基于现场总线的智能检测.ppt

基于现场总线的智能仪表,董 科,现场总线技术就是将微处理器植入现场测量及控制仪表中，使它们各自都有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连线的双绞线等作为总线，把多个测量、控制仪表连接成网络系统。能够实现分布式控制系统和智能仪表等功能，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字模拟信号控制的局限性，构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多接点的通信与控制系统。按公开、规范的通信协议，在位于现场的多台数字化测量、控制仪表之间及现场仪表与控制计算机之间，实现数字传输与信息交换，形成各种适应生产装置实际需要的现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）,现场总线的技术特点 1 系统的开放性、互操作性现场总线控制系统（FCS）采用公开化的通信协议，其目标就是要建立统一的工厂底层网络开放系统，遵守同一通信标准的不同厂商其设备之间可以互连及实现信息交换。用户可以灵活选用不同厂商的现场总线产品来组成实际的控制系统，达到最佳的系统集成，不会为系统中不兼容的协议、接口而一筹莫展,用户完全掌握了系统集成的主动权。 2 灵活的网络拓扑结构 现场总线控制系统可以根据复杂的现场情况组成不同的网络拓扑结构，如：树型、星型、总线型和层次化网络结构等。,3 系统结构的高度分散性 现场设备本身属于智能化设备，具有独立自动控制的基本功能，从而从根本上改变了集中与分散相结合的体系结构，形成了一种全新的分布式控制系统，实现了控制功能的彻底分散，提高了控制系统的可靠性，简化了控制系统的结构。现场总线与上一级网络断开后仍可维持底层设备的独立正常运行，其智能程度大大加强。 4 现场设备的高度智能化 现场总线控制系统则将控制站功能彻底分散到现场控制设备，仅靠现场总线设备就可以实现智能检测和自动控制的基本功能，如：数据采集与补偿、PID 运算和控制、设备自校验和自诊断等功能。系统的操作员可以在控制室实现远程监控，设定或调整现场设备的运行参数，还能借助现场设备的自诊断功能对故障进行定位和诊断。,5 对环境的高度适应性 现场总线是专为工业现场设计的，它可以使用双绞线、同轴电缆、光缆、电力线和无线的方式来传送数据，具有很强的抗干扰能力。常用的数据传输线是廉价的双绞线，并允许现场设备利用数据通信线进行供电，还能满足安全防爆要求。 CAN（Controller Area Network 控制局域网络）德国Bosch6 公司1993 年推出，应用于汽车监控、开关量控制、制造业等。介质访问方式为非破坏性位仲裁方式，适用于实时性要求很高的小型网络，且开发工具廉价。Motorala、Intel、Philips 均生产独立的CAN 芯片和带有CAN 接口的80C51 芯片。CAN 型总线产品有AB 公司的DeviceNet、台湾研华的ADAM数据采集产品等。,起重力矩限制系统中的基于CAN 总线的智能检测 起重力矩限制系统为汽车起重机控制系统中一个重要组成部分。该系统通过对起重机械中长度传感器、角度传感器以及压力传感器等输出数据进行分析处理，实现对系统工作时起重力矩的实时监控，以保证起重机工作在安全状态下，并能够实时记录起重机作业中的危险工况，为事故的分析处理提供可靠的依据。该系统要求能够实时采集长度传感器、角度传感器以及压力传感器的输出数据，其中长度传感器、角度传感器以及压力传感器的信号输出类型主要为电压或者电流信号，传感器信号的通道共有4 路。此外，系统要求提供4 路数字量输出通道。,4.1.1 解决方案起重力矩限制系统的CAN 解决方案为：系统采用一块PC104- CAN2I 双路CAN 接口卡、一个iCAN- 4017 模拟量输入模块以及一个iCAN- 4050 数字量输入输出模块，如下图。,图1 起重力矩限制系统原理图,PC104- CAN2I 双路CAN 接口卡作为CAN 网络主控设备，实现对于数据采集模块的管理。PC104- CAN2I 接口卡配备2 个通道CAN 接口，CAN通道采用光电隔离措施，增强了系统在恶劣环境中使用的可靠性。电路板采用4 层板技术和SMT 工艺，抗干扰能力强，能够保障长期运行的稳定可靠。,图：PC104CAN2I 工业级CAN 接口卡,iCAN- 4017 模拟量输入模块主要技术参数为：单电源供电，供电电压+10V+30VDC；8 路模拟量输入通道；16 位分辨率ADC；电压输入范围：10V ( 默认)、5V、2.5V、1V、500mV、150mV；电流输入范围：20mA(需外接125 精密电阻)。采用iCAN- 4017 模拟量输入模块的四路输入通道用于采集系统中长度传感器、角度传感器以及压力传感器的输出数据。,iCAN- 4017模拟量输入模块,iCAN- 4050 数字量输入输出模块主要技术参数为：单电源供电，供电电压：+10V+30VDC；8 路开关量输入通道；8 路开关量输出通道；开关量输入信号：高电平为+3.5V+30V，低电平+1V；开关量输出信号：集电极开漏输出，最大负载电压+30V，电流30mA。采用iCAN- 4050 数字量输入输出模块的四路输出通道用于提供数字量输出信号。,iCAN- 4050 数字量输入输出模块,iCAN-4050 数字量输入输出模块 iCAN-2404 继电器输出模块 iCAN-4017 模拟量输入模块 iCAN-4400 模拟量输出模块 iCAN-5303 热电阻输入模块 iCAN-6202 热电偶输入模块 iCAN-7408 计数器模块 iCAN-7202 计数/测频模块 典型应用,iCAN 数据采集模块主要用于分布式数据采集与控制系统中,该起重力矩限制系统的特点是： 通过CAN 总线实现对各传感器信号的采集以及输出装置的控制，使得系统十分容易构建，布线安装十分方便；同时，系统抗干扰能力强，可靠性高，实时响应性好，且通过CAN 总线的应用，使该起重力矩限制系统很容易作为一个子系统嵌入到起重机的控制系统中。通过实际的运行测试表明，该系统运行稳定、可靠，接口维护方便，性能价格比较高。 信息处理的现场化才是智能化仪表和现场总线所追求的目标，也是现场总线不同于其它计算机通信技术的标志。,