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1、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的智能儀表,董 科,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)就是將微處理器植入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及控制儀表中，使它們各自都有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連線的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字模擬信號(hào)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(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)。按公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多臺(tái)數(shù)字化測(cè)量、控制儀表之間及現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制計(jì)算機(jī)之間，實(shí)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(shí)際需要的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System

2、）,現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn) 1 系統(tǒng)的開(kāi)放性、互操作性現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）采用公開(kāi)化的通信協(xié)議，其目標(biāo)就是要建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放系統(tǒng)，遵守同一通信標(biāo)準(zhǔn)的不同廠商其設(shè)備之間可以互連及實(shí)現(xiàn)信息交換。用戶可以靈活選用不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品來(lái)組成實(shí)際的控制系統(tǒng)，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成，不會(huì)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(dòng)權(quán)。 2 靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)可以根據(jù)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)情況組成不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如：樹(shù)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(chǎng)設(shè)備本身屬于智能化設(shè)備，具有獨(dú)立自動(dòng)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(shí)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(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)總線與上一級(jí)網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)后仍可維持底層設(shè)備的獨(dú)立正常運(yùn)行，其智能程度大大加強(qiáng)。 4 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的高度智能化 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)則將控制站功能徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，僅靠現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)和自動(dòng)控制的基本功能，如：數(shù)據(jù)采集與補(bǔ)償、PID 運(yùn)算和控制、設(shè)備自校驗(yàn)和自診斷等功能。系統(tǒng)的操作員可以在控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，設(shè)定或調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，還能借助現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自診斷功能對(duì)故障進(jìn)行定位和診斷。,5 對(duì)環(huán)境的高度適應(yīng)性 現(xiàn)場(chǎng)總線是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的，它可以使用雙絞線、同軸電

4、纜、光纜、電力線和無(wú)線的方式來(lái)傳送數(shù)據(jù)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。常用的數(shù)據(jù)傳輸線是廉價(jià)的雙絞線，并允許現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備利用數(shù)據(jù)通信線進(jìn)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(guó)Bosch6 公司1993 年推出，應(yīng)用于汽車監(jiān)控、開(kāi)關(guān)量控制、制造業(yè)等。介質(zhì)訪問(wèn)方式為非破壞性位仲裁方式，適用于實(shí)時(shí)性要求很高的小型網(wǎng)絡(luò)，且開(kāi)發(fā)工具廉價(jià)。Motorala、Intel、Philips 均生產(chǎn)獨(dú)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(tái)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(cè) 起重力矩限制系統(tǒng)為汽車起重機(jī)控制系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)起重機(jī)械中長(zhǎng)度傳感器、角度傳感器以及壓力傳感器等輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作時(shí)起重力矩的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證起重機(jī)工作在安全狀態(tài)下，并能夠?qū)崟r(shí)記錄起重機(jī)作業(yè)中的危險(xiǎn)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(shí)采集長(zhǎng)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(zhǎng)度傳感器、角度傳感器以及壓力傳感器的信號(hào)輸出類型主要為電壓或者電流信號(hào)，傳感器信號(hào)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(gè)iCAN- 4017 模擬量輸入模塊以及一個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)采集模塊的管理。PC104- CAN2I 接口卡配備2 個(gè)通道CAN 接口，CAN通道采用光電隔離措施，增強(qiáng)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(qiáng)，能夠保障長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定可靠。,圖：PC104CAN2I 工業(yè)級(jí)CAN 接口卡,iCAN- 4017 模擬量輸入模塊主要技術(shù)參數(shù)為：?jiǎn)坞娫垂╇姡╇婋妷?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(rèn))、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(zhǎng)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：?jiǎn)坞娫垂╇姡╇婋妷海?10V+30VDC；8 路開(kāi)關(guān)量輸入通道；8 路開(kāi)關(guān)量輸出通道；開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)：高電平為+3.5V+30V，低電平+1V；開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)：集電極開(kāi)漏輸出，最大負(fù)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(hào)。,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(jì)數(shù)器模塊 iCAN-7202 計(jì)數(shù)/測(cè)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(diǎn)是： 通過(guò)CAN 總線實(shí)現(xiàn)對(duì)各傳感器信號(hào)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(shí)，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，實(shí)時(shí)響應(yīng)性好，且通過(guò)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(gè)子系統(tǒng)嵌入到起重機(jī)的控制系統(tǒng)中。通過(guò)實(shí)際的運(yùn)行測(cè)試表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，接口維護(hù)方便，性能價(jià)格比較高。 信息處理的現(xiàn)場(chǎng)化才是智能化儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線所追求的目標(biāo)，也是現(xiàn)場(chǎng)總線不同于其它計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的標(biāo)志。,