【內容提要】此文介紹現場總線的結構特點及其在機艙監視報警系統中的應用。 關鍵詞：集中監視報警 現場總線 集散系統 （DCS） 現場總線控制系統（FCS） 現場總線控制系統FCS從80年代中期發展起來，已被廣泛用于汽車、造紙、紡織、石油化工、電力等各個控制領域，現場總線是數字式雙向通信網絡，具有抗干擾能力強，設備簡單、可自由組態等優點，由于其可靠性高，結構性好，可控性強等特點，也開始逐步地應用在船舶控制、監視等系統中。它在船舶集中監視報警系統中有很好的應用價值。 1 現場總線結構特點 1．1 現場總線的定義及特點 根據IEC標準和現場總線基金會的定義：現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字雙向傳輸，多分支結構的通信網絡。根據定義，現場總線是一種互聯現場自動化設備及控制系統的雙向數字通信協議。一個現場總線系統（FCS）可以看成是一個由數字通信設備和監控監測設備組成的分布式系統。實際上，現場總線就是一種計算機網絡，這個網絡上的每一個節點就是一個智能化設備。現場總線由網絡通信、功能模塊、對象字典和網絡管理、系統管理等部分組成。它具有如下特點： （1）全數字通信 傳統的集散控制系統（DCS）是半數字系統，許多I／O模塊接收或送出4～20mA模擬信號，而現場總線控制系統（FCS）是一個“純數字”系統，信號傳輸實現全數字化，提高了信號的可靠性、準確性，實現了檢錯、糾錯功能。 （2）可操作性和互用性 可互操作是指實現互聯設備問、系統問的信息傳送和溝通，而互用性則意味著對不同生產廠家的性能類似的設備可進行互換。 （3）完全的分散性 DCS是一個“半分散式”系統，它是采用多個分散控制單元對多回路進行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每個控制板上又有多個回路。 現場總線采用的則是完全分散的體系，它的控制單元完全分散到現場，在現場總線中又同時允許在控制室中用數字通訊的方式進行操作與調整。 1．2 現場總線的基本結構 現場總線系統由以下幾部分構成： 主控器：可以是可編程序控制器及個人電腦等設備，通過總線接口實現對整個系統的管理和控制。 總線接口：即網絡管理器。是一個卡件，用來作為主控器到總線的網關，管理來自總線上各設備的信息并將其轉換成主控器能讀懂的數據格式送到主控器。 輸人輸出設備：稱節點。它們連接在現場總線上。種類很多，根據不同的控制系統，它們可能是傳感器、數字式儀表、以及各種模塊等等。 現場總線上每個節點信息的傳輸和接收都需要電源，通常輸人通道與內部芯片用同一個電源，而輸出通道使用獨立的電源。 2 利用現場總線技術構成的集中監視報警系統 2．1 FCS集中監視報警系統的特點 船舶機艙監視報警系統是機艙中很重要的一個系統，主要完成對機艙中各設備數據的采集，在集控室的計算機屏幕上進行數據的顯示并進行越限報警。實現功能強大的集中監視報警系統的一個重要條件，是需要具備結構合理，傳輸速度快的通訊系統。以往的計算機集中監視報警系統多采用集散系統。 隨著現場總線技術的不斷發展，它開始逐步地使用在機艙集中監視報警系統中。上面提到，現場總線采用的是完全分散的體系，它的控制單元（節點）完全分散到機艙，并且可以自由組態，同時允許在集控室中用數字通訊的方式進行操作與調整。 FCS集中監視報警系統比之DCS系統，有很大優越性。 結構簡單，連線方便：采用現場總線的控制系統，各設備之間可以用雙絞線聯網，連線特別簡單。同時故障率低，通信波特率高。 設計、安裝、調試及維護費用大幅度減小：原來煩瑣的原理圖、布線圖設計變得簡單易行；標準模塊使得安裝簡便，強大的故障診斷能力使系統的調試和維護不再是一件煩瑣的事情。 除此之外，FCS控制系統還具有抗干擾能力強等特點，適合于船舶機艙的惡劣環境。 2．2 FCS集中監視報警系統的硬件結構 青島遠洋船員學院機電系引人上海船舶運輸科學研究所的STI—VC2100MA船舶監控系統用于自動化實驗室中進行集中監視報警訓練。該系統采用了由美國Echelon公司開發的Lonworks現場總線技術，通過Lonworks網絡與作為主控器的主微機聯網，由輸人模塊（數字量、模擬量模塊）完成現場數據采集，并將采集的數據通過Lonworks網絡傳輸到主微機進行顯示報警及管理，系統產生的輸出數據通過輸出模塊輸出到控制對象，顯示終端顯示測量參數。總線接口采用Lonworks總線通訊接口卡，各輸入設備及網絡內部采用24VDC電源，系統的結構如圖1： 本系統用一臺主微機作為主控器同時作為顯示終端。 輸入設備包括一塊16路數字量輸入模塊，可外接16路開關量信號：一塊4～20mA電流輸入模塊，接入16路4～20mA信號；一塊熱電阻測溫模塊，直接接16路熱電阻，采用三線制連接；一塊熱電偶測溫模塊，可直接接16路熱電偶，并具有冷端補償。 輸出模塊：一塊分組延伸報警板。 各模塊與主微機之間通過Lonworks總線相連。 該系統所完成的功能是：采集包括開關量、模擬量、熱電阻及熱電偶測溫信號，通過Lonworks通訊接口卡進行數據轉換，在主微機上進行顯示，并進行越限的聲光報警，應答及分組延伸報警。 2．3 系統的軟件編程 四種輸入模塊（節點，NODE）直接接收現場不同性質的信號，并利用Intouch軟件編程。Wonderwar Intouch是近年來發展起來的適合于監控系統的開發軟件，具有世界領先的HMI（Human Machine Inter．face），可提供一個查看和控制信息資源的單一的集成的視圖，使工程師、監督人員、管理員和操作員通過表示生產過程的圖形顯示，進行監視并按運營情況作出反應。 Intouch可以方便地設置報警上下限值等參數，繪制各種圖形，在主微機上進行測點表、條形圖及二次儀表模擬圖的顯示，當越限時可通過編制的程序利用計算機現有設備進行聲光報警。Intouch中的DDE（動態數據交換）功能，可以使測點表中的數據及圖形隨現場中的實際數據變化而變化。除此之外，還可以通過設置參數、編制程序實現報警延時、報警閉鎖和喚醒等多種功能。 Lonworks總線技術非常適用于船舶集中監視報警系統，各模塊及主微機之間通過雙絞線聯網，系統在設計、安裝、調試、維護等方面都更方便，費用也大大降低。同時，整個系統的工作過程直觀易懂。另外，根據需要選擇模塊，模塊可進行自由組態，且它們之間在監控現場的布置也更為靈活。 Lonworks現場總線聯網為自由拓樸結構，即可以以任意方式聯網，網絡線的長度可以達到2700m，所以可以實現遠距離聯網，在實際教學中，可以通過簡單的聯網實現各實驗室之間的資源共享。 現場總線所具備一系列優點，必將使之在船舶自動控制及監視系統中得到越來越廣泛的應用。 參考文獻 1黎文安．基于現場總線的變電站監控監測的設計與實現．<電子技術應用>2000年第9期 2許慶星．現場總線控制系統及應用．<電子時代）2000年第8期 原文請點擊下載：現場總線（Fieldbus）在機艙監視報警系統中的應用.pdf