同一的通信和谈 ? 正在统一个系统中要利用多个厂家的产物, 这些产物的互通、互连、互操做,必需有 同一的通信和谈 ? 为用户投资,新产物必需兼容老产物, 因而要施行前后分歧的尺度 ? 正在利用上,各个厂家的产物该当有尽量一 致的安拆、利用方式和手段,以便于 更多的用户进修和控制 ? 尺度的特点 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 指向性——明白并且具体地产物机能、功能、参数。一 个具体尺度的感化域必需明白 独一性——统一感化的尺度只能有一个 公开性——便于施行和查验 普适性——正在尺度的感化域范畴内遍及合用 系统性——相关联的尺度之间不克不及呈现矛盾 兼容性——改良、扩充或升级的尺度必需兼容原尺度 分歧性——合适统一尺度的产物可以或许交换、互操做 易施行性——合适当前手艺、工艺程度 可验证性——用简略单纯可行的方式验证尺度的合适性 矫捷性——正在合适尺度的前提下给厂家最大的设想和实 现手艺的阐扬空间 好的尺度该当起到 推进财产成长和鞭策手艺前进 的双沉感化 模仿仪表的通信尺度 ? ? ? ? 20-100kPa(气动仪表) 0-10mA电流信号 1-5V等电压信号 4-20mA电流信号 模仿仪表的通信尺度最终集中到了4-20mA,成为独一的尺度。这使 得所有仪表厂家正在这一尺度之下各自觉挥手艺劣势,出产出了大量分歧 功能、机能、布局、特点的仪表。这些仪表都很容易连通,正在利用上没 有妨碍,并且容易查验测试。这个尺度对仪器仪表财产的成长起到了巨 大的推进感化。 4-20mA尺度的错误谬误是它只可以或许传送一个物理量值,并且通信体例是 一对一的,消息容量太小,不克不及满脚当前消息时代的需求。模仿信号也 存正在着受影响发生漂移、时间不变性差、复现性差、传输误差、元 器件老化形成精度下降等问题,新一代数字化的通信尺度势正在必行。 现场通信数字化的劣势 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 数据量大、品种丰硕 数据的切确度、不变度提高,无传输丧失 可满脚及时前提下的数据共享 大系统布线工程的简化 仪表调校的精确性、不变性和便利性,可正在线、近程调校 仪表的近程、正在线自诊断,随时控制设备的无缺形态 可利用多种物理传输介质:铜线、光缆、无线… 可借帮消息手艺构成整个企业从最底层到最高层的完整同一的大 系统 现场仪表(传感器、施行器等)数字化是大势所趋 现场通信数字化存正在的问题 ? ? ? ? ? ? ? ? 取模仿通信比拟,手艺复杂性大大添加了,特别是构成全企业完整的 一体化系统之后 收集通信体例从素质上比模仿信号通信体例的及时性差良多 大量消息通过一条网线传输,添加了毛病性 数字系统的容错性比模仿系统差 收集强大的互连能力形成底层和高层之间的耦合很是慎密,互相牵扯、 互相影响,使尺度化的难度大大添加 控制数字化的通信收集,学会安拆、利用、办理、,需要现场人 员具有较高的学问、手艺程度 从模仿手艺转向数字手艺是一场性的改变,运转办理模式、设备、 人员等都要有底子性的改变,可能需要很长的过渡期间 目前还没有同一的通信尺度 三、当前现场总线的多尺度场合排场及 构成缘由的切磋 ? 多个尺度化组织、多个现场总线尺度: ? ? ? ? IEC 61158-2:10种现场总线(CAN) IEEE 1473(LON Works) SEMI E54.12(CC-Link) ? 多个正在分歧范畴利用的现实上的尺度: ? ? ? MODBUS HART Power Link 多尺度形成各个厂家的产物 之间不克不及实现互通和互操做 为什么呈现多尺度并存的场合排场? ——手艺方面和市场方面的缘由 手艺方面的缘由: ? ? ? 现场总线是一项新手艺,正处正在“百花齐放”的期间。 新的数字手艺取模仿手艺比拟,能够实现更多更强大的功能。 仪表和施行器层的通信正在数字化后已不只仅是物理信号的传输,还包 括了很多节制取办理的内容。 ? 仪表和施行器层的通信正在数据的数量上大大添加、内容上大大丰硕了, 任何规约都不克不及面面俱到。 数字化的仪表和施行器可以或许满脚更多范畴的使用需求,但一种规约难 以满脚各类分歧使用的需求。 功能的加强和使用范畴的扩大使得产物带上了系统的性质,产物的复 杂程度添加使尺度化的难度大大添加。 正在如许的手艺布景下,构成同一尺度的过程将十分漫长。 ? ? ? 市场方面的缘由: ? 现场总线意味着仪器仪表行业的全面升级换代,这是一个庞大的将来 市场 手艺上的复杂性和难度使得实力强大的大公司看到了垄断市场的机遇 ? ? ? 实现垄断的方式是连结高的手艺门槛并推出本人奇特的产物 现场总线数字化、消息化和系统性的特点,底层和上层慎密耦合的特 点成为连结高手艺门槛的有益前提 目前的多尺度并存场合排场无法起到 推进财产成长和鞭策手艺前进的 感化 四、能否存正在构成同一现场总线标 准的可能性? ? 明白划分和定义使用的功能条理,降低各个条理之间的耦 合度是环节 ? ? ? ? ? 间接节制层 监视节制层 行业使用层 企业办理层 企业运营层 准绳: 简单的、取行业使用关系不亲近的功能放正在底层实现; 复杂的、取行业使用关系亲近的功能放正在高层实现。 ? 明白定义功能条理之间的接口关系,进而定义出毗连功能 条理的收集和谈 ? ? ? ? 间接节制层和监视节制层之间(现场总线收集) 监视节制层和行业使用层之间(系统节制局域收集) 行业使用层和企业办理层之间(企业办理内部收集) 企业办理层和企业运营层之间(外部互联收集) ? 尺度的制定能够从简单易行的底层起头,逐渐向高层成长 企业从动化、消息化功能条理 电子商务、供应链办理、客户关系办理等高级使用功能 InterNet 办理消息系统(人事、财政、设备、库存等) 多行业、多范畴使用功能(出产安排、过程优化等) IntraNet LAN‘s 监视节制功能 间接节制功能 FieldBus 现场层通信功能(传感器/施行器收集) 分歧条理分歧的功能和机能要求 ? 最底层——间接节制层 以及时性、不变性、靠得住性要求为从。功能次要为现场运转形态丈量和曲 接节制,功能较单一,不常变化,人工干涉较少。 ? 次底层——监视节制层 及时性较最底层稍低,仍要求不变靠得住。功能以数据采集、处置、存贮、 统计、阐发和人机界面为从,功能较多但不常变化。 ? ? ? 中层——行业使用功能层(出产安排、过程优化等) 功能根据行业有较大分歧,并且会不竭成长。运转过程中功能变化不大。 中高层——企业办理层(人、财、物办理) 有一些确定的办理模式,运转中功能变化不大,但人工干涉较多。 最高层——企业运营层(产、供、销办理) 功能根据行业和使用需求变化较大,运转过程中会不竭改变功能要求或增 加新的功能,次要是环绕人的操做进行。根基上属于消息系统。 分歧条理之间分歧的收集通信要求 ? 最底层——传感器、施行器取节制器之间的通信 强及时通信,要求快速(根据过程的要求)、不变、靠得住。通信纪律性、周期 性强,每次通信量不大但很屡次。 ? 次底层——节制器取人机界面工做坐之间的通信 准及时通信,通信量取人的操做和操做人员数量相关,通信有纪律,但纪律性 Suite 不出格强,每次通信量较大(能够压缩或优化),屡次程度中等。 ? 中层——各个出产安拆节制系统之间的通信 通信时间要求为分钟级,通信纪律性不强,每次通信量中等,屡次程度中等。 ? 中高层——出产节制系统取出产办理部分之间的通信 通信时间要求为分钟级,通信纪律性不强,根基上没有周期性,有突发性,虽 不屡次但量较大,有时呈现长或特长数据包。 ? 最高层——企业取的通信 同中高层通信。一般操纵公网做为传输介质。 底层收集通信的特点 ? 取使用的类型关系不亲近 检测和施行节制是各个行业使用的根本,非论哪个行业,正在检测和施行节制的 要求及方式方面大体上是分歧的。 ? 需要同一的尺度 能够构成满脚各类使用的底层收集,分歧的使用没有需要连结特殊的底层通信 收集。 ? ? 利用数量大 每个传感器、施行器都是一个通信节点。分歧业业的利用量总和更为复杂 价钱 由于利用数量大,要求每个单位的价钱尽量低。而唯有实现了同一尺度,才能 够构成出产规模,大幅度降低成本。 ? 要简单易行 便于安拆、调试和。按照同一尺度出产的产物才可以或许具备这种特征。 将各个条理、分歧功能 和机能要求的收集 集中正在一个尺度中,必然发生 极大的复杂性和难度 我们的使命:将复杂问题简单化 复杂问题简单化的根基思 ? 现场层通信正在模仿时代的根基功能: ? ? ? 丈量值和节制量的传输 现场变送器等设备的当场显示、当场调校(不需通信) 为现场的变送器等设备供电 丈量值和节制量的传输 现场变送器等设备的当场和近程显示、调校(需借帮通信) 现场出产设备的特征、运转形态、诊断消息等参数的传输 收集供电(正在有防爆要求的场所要考虑防爆设想) ? 数字化后可实现的功能: ? ? ? ? ? 取节制算法相关的功能该当放正在高层实现 底层收集通信——现场总线 ? 对收集物理层的要求: 靠得住性、不变性、抗干扰性 ? 正在短数据帧而通信次数屡次的环境下有优良的及时 性 ? 正在晦气用反复器的环境下有较长的传输距离 ? 有必然接入能力 ? ? 取模仿信号传输比拟,现场总线的次要劣势: ? ? ? 接入能力(负面影响是靠得住性和及时性问题) 消息量(负面影响是复杂度的添加) 功能强大(负面影响是晦气于构成尺度) ? 现场层采用数字通信手艺要阐扬其劣势,避免其负 面影响 构成现场总线同一尺度的独一出 ——底层取高层无效的解耦合 ? 物理层和数据链层具有最大的性,取行业应 用能够实现最大限度的解耦,因此最具备实现同一 尺度的前提,只需不包含取行业使用相关的内容。 ? 收集层、传输层因无数据布局的设想问题,因而取 行业使用有必然的耦合,实现同一尺度的难度加大。 使用层因取各类分歧业业的使用亲近相关,目前基 本上无法实现同一尺度。 ? 正在仅限于物理层和数据链层的 范畴内制定同一的现场总线尺度 是完全可行的 将现场总线的内涵正在 物理层和数据链层的意义 ? 易于实现尺度的同一,使分歧厂家的产物可以或许互连 互通,实现数据互相传输。 降低采用尺度的难度,让更多的厂家参取仪器仪表 数字化这一庞大的将来市场的合作,出格是国内厂 家(目前这一范畴是几家大型跨国公司的逛戏)。 ? ? 即便正在收集的底层,需要处理的问题、需要成长的 手艺也脚够多,确定了尺度就可使厂家将留意力集 中正在尺度产物的出产和需要提高的手艺方面。 五、对工业以太网的认识 ? ? 以太网要用于工业从动化,起首要处理它的及时性问题和 工业现场的防护问题 工业以太网最有但愿成为同一的现场总线尺度的根本 ? ? ? ? ? 手艺上最成熟。 最普遍的产物和手艺支撑,物理口价钱廉价(无需License Fee)。 最丰硕的配套产物(接插件、线材、反复器、集线器、互换器等)。 具有最复杂的研发步队以及到处可得的开辟。 曾经成长出的多种新手艺(及时传输手艺、收集供电手艺、冗余手艺等)完全可 满脚现场层通信的需求。 ? TCP/IP不是工业以太网必需选择的收集层、传输层和谈 ? ? ? ? ? 工业现场底层的数据传输不必然需要通过IP和谈。 遵照TCP/IP和谈能够取高层收集的兼容性,但对底层通信并无现实意义。 底层收集取高层收集之间必需进行无效的隔离才可以或许现场节制的平安。 “E网到底”的概念正在物理层和数据链层能够实现,而正在收集层以上难于实现。 正在国际上也不是所有厂家的工业以太网处理方案都兼容TCP/IP。 工业以太网处理方案: IT通用使用层和谈: SNMP、SNTP、 TELNET、FTP、HTTP、 PPP、DHCP、 ??? 传输层和谈 UDP/TCP 收集层和谈 IP ProfiNet FF HSE PowerLink SynqNet 尺度 通道 SRT/ IRT 以太网数据链层(RFC984/RFC1042) 以太网物理层 Ether/IP 该当积极成长以工业以太网 为根本的现场总线收集 ? 关心点: ? ? ? ? 数据传输及时性的 对工业现场的防护 抗电磁干扰机能的提高 铜线、光纤、无线等多种传输介质的兼容 使现场总线mA那样通用的、尺度的、合用于各行各 业的现场层通信收集。 不要将关心点集中到高层和谈的兼容和使用功能方面,那样会使 简单问题复杂化 ? 方针: ? ? 需要留意的问题: ? 扬长避短 ? 国际大型从动化企业: ? 有长久的从业汗青,手艺堆集深挚,品牌劣势较着,有前提操纵 手艺和品牌的劣势形成垄断。正在现场总线尺度抢夺和中,这些公 司推出的具有很高手艺难度的方案恰是这种垄断计谋的表现。 有本土劣势,正在设备制制方面有成本劣势。将复杂问题简单化, 即将现场总线尺度的范畴限制正在物理层和数据链层,正能够扬 长避短,阐扬本人的劣势。 以数字通信取代4-20mA模仿通信 通用的接插件、线材等收集设备 可由高层软件定义的使用数据包 ? 国内企业: ? ? 要处理的次要问题: ? ? ? 从工程使用角度出发寻求合理方案 ? 及时节点和及时网段: ? ? 需要传输及时数据的节点被称为及时节点 全数由及时节点构成的收集被称为及时网段 ? IP节点和IP网段: ? ? 利用尺度IP和谈且没有严酷及时性通信需求的节点被称为IP节点 包含有IP节点的收集被称为IP网段 ? ? ? 若是及时网段取IP网段之间需要通信,可利用转换节点。 若是要将及时网段取IP网段间接连通,则需要将所有IP节 点为及时节点(不是数据格局问题,而是时间安排问 题)。 从工程适用的角度出发,该当选择转换节点体例而不曲直 接连通体例,虽然后者手艺上更高一些。 转换节点体例 间接连通体例 IP节点 ??? IP节点 IP网段 IP节点 +及时Driver ??? IP节点 +及时Driver IP和谈 及时和谈 转换节点 及时网段 及时网段 及时节点 ??? 及时节点 及时节点 ??? 及时节点 新寓言:猛虎取狼群 我们正在看着几只猛虎掠食,而本人可以或许做 的,只是考虑跟正在哪只猛虎后面才能分到一 些残渣。 可是,若是我们是一群狼,即便面临猛虎, 我们也能够去争抢。 我们需要的,只是一块可以或许让猛虎取群狼 共舞的场地。 简单的,才是最无效的

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