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现场总线仪表对比传统仪表的优势

来源:无锡凌科自动化技术有限公司 发表时间:2018-11-14 访问量:40

现场总线的控制系统打破了DCS系统被限制于通信专用网络的局面,形成了一种全新的分布式结构,开放式的系统模式给整个测量与控制领域带来了新的发展局面。现场总线仪表是指内置的专用嵌入式微处理器,由系统硬件和系统软件组成,具有数字计算、数字通信等使用功能。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。

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。

现场总线仪表较传统仪表的优势:

1.全数字性:现场总线通信方式与模拟通信和混合通信方式不同,是完全的数字通信信号。现场总线通信方式可以进行双向通信,因此与模拟通信方式和混合通信方式不同,可以传送多种数据。在现场总线通信方式中,从变送器的传感器到控制阀,信号一直保持数字性,具有全数字性。现场总线作为一种数字式通信网络,从控制室一直延伸到现场,使过去采用一对一式的模拟量信号传输变为多点一线串行数字式传输。在现场总线仪表中,不论是传感器还是转换器电路,都是数字的。因而,现场总线仪表的全数字性使得仪表的硬件结构更加简单,其分辨力、测量速度、稳定性都高于现阶段的自动化仪表。

2.精度高:现场总线可以消除模拟通信方式中数据传送时产生的误差,模拟通信方式产生误差的原因有以下三个方面:

(1)现场仪表中D/A转换产生误差;

(2)模拟信息传递产生误差;

(3)系统仪表的A/D转换产生误差。

在现场总线通信方式中,不存在D/A和A/D转换电路,所以不会产生D/A和A/D的转换误差,因而信号的传输精度有所提高。故现场总线通信方式要比模拟通信方式精度高。编码的作用是把微处理机输出的数字信号变换为适合传送的数字信号,反之就是解码。

3.抗干扰能力强:在模拟通信方式中,信号以4mA~20mA的连续变化形式存在的,信号值的变化可以无限小,因此,噪声和信号畸变在模拟信号传输中是无法避免的。也就是说,现场仪表传输模拟信号时稳定性较差,信号误差指挥将一个有效信号变为另一个有效信号,即使从精确的模拟仪表送过来的信号,当它到达控制器时也可能已变得完全不准确。而在现场总线仪表中,信号的有效值只有0或1两个,所以它非常坚实可靠,一般的噪声很难扭曲它。它可以直接传送或者以某种方式进行编码。因此,与模拟信号相比,其抗干扰或抗畸变的能力强。更为重要的是,检错机制可以检测到信号的畸变,这是因为一个畸变的信号看起来仍然像是一个有效的。 

4.内嵌控制功能:在每台现场总线仪表中都内嵌有PID控制、逻辑运算、算术运算、积算等模块,用户通过组态软件对这些功能模块进行任意调用,以实现过程参数的现场控制。

5.高速通信:现场总线仪表要像4mA~20mA系统那样实现闭环实时控制需要更高的通信速度。由于高速需要高功率,即需要更大的电源功率消耗,这个要求与本质安全产生了矛盾,因而现场总线仪表的通信速度不能过高。这就要求现场总线的通信速度适中,并且尽量减小系统的通信负荷。现场总线仪表采用通信调度系统来控制变量的采样、算法的执行和通信系统的优化。如把数据分为周期性和非周期性两部分:对周期性数据必须在系统所需的周期内处理完。现场总线仪表具有了与模拟控制系统一样的控制速度,因而也达到与模拟控制系统一样的高速闭环控制性能。

6.多变量测量和传送:所谓多变量测量,是指一台现场总线仪表可以同时测量多个过程变量。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。

7.系统综合成本低:在4mA~20mA通信方式下,变送器只能测量一个物理变量,如果要将这个测量变量转换为控制上必要的数据,还需要其它附属的仪表。例如,测量带有温度和压力补偿的蒸汽流量时,需要三台变送器分别测量温度、压力和差压(流量)。而在现场总线控制系统中,则只需要一台现场总线变送器就可以了,这不但使系统结构大大简化,而且还降低了系统的综合成本,减少了系统安装和调试的费用。 

新型的现场总线仪表系统在系统编程技术、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。

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