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西門子6ES7214-1BD23-0XB8性能參數(shù)

1.1 現(xiàn)場總線技術(shù)的由來

1.1.1 cims體系結(jié)構(gòu)及工業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的層次劃分

根據(jù)工廠管理,、生產(chǎn)過程及功能要求,，cims體系結(jié)構(gòu)可分為5層，即工廠級,、車間級,、單元級、工作站級和現(xiàn)場級,。簡化的cims則分為3層,，即工廠級、車間級和現(xiàn)場級,。在一個現(xiàn)代化工廠環(huán)境中,，在大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)過程控制中,，工業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)同樣分為這三個層次，與簡化的網(wǎng)絡(luò)層次相對應(yīng),。如圖1-1所示,。

圖1-1：簡化的cims網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.1.2 現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成是工廠自動化及cims的重要部分。

現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設(shè)備單機(jī)控制,、連機(jī)控制,、通信連網(wǎng)、在線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行,、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集,、存儲、統(tǒng)計(jì)等功能,，保證現(xiàn)場設(shè)備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務(wù),，并將現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)及運(yùn)行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層，向工廠級mis系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù),。同時也可接受工廠管理層下達(dá)的生產(chǎn)管理及調(diào)度命令并執(zhí)行之,。因此，現(xiàn)場級與車間級監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工廠自動化及cims系統(tǒng)的基礎(chǔ),。

1.1.3 傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)

傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)（包括：基于pc,、、產(chǎn)品的分布式控制系統(tǒng)）,，其主要特點(diǎn)之一是,，現(xiàn)場層設(shè)備與控制器之間的連接是一對一（一個i/o點(diǎn)對設(shè)備的一個測控點(diǎn)）所謂i/o接線方式，信號傳遞4-20ma（傳送模擬量信息）或24vdc（傳送開關(guān)量信息）信號,。如圖1-2所示：

圖1-2：傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)

1.1.4 系統(tǒng)主要缺點(diǎn)

（1）信息集成能力不強(qiáng)： 控制器與現(xiàn)場設(shè)備之間靠i/o連線連接,，傳送4-20ma模擬量信號或24vdc等開關(guān)量信號，并以此監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備,。這樣,，控制器獲取信息量有限，大量的數(shù)據(jù)如設(shè)備參數(shù),、故障及故障紀(jì)錄等數(shù)據(jù)很難得到,。底層數(shù)據(jù)不全、信息集成能力不強(qiáng),，不能cims系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)的要求,。

（2）系統(tǒng)不開放、可集成性差,、專業(yè)性不強(qiáng)：除現(xiàn)場設(shè)備均靠標(biāo)準(zhǔn)4-20ma/24vdc連接,，系統(tǒng)其它軟、硬件通常只能使用一家產(chǎn)品。不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性,、互換性,，因此可集成性差。這種系統(tǒng)很少留出接口,，允許其它廠商將自己專長的控制技術(shù),，如控制算法、工藝流程,、配方等集成到通用系統(tǒng)中去,，因此，面向行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)很少,。

（3）可靠性不易保證：對于大范圍的分布式系統(tǒng),，大量的i/o電纜及敷設(shè)施工，不僅增加成本,，也增加了系統(tǒng)的不可靠性,。

（4）可維護(hù)性不高：由于現(xiàn)場級設(shè)備信息不全，現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷,、報警,、記錄功能不強(qiáng)。另一方面也很難完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定,、修改等參數(shù)化功能,，影響了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

1.1.5 現(xiàn)場設(shè)備的串行通信接口是現(xiàn)場總線技術(shù)的原形

由于大規(guī)模的發(fā)展,，許多,、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置等現(xiàn)場設(shè)備智能化,，即內(nèi)置cpu控制器,，完成諸如線性化、量程轉(zhuǎn)換,、數(shù)字濾波甚至回路調(diào)節(jié)等功能,。因此，對于這些智能現(xiàn)場設(shè)備增加一個串行數(shù)據(jù)接口（如rs-232/485）是非常方便的,。有了這樣的接口,，控制器就可以按其規(guī)定協(xié)議，通過串行通信方式（而不是i/o方式）完成對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控,。如果設(shè)想全部或大部分現(xiàn)場設(shè)備都具有串行通信接口并具有統(tǒng)一的通信協(xié)議，控制器只需一根通信電纜就可將分散的現(xiàn)場設(shè)備連接,，完成對所有現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控,，這就是現(xiàn)場總線技術(shù)的初始想法。

1.2.4 現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生

基于以上初始想法，使用一根通信電纜,，將所有具有統(tǒng)一的通信協(xié)議通信接口的現(xiàn)場設(shè)備連接,，這樣，在設(shè)備層傳遞的不再是i/o（4-20ma/24vdc）信號,，而是基于現(xiàn)場總線的數(shù)字化通信,，由數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)。

1.2 現(xiàn)場總線技術(shù)概念

1.2.1 現(xiàn)場總線技術(shù)

目前,，的現(xiàn)場總線技術(shù)概念描述如下：現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行,、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線,。其中,，“生產(chǎn)過程"包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類。

或者,，現(xiàn)場總線是以單個分散的,、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),，用總線相連接,，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng),。

1.2.2 現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)生的意義

（1）現(xiàn)場總線（fieldbus）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場級控制設(shè)備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),；是一次工業(yè)現(xiàn)場級設(shè)備通信的數(shù)字化革命。現(xiàn)場總線技術(shù)可使用一條通信電纜將現(xiàn)場設(shè)備（智能化,、帶有通信接口）連接,，用數(shù)字化通信代替4-20ma/24vdc信號，完成現(xiàn)場設(shè)備控制,、監(jiān)測,、遠(yuǎn)程參數(shù)化等功能。

（2）傳統(tǒng)的現(xiàn)場級自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用一對一連線的,、4-20ma/24vdc信號,，信息量有限，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換,，使自控系統(tǒng)成為工廠中的“信息孤島",，嚴(yán)重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自動化的實(shí)現(xiàn)。

（3）基于現(xiàn)場總線的自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化通信技術(shù),，使自控系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò),， 構(gòu)成企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場,。在cims系統(tǒng)中,，現(xiàn)場總線是工廠到現(xiàn)場級設(shè)備的延伸,，是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.2.3 基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)

基于現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)如圖1-3所示：

圖3：基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)