纺织生产控制系统中现场总线技术的研究及应用设计

随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，现场总线技术逐渐被广泛运用到工业控制系统中，在纺织工业中也开始得到应用。本文介绍了现场总线的基本原理，对现行的几种现场总线进行了比较，在分析总结数字化纺织生产控制系统发展新特点的基础上，介绍了现在国内外纺织行业在应用现场总线方面的情况。

1 引言

随着我国纺织工业持续快速的发展，现代纺织技术将以电子信息技术为主导，以智能化生产为主要特征[1]。目前，国产纺织机械设备控制系统的开发多侧重于实现单台设备的纺织工艺性能自动化，将机器所具有的先进功能封闭在单机系统内，而忽略了系统的网络化构成，其结果势必使机器的结构(特别是其控制系统)愈来愈复杂，使机器成为纺织企业自动化体系中的“孤岛”。进入90年代以来，现场总线技术以及基于该技术的控制系统在国内外引起人们高度重视，成为世界范围内的自动化技术发展的热点，它综合运用了微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术，将微处理器置入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信的能力，不但提高了信号测量、控制和传输的精度，也为实现其远程传输创造了条件。

在纺织工业由传统工业向现代工业转变的过程中，基于现场总线的控制技术为纺织工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展提供了机遇。本文通过对现场总线基本原理的介绍，比较了当今比较常用的几种现场总线的特点及应用场合，搭建了基于现场总线控制技术的数字化纺织生产系统的框架模型。

2 现场总线的基本原理

现场总线是当今3C(Computer、Communication、Control)技术发展的结合点，也是过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术发展的交汇点，是信息技术、网络技术的发展在控制领域的集中体现，是信息技术、网络技术延伸到现场的必然结果。

根据国际电工委员会(IEC，InternationalElectrotechnicalCommission)标准和现场总线基金会(FF，FieldbusFoundation)的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络[2]。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使其都具有数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些检测、控制和通信任务的网络节点。通过普通双绞线把多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统；使用公开、规范的通信协议，在位于生产控制现场的多个微机化测控设备之间、以及现场仪表与用作监控、管理的远程计算机之间，实现数据传输与信息共享，形成各种适应实际需要的自动控制系统。

现场总线主要是面向过程控制，除传输数字与模拟信号的直接信息外，还可传输控制信息，网络交换的数据单元是帧(Frame)。与集散控制系统(DistributedControlSystem，DCS)相比，现场总线控制系统(FieldbusControlSystem，FCS)具有可靠性高以及更好的安全性、互换性和互操作性、开放性、分散性等优点。

综上所述，现场总线是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络，它遵循ISO/OSI开放系统互联参考模型的全部或部分通信协议。

3 常见的几种现场总线技术

上世纪80年代以来，国际上的知名大公司先后推出了几种工业现场总线和现场通讯协议，目前流行的主要有FF(FieldbusFoundation基金会现场总线)、Profibus(ProcessFieldbus)、CAN(ControllerAreaNetwork控制器局域网)、LonWorks(LocalOperationNetwork局部操作网)、WorldFIP(FactoryInstrumentationProtocol世界工厂仪表协议)等。其主要技术差异及适用场合如下：

3.1FF现场总线

基金会现场总线以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通讯模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通讯速率。H1的传输速率为1.25kbit/s，通讯距离可达1900m(可加中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安全防暴环境。H2的传输速率为1M和2.5kbit/s两种，其通讯距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC11582标准，物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。主要应用在过程自动化领域，如：化工、电力、油田和废水处理等。

3.2Profibus现场总线

Profibus系列由Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA等3个兼容部分组成。Profibus采用了OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集。Profibus的传输速率为9.6kbit/s～12Mbit/s，最大传输距离在12Mbit/s时为100m，1.5Mbit/s时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双