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智能傳感器、現(xiàn)場總線與FCS

時間:2023-05-01 12:31:40 電子通信論文 我要投稿
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智能傳感器、現(xiàn)場總線與FCS

 一、引言

以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)將現(xiàn)有的模擬信號電纜用高容量的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)代替,從而大大減輕現(xiàn)場信號電纜連接的費用和工作量,提高信號的傳輸效率。實際上現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)就是以現(xiàn)場總線技術(shù)為核心,以基于現(xiàn)場總線的智能I/O或智能傳感器、智能儀表為控制主體、以計算機為監(jiān)控指揮中心的系統(tǒng)編程、組態(tài)、維護、監(jiān)控等功能為一體的工作平臺。

二、智能傳感器的性能特點

一般的傳感器只能作為敏感元件,須配上變換儀表來檢測物理量、化學(xué)量等的變化。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了智能儀表。智能儀表采用超大規(guī)模集成電路,利用嵌入軟件協(xié)調(diào)內(nèi)部操作,在完成輸入信號的非線性補償、零點錯誤、溫度補償、故障診斷等基礎(chǔ)上,還可完成對工業(yè)過程的控制,使控制系統(tǒng)的功能進一步分散。智能傳感器集成了傳感器、智能儀表全部功能及部分控制功能,具有很高的線性度和低的溫度漂移,降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性、簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。特點如下:

1、一定程度的人工智能是硬件與軟件的結(jié)合體,可實現(xiàn)學(xué)習(xí)功能,更能體現(xiàn)儀表在控制系統(tǒng)中的作用?梢愿鶕(jù)不同的測量要求,選擇合適的方案,并能對信息進行綜合處理,對系統(tǒng)狀態(tài)進行預(yù)測。

2、多敏感功能將原來分散的、各自獨立的單敏傳感器集成為具有多敏感功能的傳感器,能同時測量多種物理量和化學(xué)量,全面反映被測量的綜合信息。

3、精度高、測量范圍寬隨時檢測出被測量的變化對檢測元件特性的影響,并完成各種運算,其輸出信號更為精確,同時其量程比可達100:1,最高達400:1,可用一個智能傳感器應(yīng)付很寬的測量范圍,特別適用于要求量程比大的控制場合。

4、通信功能可采用標(biāo)準(zhǔn)化總線接口,進行信息交換,這是智能傳感器的關(guān)鍵標(biāo)志之一。

智能傳感器的出現(xiàn)將復(fù)雜信號由集中型處理變成分散型處理,即可以保證數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量,提高抗干擾性能。同時又降低系統(tǒng)的成本。它使傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多變量檢測發(fā)展,使傳感器由被動進行信號轉(zhuǎn)換向主動控制和主動進行信息處理方向發(fā)展,并使傳感器由孤立的元件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

三、現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)與特點

根據(jù)IEC/ISA定義,現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支的通信網(wǎng)絡(luò)。它是用于過程自動化最底層的現(xiàn)場設(shè)備以及現(xiàn)場儀表的互連網(wǎng)絡(luò),是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)的集成。現(xiàn)場總線將當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信與管理的概念帶入控制領(lǐng)域,代表了今后自動化控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的一種方向。

現(xiàn)場總線是以ISO的OSI模型為基本框架的,并根據(jù)實際需要進行簡化了的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng),它一般主要包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層、用戶層。

物理層向上連接數(shù)據(jù)鏈路層,向下連接介質(zhì)。物理層規(guī)定了傳輸介質(zhì)(雙絞線、無線和光纖)、傳輸速率、傳輸距離、信號類型等。在發(fā)送期間,物理層編碼并調(diào)制來自數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)流。在接收期間,它用來自媒介的合適的控制信息將收到的數(shù)據(jù)信息解調(diào)和解碼并送給鏈路層;數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)執(zhí)行總線通信規(guī)則,處理差錯檢測、仲裁、調(diào)度等。應(yīng)用層為最終用戶的應(yīng)用提供一個簡單接口,它定義了如何讀、寫、解釋和執(zhí)行一條信息或命令。用戶層實際上是一些數(shù)據(jù)或信息查詢的應(yīng)用軟件,它規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的功能塊、對象字典和設(shè)備描述等一些應(yīng)用程序,給用戶一個直觀簡單的使用界面。

現(xiàn)場總線除具有一對N結(jié)構(gòu)、互換性、互操作性、控制功能

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