劉  速

1  引言
現(xiàn)在，現(xiàn)場(chǎng)傳感儀器日趨智能化。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)傳感儀器所傳送的不僅是單純的數(shù)據(jù)，還包括異常檢查、統(tǒng)計(jì)分析等“信息”時(shí)，就要求記錄儀具備對(duì)信息進(jìn)行加工，并以易懂的方式進(jìn)行傳送的功能。橫河電機(jī)株式會(huì)社（以下簡(jiǎn)稱(chēng)橫河公司）在其無(wú)紙記錄儀DAQSTATION上增加了現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的附加功能，并取得了成功的應(yīng)用。
2  DAQSTATION概述
橫河公司1999年開(kāi)發(fā)的DAQSTATION DX系列是無(wú)紙記錄儀的一種，同時(shí)也是高性能的數(shù)據(jù)采集站。為了擴(kuò)大其網(wǎng)絡(luò)功能，現(xiàn)又開(kāi)發(fā)出了可以對(duì)應(yīng)FoundationTM現(xiàn)場(chǎng)總線（H1）的功能，并在2000年通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（美國(guó)Fieldbus Foundation）的認(rèn)證。DAQSTATION在獲得免檢之前，接受了現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)會(huì)的互換性實(shí)驗(yàn)，并在最新版本ITK（Interoperability Test Kit）4.0的測(cè)試中合格。此外，在橫河公司的CENTUM系統(tǒng)，以及部分其它公司的主機(jī)上，其互換性也得以確認(rèn)。其特點(diǎn)如下：
①  DX100的最多模擬輸入通道數(shù)為12，DX200的最多模擬輸入通道數(shù)為30。
②  標(biāo)準(zhǔn)配置Ethernet接口。可以完成FTP數(shù)據(jù)傳送、WWW監(jiān)視、用E-mail傳送報(bào)警信息等服務(wù)功能。
③  可用大容量存儲(chǔ)媒體（閃存卡、Zip盤(pán)等）保存數(shù)據(jù)。
④  使用大視角的TFT液晶顯示器，顯示內(nèi)容豐富。
⑤  報(bào)警輸出最多可達(dá)24點(diǎn)。
⑥  根據(jù)IEC529-IP65標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)防塵、防水。
⑦  可對(duì)應(yīng)MODBUS、Foundation^TM 現(xiàn)場(chǎng)總線等的通訊。
3  現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)格
DAQSTATION的現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)格見(jiàn)表1。

表1  現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)格

在裝載Foundation^TM 現(xiàn)場(chǎng)總線定義的標(biāo)準(zhǔn)AI（Analog Input）、MAI（Multiple Analog Input）、MAO（Multiple Analog Output）功能模塊的同時(shí)，可以與現(xiàn)場(chǎng)總線上其它儀器實(shí)現(xiàn)發(fā)信、收信，還可以通過(guò)LM（Link Master）功能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊進(jìn)行控制。
此外，考慮到無(wú)需使用DCS等大規(guī)模控制系統(tǒng)的小規(guī)模監(jiān)視應(yīng)用的情況，還可以另行提供以DQASTATION作為通訊主機(jī)構(gòu)筑系統(tǒng)時(shí)所需要的PC軟件、現(xiàn)場(chǎng)總線工具（DAQSTATION用）。
4  系統(tǒng)軟、硬件構(gòu)成
4.1  硬件結(jié)構(gòu)
現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)回路構(gòu)成如圖1所示。

圖1  回路構(gòu)成圖（模塊圖）

DAQSTATION的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，只是在現(xiàn)場(chǎng)總線模式下，才在已構(gòu)筑于本體內(nèi)部的子系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)裝。這樣，幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線功能可以在子系統(tǒng)上進(jìn)行構(gòu)筑，橫河公司在現(xiàn)場(chǎng)儀器上先行開(kāi)發(fā)的資源，也可以得到靈活應(yīng)用。
另外，現(xiàn)場(chǎng)總線以外的功能由主系統(tǒng)完成，兩者通過(guò)內(nèi)部的串行通訊交換必要的數(shù)據(jù)。
4.2  軟件功能
軟件的功能模塊圖如圖2所示。 

圖2  軟件功能模塊圖

DAQSTATION的軟件和硬件一樣，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，其系統(tǒng)分為主系統(tǒng)和子系統(tǒng)兩部分。
通過(guò)這樣的軟件構(gòu)成，DAQSTATION將主系統(tǒng)的測(cè)量/運(yùn)算通道采集的模擬數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)AI及MAI功能模塊向現(xiàn)場(chǎng)總線上的其它儀器輸出，最大可以達(dá)到16點(diǎn)。
另外，通過(guò)MAO功能模塊，可以輸入現(xiàn)場(chǎng)儀器上的模擬數(shù)據(jù)，最多可以達(dá)到8點(diǎn)。同時(shí)通過(guò)運(yùn)算通道，可以和本機(jī)的其它模擬輸入一樣，在主系統(tǒng)上進(jìn)行記錄、顯示，或通過(guò)Ethernet在LAN上發(fā)送信息。
除此之外，由于DAQSTATION上裝載有LM功能，還可以作為現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊控制器LAS（Link Active Scheduler）使用。
5  應(yīng)用實(shí)例
(1)  作為已經(jīng)設(shè)置的傳感器的變換器
如圖3所示，在使用DCS等主機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境下，DAQSTATION可以作為未連接到現(xiàn)場(chǎng)總線上的傳感器的信號(hào)變換器。 

      圖3  作為現(xiàn)有傳感器的變換器

在歐美等國(guó)，對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)進(jìn)行改造、擴(kuò)展的工廠比新建的工廠更多。這多數(shù)是給中央控制室的記錄儀等顯示儀器接入熱電偶等以前已經(jīng)在使用的信號(hào)線。如果要將現(xiàn)有傳感器并入現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行再利用，DAQSTATION可以既作為顯示裝置使用，又作為將現(xiàn)有傳感器的輸出變換為現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變換器，在主機(jī)系統(tǒng)上統(tǒng)一工作。這時(shí)使用的是DAQSTATION的AI、MAI功能模塊。
(2)  作為現(xiàn)場(chǎng)顯示裝置
在使用DCS等主機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境下，現(xiàn)場(chǎng)總線上的所有測(cè)量結(jié)果通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送到操作控制臺(tái)。同時(shí)，對(duì)于中央控制室以外的現(xiàn)場(chǎng)工作人員，也要提供現(xiàn)有測(cè)量?jī)x器信息。
 

圖4  作為現(xiàn)場(chǎng)顯示裝置

現(xiàn)在，由于DAQSTATION安裝了MAO功能模塊，可以作為在主機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器的過(guò)程值進(jìn)行監(jiān)視的現(xiàn)場(chǎng)顯示器。如圖4所示。
(3)  作為小規(guī)模測(cè)量系統(tǒng)的監(jiān)視裝置
Foundation^TM現(xiàn)場(chǎng)總線考慮到了現(xiàn)場(chǎng)儀器的分散控制，在不使用DCS等大規(guī)模控制系統(tǒng)的情況下，只運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)儀器就可以進(jìn)行控制。靈活應(yīng)用DAQSTATION作為監(jiān)視裝置的特點(diǎn)，將控制裝置及監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)筑為現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。這里，將用于監(jiān)視、記錄現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程值的MAO功能模塊，作為現(xiàn)場(chǎng)總線上進(jìn)行通訊控制的LM進(jìn)行使用。
另外，由于DAQSTATION標(biāo)準(zhǔn)配置了Ethernet端口，用戶可以在辦公室的計(jì)算機(jī)上很容易地查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的變化曲線或獲取數(shù)據(jù)。