基于现场总线技术的可视化油料保障网络初探

摘要： 本文在综合比较了几种有影响力的现场总线技术的基础上，结合我军现的油料保障体制，完成了一种基于现场总线技术的可视化油料保障网络的信息系统的初步设计。 关键词：现场总线； 油料保障；信息系统；网络 一、引言 本文主要完成了一种基于现场总线技术的可视化油料保障网络的信息系统的初步设计。该系统的构建充分发挥了现场总线系统在技术上具有良好的系统开放性的特点，将复杂的可视化油料保障网路信息系统的设计，分成了数个可由联勤分部或与其职能相近的各军兵种的油料保障部门可独立设计完成的分系统的组合。在设计中，联勤分部或具有联勤分部职能的一级的机关可根据自己所辖单位的油料的储备状况、输转能力、油库的地理位置及所配备的野战运油、加油装备的技术特点等，只要遵从总部颁发的相同的总线标准，公开一致的网络协议，既可建立起战役级的油料保障信息系统，并构成部队油料保障可视化网络的信息系统的子系统，为可视化油料保障网络信息系统的构建提供基础。本文主要对该战役级可视化油料保障网络信息系统做了介绍。 二、几种有影响的现场总线技术的比较与选择 现场总线发展迅速，现处于群雄并起、百家争鸣的阶段。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、P-Net、FIP、ISP等，其中最具影响力的有5种，分别是FF、Profitbus、HART、CAN和LonWorks（性能对照见表1） 1、FF（Foundation Fieldbus现场基金会总线） 由美国仪器协会（ISA）1994推出，代表公司有Honeywell和Fisher-Rosemount，主要应用于石油化工、连续工业过程控制中的仪表。FF的特色是其通讯协议在ISO的OSI物理层、数据链路层和应用层3层之上附加了用户层，通过对象字典OD（Object Dictionary）和设备描述语言DDL（Device Description Language）实现可互操作性。由于开发该技术的这些公司是该领域的自控设备的主要提供商，对底层网络的功能 需求了解透彻，也具备足以左右该领域现场自控设备的发展方向的能力，因而由它们组成的基金会所颁布的现场总线规范具有一定的权威性。它的传输输率及传输方式也基本符合战场条件下的性能要求，所以在我国国内现场总线技术发展严重滞后的情况下，开发和利用基金会现场总线技术构建我军可视化油料保障网络是比较合理的，但建立基于该总线技术的系统，开发成本昂贵，也是该系统的开发发展在我国普及缓慢的主要原因之一。 2、Profibus（Process Fieldbus） 德国西门子公司1987年推出，主要应用于PLC。产品有三类：FMS用于主站之间的通讯；DP用于制造行业从站之间的通讯；PA用于过程行业从站之间的通讯。由于Profibus开发生产的现场总线产品开发时间早至十年前，限于当时计算机网络水平，大多建立在IT网络标准基础上，随着应用领域不断扩大和用户要求越来越高，现场总线的 产品只能在原有IT协议框架上进行局部的修改和补充，以致在控制系统内增加了很多的转换单元（如各种耦合器），这为该产品今后的进一步发展带来了一定的局限性。 3、HART（Highway Addressable Remote Tranducer可寻址远程传感器数据通路） 美国Rosemount公司1989年推出，主要应用于智能变送器。HART为一过渡性标准，它通过在4-20mA电源信号线上叠加不同频率的正弦波（2200HZ表“0”，1200HZ表“1”）来传送数字信号，从而保证了数字系统和传统模拟系统的兼容性，预计其生命周期为最近20年。 4、CAN（Controller Area Network控制局域网络） 德国Bosch 6公司1993年推出，应用于汽车监控、开关量控制、制造业等。介质访问方式为非破坏性位仲裁方式，适用于实时性要求很高的小型网络，且开发工具廉价。Motorala、Intel、Philips 均生产独立的CAN芯片和带有CAN接口的80C51芯片。CAN型总线产品有AB公司的DeviceNet、台湾研华的ADAM数据采集产品等。该总线技术的产生是基于最初的对汽车的监控，后逐渐发展到工业测控领域的，该总线技术在车载情况下，在可靠性方面同其他总线技术相比优势非常明显。在野战运加油装备上开发基于该总线技术的测控系统是较为合理的选择。 5、LonWorks（LON Local Operating System局部操作系统） 美国Echelon公司1991年推出，主要应用于楼宇自动化、工业自动化和电力行业等。LonTalk的全部7层协议，介质访问方式为P-P CSMA（预测P-坚持载波监听多路复用），采用网络逻辑地址寻址方式，优先权机制保证了通讯的实时性，安全机制采用证实方式，因此能构建大型网络控制系统。Echelon公司推出的Neuron神经元芯片实质为网络型微控制器，该芯片强大的网络通讯处理功能配以面向对象的网络通讯方式，大大降低了开发人员在构造应用网络通讯方面所需花费的时间和费用，而可将精力集中在所擅长的应用层进行控制策略的编制，因此业内许多专家认为LonWorks总线是一种很有希望的现场总线。基于LonWorks的总线产品有美国Action公司的lexnet&Flexlink等。 三、以现场总线为基础的可视化战役级油料保障网络信息系统 1、可视化油料保障网络的信息系统组成 随着科学技术的飞速发展，现代战争的形态发生了巨大的变革，以信息技术为依托的高科技现代化战争的出现，对我军的后勤油料保障系统也构成极大的冲击。在未来战争中，发挥后勤保障系统的实时性和全效性，就必须依靠高科技技术建立一套完整的可视化油料保障信息系统，把后勤指挥中心对油料保障的决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断及对装备的控制紧密的联系在一起，进行综合的信息处理，根据战场的实时动态，以尽可能低的资源、能量消耗、最短的时间、最效的保障方式作出油 料保障的配置方案或协助指挥员作出战场决心。同时，也就必须要求该系统能将自动控制、办公自动化、战场决策、远程专家会诊的各层次的计算机及装备的嵌入式或便携式计算机联成网络，实现信息的沟通汇集与数据的共享，因此，在战役级可视化油料保障网络中，信息也是多层次的。本人构建的我军战役级油料保障网络的信息化系统，分别有以下几个层次组成： ①战役测控层 在该信息层中，使用H1总线网段与战役油库的现场设备（包括各类变送器、阀门、输油泵等）连接，构成战役油库的现场控制层，以实现油库的自动控制、储量的自动测量及向上一信息层传送相关保障信息的功能。同时，在运油和加油装备中，建立基于CAN总线技术的数据采集系统及状态监测系统，采用无线通信的方式将相关信息传送到上一信息层； ②战役监控层 该信息层将来自战役测控层的信息送往专家会诊系统和战役控制室，置入实时数据库，进行高等控制、优化计算和集中显示。来自战役测控层的各网段可通过通信控制器或PC接口卡与该层交换数据，实现战役油库的远程的自动化控制及运加油装备性能的远程会诊。该信息层通常由以太网等传送速度较快的网段的组成； ③指挥决策层 该层将跨越地域的限制，融合战场条件下所有的调度、计划、配置、库存、财务及人力信息，由关系数据库收集和整理来自各战役油库、野战运加油装备、专家系统等的各类信息进行综合的处理，形成首长的战役决心，下达保障任务。该信息层还通过地面卫星站和军网与其他战役级油料保障信息化系统相连，构成全军可视化油料保障网络信息系统，共享战场信息，同时接受上一级机关的命令。 2、战役级可视化油料保障信息系统功能模型 图3.2为可视化油料保障信息系统的功能模型及层次结构。其底层为测控层，自下而上中间各层分别为监控层、计划层、管理层、决策层。各功能 模块在计算机网络和数据数据库的支持下运行。管理决策系统根据战场油料保障的需求，外部战场环境的信息及总部的油料保障任务等信息，对油料的保障的配置方式、配置地域等提出决策支持；管理系统主要对来自监控层、测控层、专家会诊的信息进行集成管理，并按决策系统的指令形成逻辑策略；计划系统用以完成油料保障配置方案的分解、配置力量的调度、统计等功能，形成详细的油料配置方案；专家会诊系统通过对战役测控层的各油料装备的性能状态参数的采集和收集，完成装备远程状态监测与故障诊断，并为维修部门作出维修方案，指导装备维修与备件的库存，同时为上一级信息层提供在役装备的性能评价；监控系统用于实现过程优化、高等控制和统计控制；直接控制系统和数据采集系统则完成油料保障实施中的过程量（如压力、流量、温度等）的检测及常规的控制功能。 3、可视化油料保障网络信息系统集成环境 在该集成环境中采用如下图3.3所示的分布式网络系统，采用客户机/服务器或服务器/浏览器结构，可以在实现可视化油料保障网络各层次功能模型的同时，实现网络连接的结构上的简化。从而形成以实时数据库，关系数据库、故障模式数据库为中心的数据集成环境，为实现数据资源的共享奠定了基础。 四、结束语 本文运用了当今在自动化控制领域非常前沿的现场总线技术，结合我油料保障单位的配属状况，完成了全军可视化油料保障网络信息系统的初步设计。并对以现场总线为基础的全军可视化油料保障网络信息系统的子系统（战役级油料保障信息系统）的基本组成、功能模型及信息集成环境做了详细的介绍，为我军建设未来的可视化油料保障信息网络作出了有益的探索。 参考文献 [1]刘振志 . <