现场总线技术与工厂自动化FA

分层式工厂自动化网络系统
与传统的工业自动化模式相比，工厂自动化有如下的特点：
1. 控制方式由集中式转变为智能分布式
　　集中式控制方式不仅难于处理远距离控制问题，而且布线复杂，能耗大，更重要的是，其中央控制单元一旦出现问题，则全局瘫痪。这种控制方式已逐渐被淘汰。分布式控制思想完全克服了前述的弱点。尤其是这种控制方式将可能出现的问题限制在局部范围，即某一子站若出现问题不影响其它子站的正常工作。由此整个系统的可靠性便得到了很大的提高。另外这种控制方式实际上形成了一种模块式的网络拓扑结构，系统的扩展和缩减便可以象积木那样操作了。当然，系统的模块化还要求软件也具备模块化的特点，即增加硬件时，在不改动原有软件的基础上，在应用软件平面上添加相应的软件模块。这方面奥地利贝加莱（BR）公司的PCC 产品尤为突出。
2．集管理与现场控制于一体
　　工厂自动化网络一般可分为三个层次，即：管理层，控制层和现场层。其中控制层和现场层主要负责控制或监控决策的组织和实施，这两层物理上主要通过现场总线（如CAN , PROFIBUS 等）的手段来实现。管理层是整个网络的最高层次，整个系统的图文显示，管理决策制定与实施，各子系统间或与外系统的信息互换与交流以及数据库管理等智能都属于这个网络层次的范畴。这里同时又是广域网的节点。这个网络层常用的通信协议是Ethernet 的TCP / IP 。这种集管理与现场控制于一体的自动化网络可以体现如下优势：
( l ）工厂决策层和现场设备间的透明性 通过对现场设备的图文显示，工厂的决策层可很容易地获得现场信息，同时结合管理层的有关市场营销、仓储以及财务等方面的信息及时作出决策，以便由有关部门通过计算机网络下达到现场层。
( 2 ）分散网络化生产系统 分散网络化生产系统采用敏捷制造原理，通过工厂自动化网络管理层所提供的广域网接口，可以很方便地将距离甚远的集团成员组织在一起，从而实现异地决策、异地设计和异地生产的操作。这样就可以通过信息集成对企业实现高效益的管理。
3. 开放性和智能性
　　国际上标准的现场总线如CAN , PROFIBUS 等的使用可使整个系统具有对外系统很好的兼容性。另一方面，智能分布式网络系统原则上可以通过任一子站实现对整个系统的监控和维护。比如对远方某一子站的软件进行维护，工程师无须亲自到该站去，只要在就近的子站处理或在家中通过MODEM 进行工作就可以了。当然系统的开放性还体现在用户对系统的参与。数据库可以很方便地以某种方式将用户自己的应用软件连接到系统中去，从而使系统充分体现用户的个性。
　　这种分布式的系统拓扑结构实际上将智能也进行了空间上的分布，使得系统中的每一个子站既能独立地工作，又能实现与系统其它部分的交流协作。 更形象地说，与集中式自动化系统相比，智能分布式的系统就象一个神经网络一样，将智能分配到了神经系统中的每一个节点或单元。所谓系统的智能性实际上就是系统具有根据获取的信息进行分析运算和判断的能力。系统的智能性主要表现如下几点：

　　管理层通过提供对广域网的结点使系统自身或对外界的交流具有了硬件基础。同时数据库和专家系统的使用使管理层具有越来越强的人工智能性。
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　　控制层和现场层的计算机控制设备在分析运算能力上向着大型计算机的方向发展。如贝加莱(BR)的可编程计算机控制器( PCC ）的多任务分时操作系统，大容量程序存储能力（100kB 一16MB ) 以及高级语言（C）的编程界面等。
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　　整个系统具有自诊断、自维护、错误记录以及报警保护等功能。

　　总而言之，加强系统的智能性的目的有两个：第一，减少人的干预，提高系统的质量和可靠性；第二，提高工作的速度和效率。
然而要实现所谓的工厂自动化( PA ) ，现场总线技术将是关键所在。尤其是近年来在中国成立了多家现场总线协会，如FF协会，PROFIBUS 协会等。这些机构对现场总线在中国的推广做了大量的工作。然而至于哪一种现场总线是最好的确实要看使用的具体情况，而且最好由用户或市场作答。作者将利用下文的空间介绍一些现场总线的基本概念。

现场总线浅释

　　在工业自动化领域中常常要实现设备间的数据交流或对某种设备进行远程维护。这就提出了一个计算机通讯的问题。工业中的计算机通讯通常采用所谓的“总线技术”。图3列出了对常见总线系统的概述。