摘 要：介紹了現(xiàn)場總線的特點，分析了基金會現(xiàn)場總線的幾個關鍵技術(shù)。并且結(jié)合作者的實踐，介紹了基金會現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組態(tài)方法，指出了基金會現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)組態(tài)過程中要注意的問題。 關鍵詞：現(xiàn)場總線；基金會現(xiàn)場總線；設備描述語言；功能塊；組態(tài) 現(xiàn)場總線是全數(shù)字化分布式底層控制網(wǎng)絡，自他產(chǎn)生后，就引起控制領域的科研人員的廣泛關注。但是，長期以來由于各個大組織在大型跨國公司的支持下，為制定統(tǒng)一的國際標準造成了巨大的阻力，形成了各大總線共存的局面。經(jīng)過有關各方的共同努力和協(xié)商妥協(xié),FF（Foundation Fieldbus，基金會現(xiàn)場總線）等7種現(xiàn)場總線在1999年年底的投票表決中獲得通過,FF現(xiàn)場總線也成為了一種極有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線。 1FF現(xiàn)場總線的特點 FF是基于WorldFip North American （FIP）和InterOperable System Project（ISP）的共同利益，在1994年合并而成的。1995年，WorldFip歐洲部分國家也加入了FF。FF總線由低速（H1）和高速（HSE，High Speed Ethernet）2部分組成。低速H1部分將ISO/OSI七層參考模型結(jié)構(gòu)簡化為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層，再加上用戶層，形成4層結(jié)構(gòu)。同時，為了適應以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線基金會放棄了其原來規(guī)劃的Ｈ2高速總線標準，并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速總線技術(shù)規(guī)范（HSE 1.0版）。 在現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展過程中，Smar公司開發(fā)了一系列現(xiàn)場總線產(chǎn)品，成為了現(xiàn)場總線技術(shù)中的領先者，SYSTEM 302是Smar公司總結(jié)系統(tǒng)工程方面的經(jīng)驗后開發(fā)的全數(shù)字化現(xiàn)場總線系統(tǒng)。下面介紹一下在利用Smar公司SYSTEM 302 現(xiàn)場總線系統(tǒng)進行組態(tài)時遇到的2個重要概念： （1） DD（Device Description,設備描述） DD是屬于FF的報文規(guī)范層（FMS,Fieldbus Message Speciafication）的一個內(nèi)容。設備描述DD是為虛擬現(xiàn)場設備VFD中的每個對象提供擴展描述，為控制系統(tǒng)或主機在理解VFD 中數(shù)據(jù)的意義提供必要的信息，因此，DD 可被看作是設備的一個驅(qū)動器。在每次組態(tài)設備之間必須確認是否安裝該設備的設備描述語言。 （2）Function Block（功能模塊，F(xiàn)B） 功能塊應用進程位于FF總線通信模型的最高層用戶層。FF用戶層協(xié)議將實現(xiàn)控制系統(tǒng)所需的各種功能封裝為通用的模塊結(jié)構(gòu)，并定義他們的輸入、輸出、算法、事件及控制圖等內(nèi)容，從而形成了功能模塊FB。 FF現(xiàn)場總線把功能塊FB主要分成了3類：資源塊（Resource Block）、轉(zhuǎn)換塊（Transducer Block）、功能塊FB。資源塊描述了諸如設備名、生產(chǎn)廠家和序號等的現(xiàn)場總線設備特征。一臺設備只有一個資源塊。轉(zhuǎn)換塊把功能塊從讀傳感器和命令輸出硬件的本地輸入/輸出的功能分開，還包含標定日期和傳感器類型等信息。每個輸入或輸出功能塊通常就是一個轉(zhuǎn)換塊。功能塊提供了控制系統(tǒng)行為。功能塊的輸入和輸出通過現(xiàn)場總線相連接。每個功能塊的執(zhí)行被精確地調(diào)度。在一個用戶應用中可以有多個功能塊。 功能塊FB技術(shù)是FF現(xiàn)場總線實現(xiàn)分布式控制的一項重要手段。在FF現(xiàn)場總線中，F(xiàn)CS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和工作站，把DCS的工作站的功能塊分配給現(xiàn)場儀表，構(gòu)成虛擬工作站。FF的功能塊可以供用戶自由選擇，可統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了徹底的分散控制。許多控制系統(tǒng)功能，諸如模擬輸入輸出、PID控制等功能都可以通過使用功能塊由現(xiàn)場設備完成。 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點包括很多方面，以上所述是在組態(tài)過程中遇到的2個重要概念及難點，在此做簡單說明。 [b]2組態(tài)基金會現(xiàn)場總線系統(tǒng) [/b] 現(xiàn)場總線的組態(tài)既與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)組態(tài)有共同之處，也有一定的差別。本部分主要結(jié)合筆者的實踐來介紹現(xiàn)場總線組態(tài)的內(nèi)容。 2.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 為了推動南京工業(yè)大學對現(xiàn)場總線技術(shù)的研究，我校曾于2001年8月從Smar公司引進了一套現(xiàn)場總線系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。 本系統(tǒng)由2個部分組成，其中：2個LD302壓力變送器和閥門定位器FY302構(gòu)成壓力控制系統(tǒng)。LD302采集容器中的的壓力信號，并將其轉(zhuǎn)換為符合FF協(xié)議的標準信號發(fā)送到FF現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中，閥門定位器FY302根據(jù)系統(tǒng)的設定值和操作閾度，輸出相應的模擬信號驅(qū)動控制閥，使系統(tǒng)的壓力保持恒定；2個TT302溫度變送器和現(xiàn)場總線（FF）到電流轉(zhuǎn)換器FI302構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)。TT302采集溫度信號，并將其轉(zhuǎn)換為符合FF協(xié)議的標準信號發(fā)送到FF現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中，現(xiàn)場總線（FF）到電流轉(zhuǎn)換器FI302根據(jù)設定值和操作閾度，輸出適當電流驅(qū)動可控硅，可控硅控制溫度對象的輸入電壓，從而使溫度對象保持恒溫。這2個系統(tǒng)構(gòu)成現(xiàn)場總線的H1網(wǎng)段。H1系統(tǒng)通過DF51網(wǎng)關與上位機相連。 2.2控制系統(tǒng)組態(tài) 系統(tǒng)的控制組態(tài)使用Smar公司推出的SYSTEM 302系統(tǒng)。SYSTEM 302是一套完整的現(xiàn)場總線控制方案，采用現(xiàn)場總線、Windows 和OPC 等先進技術(shù)，真正基于現(xiàn)場設備，系統(tǒng)可以處理各種信號，進行連續(xù)控制，離散邏輯控制和批處理控制，支持通過了基金會驗證設備互操作性，真正實現(xiàn)了分布式控制。 使用SYSTEM 302 組態(tài)，首先要使用FBTools Wizard正確地設置網(wǎng)關，也就是H1網(wǎng)段與上位機之間的通信方式，以保證網(wǎng)關能夠與上位機之間進行通信。SYSTEM 302提供的接口方式有PCI和DFI 302，此處使用DFI 302。 在DF51處于正常的RUN狀態(tài)，確認要使用的所有設備的DD安裝完畢以后，才可以使用SYSTEM 302的一個重要組成部分SYSCON進行系統(tǒng)的組態(tài)。SYSTEM 302系統(tǒng)可以很方便地安裝新設備的DD。在安裝目錄的Device Support下建立該設備的活頁夾，按照廠家提供的手冊，添加該設備的Manufacturer ID，Device Type，EJA Device Type信息，同時在Standartini文件的Manufacturer By ID部分添加該設備的ID。 SYSCON將一個現(xiàn)場總線項目分為2部分：邏輯設備和物理設備。 邏輯設備是在組態(tài)項目中用到的邏輯連接，例如功能塊、組態(tài)的策略等。網(wǎng)絡上連接的各種現(xiàn)場設備在物理設備部分說明，例如網(wǎng)橋的配置、網(wǎng)段上設備的分布等。添加網(wǎng)絡上的所有智能儀表到物理部分，并添加相應的功能塊，設置功能塊的部分參數(shù)，在SYSTEM 302中，資源塊RES、轉(zhuǎn)換塊TRS、顯示塊DSP是每個設備都必須的功能塊，例如可以為傳感器（如TT302）添加AI功能塊，為執(zhí)行器添加AO功能塊，PID功能塊既可以添加在傳感器中，也可以添加到執(zhí)行器中。筆者在組態(tài)過程中，除了為每個物理設備添加資源塊RES、轉(zhuǎn)換塊TRS、顯示塊DSP外，把PID功能塊和AO功能塊添加到閥門定位器FY302和電流轉(zhuǎn)換器FI302，變送器還需AI功能塊，如圖2所示。 邏輯組態(tài)完畢，設置變化范圍功能塊的XD_SCALE、設定值SP等參數(shù)后，為控制策略選擇功能塊，按設計的控制算法邏輯連接相應的功能塊的輸入輸出，就完成了控制策略組態(tài)。例如本系統(tǒng)中，PID溫度單回路控制選擇TT302的AI功能塊和FI302的PID功能塊、FI302的AO功能塊，同時把輸入輸出相連。在SYSCON中，可以先建立物理設備，設置所有的功能塊，再建立控制策略。也可以先建立邏輯設備，再添加物理設備，但是，工程人員必須合理規(guī)劃需要使用的功能塊?？刂撇呗缘碾x線組態(tài)已經(jīng)完成后，合理設置系統(tǒng)的通信方式，待網(wǎng)橋與總線上的所有設備通信正常后，下載控制策略。 2.3操作界面組態(tài) 界面組態(tài)使用Smar公司提供的AIMAX。使用AIMAX的關鍵是與SYSTEM 302之間的數(shù)據(jù)連接，Smar公司采取了OPC方式。在FF組態(tài)系統(tǒng)的工作站，DFI OLE SERVER與現(xiàn)場設備之間通過網(wǎng)關以3125 kB/s不斷進行數(shù)據(jù)交換，DFI OLE SERVER 提供了OPC接口供用戶使用。AIMAX使用這個接口把DFI OLE SERVER的數(shù)據(jù)對象通過位號不斷地導入自己的數(shù)據(jù)庫中。繪制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，建立自己的實時曲線組、歷史曲線組，并為他們設置相應的數(shù)據(jù)點對象。操作界面組態(tài)完畢。 3結(jié)語 本實驗系統(tǒng)由于采用了先進的現(xiàn)場總線技術(shù)，使用靈活，為科研和教學提供了極大的方便。 參考文獻 ［1］Function blocks instruction manualSMAR Corporation, October, 2000 ［2］User′s manualDFI302 Fieldbus Universal Bridge SMAR Corporation, October, 2000 ［3］ 陽憲惠現(xiàn)場總線技術(shù)及應用［M］北京：清華大學出版社，1999 ［4］趙文宏，曹李民，施一明，等現(xiàn)場總線的發(fā)展概況［J］浙江工業(yè)大學學報，2001，29（6）