基于FF总线的远程自动抄表系统设计

摘? 要 现场总线技术是随着电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的发展而于80年代中期产生的，现场总线技术以其鲜明的特点和优点很快进入各个领域。国外各大控制设备制造商也相继开发了不同的现场总线，但这些现场总线难以形成统一的标准，这从一定程度上影响了现场总线的推广应用。此外，现场总线给工业控制领域带来的变革是具有冲击性的，因为它们改变的不仅仅是设备、系统或者技术，而是将改变人们做事的途径和做事需要的工具。虽然现场总线技术诞生已经二十多年，但是它们的应用范围和应用深度与其具备的优点是不相称的。随着市场需求的急剧增长和包括智能仪表在内的现场总线产品的大量出现，现场总线技术在工业控制领域将会扮演越来越重要的角色。 随着工业控制智能化和生产自动化的发展，FF总线逐渐成为各个智能控制领域应用广泛的总线控制方式。本文主要以自动抄表系统作为应用背景阐述了FF总线在自动化控制领域的应用方式。除了介绍了FF总线的关键技术，本设计还实现了远程自动抄表的设计，并根据系统需要设计出了友好的上位机界面，上位机界面采用VC++编程，实现了对各个节点的控制采集。 关键词：FF总线，分布式，节点 引言 现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。 微处理器的出现，特别是微控制器的发展为现场总线的产生和发展创造了条件。 现有的多数现场设备，为提高其性能价格比，在实现其内部操作时都采用了微处理器和数字化元件，于是就提出了必须在这些领域的数字设备之间实现数字通信的要求。采用现场总线的目的就是为了满足这种要求，为工业领域中的测量和调节控制设备提供实现串行数字通信的手段。 对于现场总线，一方面把传统的模拟仪表变成数字仪表，变单一功能为多项功能，实现现场仪表的互操作和互换信息；另一方面是把DCS（分散型控制系统）变成FCS（现场控制系统），在现场建立开放式的现场通信网络，实现全系统的数字通信网络化。现场总线有以下优点： 1)??????? 一对N的结构，一对传输线，可以对应多台现场数字仪表，也可采用多种网络拓扑结构，简化了工程设计，降低了工程费用。 2)??????? 现场总线采用数字信号传输。 3)??????? 实现远程监控 4)??????? 综合多种功能，以微处理器为基础的数字仪表具有多种功能；另外数字调节阀直接从现场总线接收数字调节信号，在现场总线上就可以构成回路，把原来的DCS站的功能下放到现场仪表，实现彻底的分散，提高系统的可靠性。 目前，较为流行的现场总线有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART（过渡协议）等。我国市场也有一些系统集成公司推出自己基于不同现场总线的系统，如艾讯推出BITlink，康拓工控推广的Bitbus和Atcent两个现场总线产品等。 其中HART和LonWorks在我国开发和应用较多。下面只简单介绍一下WorldFIP的情况。WorldFIP现场总线不论高速还是低速，只有一套通信协议，可以不需要任何网桥或网关，低速与高速的衔接只用软件完成。WorldFIP组织认为，它的生产者/使用者（Producer/Consumer）模式和总线仲裁器（BUSArbiter）的调度方式特别适合工业过程控制的现场总线系统。它的很多优点都与此有关。FF与IEC标准草案都采用了这种通信模式，只是名称不同。FF称为发布方/接收方（Publisher/Subscriber）与链接调度器（LAS），实际方式与WorldFIP基本一致。这也说明了为什么WorldFIP支持IEC标准，因为他们向IEC靠拢在技术上是比较容易的。目前，WorldFIP的应用领域为：输电、铁路运输、地铁、化工、空间技术、汽车制造等。1998年5月，WorldFIP组织在中国建立了技术推广中心，并把注意力放在中国的能源和铁路两个将大力发展的领域。 FF总线是各个智能控制领域应用广泛的总线控制方式。本文主要以自动抄表系统作为应用背景阐述了FF总线在自动化控制领域的应用方式。除了介绍了FF总线的关键技术，本设计还实现了远程自动抄表的设计并根据系统需要设计出了友好的上位机界面，上位机界面采用VC++编程，实现了对各个节点的控制采集。 1.2 国内外研究现状 由于各个国家各个公司的利益之争，虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会（IEC/ISA）就着手开始制定现场总线的标准，至今统一的标准仍未完成。很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。目前现场总线市场有着以下的特点： 1)??????? 多种现场总线并存 目前世界上存在着大约四十余种现场总线，如法国的FIP，英国的ERA，德国西门子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域，大概不到十种的总线占有80%左右的市场。 2)??????? 各种总线都有其应用的领域 每种总线大都有其应用的领域，比如FF、PROFIBUS-PA适用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域；LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet适用于楼宇、交通运输、农业等领域；DeviceNet、PROFIBUS-DP适用于加工制造业，而这些划分也不是绝对的，每种现场总线都力图将其应用领域扩大，彼此渗透。 3)??????? 每种现场总线都有其国际组织和支持背景 大多数的现场总线都有一个或几个大型跨国公司为背景并成立相应的国际组织，力图扩大自己的影响、得到更多的市场份额。比如PROFIBUS以Siemens公司为主要支持，并成立了PROFIBUS国际用户组织WorldFIP以Alstom公司为主要后台，成立了WorldFIP国际用户组织。 4)??????? 多种总线成为国家和地区标准 为了加强自己的竞争能力，很多总线都争取成为国家或者地区的标准，比如PROFIBUS已成为德国标准，WorldFIP已成为法国标准等。 5)??????? 设备制造商参与多个总线组织 为了扩大自己产品的使用范围，很多设备制造商往往参与不止一个甚至多个总线组织。 6)??????? 各个总线彼此协调共存 由于竞争激烈，而且还没有哪一种或几种总线能一统市场，很多重要企业都力图开发接口技术，使自己的总线能和其他总线相连，在国际标准中也出现了协调共存的局面。 工业自动化技术应用于各行各业，要求也千变万化，使用一种现场总线技术也很难满足所有行业的技术要求；现场总线不同于计算机网络，人们将会面对一个多种总线技术标准共存的现实世界。技术发展很大程度上受到市场规律、商业利益的制约；技术标准不仅是一个技术规范，也是一个商业利益的妥协产物。而现场总线的关键技术之一是彼此的互操作性，实现现场总线技术的统一是所有用户的愿望。 1.3 本设计的主要内容及安排 1.3.1设计主要内容 该课题设计主要基于FF现场总线实现远程控制5个以上节点完成自动抄表工作。数据采集模块完成自动抄表的数据采集工作，将数据通过RS485汇总到下位机，再通过网络将数据从下位机上传到上位机。 1.3.2 论文安排 本文的组织结构安排如下:第一章，主要介绍本课题研究的背景、意义，以及国内外的研究现状；第二章，概括地叙述了FF现场总线的概述及协议内容，并且描述此FF现场总线的特点；第三章，首先给出设计的总体分布图，分析阐述数据采集模块与FF总线变送器的功能与使用；第四章，根据总线分布搭建一个下位机平台，此下位机通过RS485至与数据采集模块相连，除此之外下位机还要实现与上位机远程通讯信；第五章，总结。