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现场总线仪表的硬件结构和软件体系

发布时间:2018-05-17 11:30:58    点击次数:217次  

现场总线可以称作是五代控制系统,打破了DCS系统被束缚于通信专用网络的局面,形成了新型全分布式结构,将控制功能从根本上转移到现场。现场总线仪表系统不同于以往的仪器仪表系统,它的组成和功能更为复杂,在系统结构、数据处理方式和系统的控制方式等方面都有了根本性的改变。

(一)现场总线仪表概述

场总线仪表是指至少内置有一个专用的嵌入式微处理器,并且具有数字计算、数字通信等功能的设备。它由系统硬件和系统软件组成,它在系统编程技术、现场总线接入和嵌人式操作系统等方面将仪表应用的功能进一步扩大,使仪表不仅具有自动化测量、数据处理和模拟人工智能的功能,而且还具备了远程测量、远程下载软件升级、组态和硬件重构等功能。

(二)现场总线仪表的硬件结构

现场总线仪表的硬件结构是完成现场总线仪表任务主要支撑体系。现场总线仪表的硬件系统包括传感器、信号处理、现场总线通信、控制、存储器、液晶显示器、控制输出接口和电源等几大模块。现场总线仪表的一般硬件结构图如下图所示。

(三)现场总线仪表的软件体系

软件由数据采集程序和显示控制程序两部分组成,分别安装在传感器数据采集模块和显示控制模块内。

(1)数据采集程序包括A/D转换中断子程序、数据处理子程序、发送数据子程序和接收处理子程序。

(2)显示控制程序包括初始化子程序、开机自动置零子程序、菜单子程序、零点跟踪子程序、自动配料子程序、手动配料子程序和通信子程序,各程序互相配合实现搅拌站控制的主要功能。

(四)现场总线仪表案例

在混凝土搅拌站的混凝土生产过程中,物料称重、配料控制是影响商品混凝土质量的重要因素。混凝土生产中需要水泥、大石、中石、小石、沙、水、添加剂等多种配料, 目前,混凝土搅拌站配料控制一般使用分布式控制系统,一套传统的典型的搅拌站包括多个称重显示控制终端。称重显示控制终端功能主要采集相应料斗传感器信号,换算成重量,同时根据混凝土的配方进行配料的过程控制。这种显示控制和传感器信息采集一体化的称重显示控制终端在远距离模拟信号的传输中,外部干扰的串入以及传输过程中信号的衰减都直接影响到检测和控制的精度。同时由于采用串口和上位的工控机进行通信,对工控机串口的数量要求苛刻,系统布线复杂,不便于安装和维护,当物料种类增加时往往难以灵活配置。总线技术是国际上前沿的现场总线技术,它布线简单,只需两根双绞线就可连接多个传输节点,节点增删灵活,传输距离长,抗干扰能力强,在工业现场运用极其广泛。

在过去的模拟通信方式中,测量一个变量就需要一对导线,因此每台变送器只能测量一个过程变量。采用了现场总线通信方式后,由于每台现场总线变送器内配有多个感测元件,它就可以同时测量多个过程变量,并通过现场总线传输出去,因此一台现场总线变送器可以当作多台变送器使用。


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