基金會高速現(xiàn)場總線FF-HSE分析與應用研究
通信路徑冗余是HSE交換機、鏈接設備和主機系統(tǒng)之間的物理層介質冗余,或稱介質冗余。冗余路徑對應用是透明的,當其中一條路徑發(fā)生中斷時,可選用另一條路徑通信。而設備冗余是為了防止由于單個HSE設備的故障造成控制失敗,在同一網(wǎng)絡中附加多個相同設備。由圖2-1的通信模型結構可知,每個HSE設備中專門設計了一個HSE的LAN冗余實體(HSELRE),提供容錯處理,LAN冗余實體周期地發(fā)送和接收冗余診斷信息。每個HSE設備通過診斷信息建立一個網(wǎng)絡狀態(tài)表,它記錄著連入網(wǎng)絡中的所有HSE設備的詳細狀態(tài)信息,根據(jù)這張網(wǎng)絡狀態(tài)表,LRE來選擇決定使用哪條路徑或端口來傳送信息。HSE的容錯處理方法增強了控制網(wǎng)絡的可靠性和安全性。
3.2 靈活功能塊
功能塊是FF的技術特色之一,但是在靈活功能塊推出之前,F(xiàn)F設備根本不接收傳統(tǒng)的離散信號。HSE不僅支持FF所有標準功能塊,而且增加了靈活功能塊(FFB,F(xiàn)lexible Function Blocks),以實現(xiàn)離散控制,這是HSE的又一特色。靈活功能塊是具體應用于混合、離散控制和I/O子系統(tǒng)集成的功能模塊,它包含了8個通道的多路模擬量輸入輸出、離散量輸入輸出和特殊應用塊,并使用IEC61131-3定義的標準編程語言,也可以使用于H1中。靈活功能塊的應用包括聯(lián)動驅動、監(jiān)控數(shù)據(jù)獲取、批處理、先進I/O子系統(tǒng)接口等,它支持多路技術、PLC和網(wǎng)關,可以說給用戶提供了一個標準化的企業(yè)綜合協(xié)議。
4 應用實例和前景展望
以下給出一個FF-HSE現(xiàn)場總線用于水位和溫度控制的例子,系統(tǒng)結構如圖4—1所示,整個系統(tǒng)采用Smar公司的FF現(xiàn)場總線控制設備與軟件。在系統(tǒng)中,通過10/100M的交換機,將DFI302、管理計算機和監(jiān)控站連入到HSE網(wǎng)絡中。DFI302是結合了鏈路設備、現(xiàn)場設備、網(wǎng)關3種功能的FF現(xiàn)場總線控制器、接口和主機系統(tǒng),其中的鏈接部件DF51將控制溫度、水位的H1控制鏈路接入HSE網(wǎng)絡。在上層監(jiān)控站,通過SYSCON軟件進行系統(tǒng)邏輯和控制策略組態(tài);采用支持OPC技術(OLEfor ProcessControl)的AIMAX組態(tài)軟件開發(fā)人機界面。

這種網(wǎng)絡形式,使得系統(tǒng)的開放性大大增強,用戶可以進行靈活的系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)集成。我們知道,無論是以太網(wǎng)還是TCP/IP都沒有形成一個完整的通訊協(xié)議棧,還需要應用層和用戶層來形成一個開放的標準。HSE恰恰包括了所有這些層次,使得HSE成為真正意義上的完全開放協(xié)議,使得從設備到會議室的信息集成變得緊密而簡潔。HSE的設計目標就是具有控制功能的Internet,這種網(wǎng)絡形式為通過3 W的遠程操作奠定了基礎。它的多層次冗余設計大大增加了控制系統(tǒng)的可靠性,靈活的功能塊使得HSE可以為離散制造業(yè)提供理想的解決方案。
HSE充分體現(xiàn)了現(xiàn)場總線不僅是通訊協(xié)議,也是一種編程語言的概念,使得系統(tǒng)的組態(tài)、設備維護和診斷用統(tǒng)一的語言即可實現(xiàn)。HSE和H1相結合,使得基金會現(xiàn)場總線覆蓋了更寬廣的控制應用領域,將給工業(yè)自動化提供高性能的網(wǎng)絡結構形式。HSE將具有廣闊的應用前景。
5 結束語
HSE提供了一種以經濟的以太網(wǎng)硬件和軟件為構架,低成本、高速的過程控制網(wǎng)絡。以100Mbit/s運行的HSE用于高速過程自動化、批處理、離散控制應用中,同時也提供工廠管理和MIS系統(tǒng)的信息積累。HSE加強了以太網(wǎng)在工業(yè)領域中的地位,使FF技術涵蓋現(xiàn)場網(wǎng)絡層和控制網(wǎng)絡層,完全可以構筑大型帶有層次調度控制功能和儀表電氣綜合控制能力的系統(tǒng)。
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