第1章現(xiàn)場總線概論

1、第一章現(xiàn)場總線概論第一章現(xiàn)場總線概論1.1 什么是現(xiàn)場總線什么是現(xiàn)場總線1.1.1現(xiàn)場總線基本概念現(xiàn)場總線基本概念1.1.2現(xiàn)場現(xiàn)場總線產(chǎn)生總線產(chǎn)生 1.1.3DCS，RI/O和和FCS1.1.4現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)1.1.5現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展1.2幾種典型的現(xiàn)場總線幾種典型的現(xiàn)場總線1.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成1.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點1.1 什么是現(xiàn)場總線什么是現(xiàn)場總線 國際電工委員會在國際電工委員會在IEC61158IEC61158中給現(xiàn)場總線下了一個中給現(xiàn)場總線下了一個定義：定義： 安裝在制造或過程區(qū)域

2、的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線?？偩€稱為現(xiàn)場總線。 簡述：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)簡述：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡1.1.1現(xiàn)場總線基本概念（現(xiàn)場總線的本質(zhì)含義） 現(xiàn)場通信網(wǎng)絡 現(xiàn)場設備互連 互操作性 分散功能塊 通信線供電 開放式互連網(wǎng)絡（1 1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡現(xiàn)場總線作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡一直延伸到現(xiàn)場總線作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡一直延

3、伸到生產(chǎn)現(xiàn)場中的現(xiàn)場設備，使過去采用點對點生產(chǎn)現(xiàn)場中的現(xiàn)場設備，使過去采用點對點的模擬信號傳輸或開關(guān)量信號單點并行傳輸?shù)哪M信號傳輸或開關(guān)量信號單點并行傳輸變?yōu)樽優(yōu)開的雙向串行數(shù)字傳輸。的雙向串行數(shù)字傳輸。（2 2）現(xiàn)場設備互連）現(xiàn)場設備互連現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表是指傳感器、變送器和執(zhí)現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表是指傳感器、變送器和執(zhí)行器等，這些設備通過行器等，這些設備通過_傳輸線互連傳輸線互連（3 3）互操作性）互操作性用戶希望選用各制造商性能價格比最好的產(chǎn)品集成在一用戶希望選用各制造商性能價格比最好的產(chǎn)品集成在一起，實現(xiàn)起，實現(xiàn)“即插即用即插即用”；用戶希望對不同品牌的現(xiàn)場；用戶希望對不同品牌的現(xiàn)場設備

4、統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成其所需的控制回路設備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成其所需的控制回路所謂所謂_是指來自不同廠家的設備（儀表）可以互相是指來自不同廠家的設備（儀表）可以互相通信，并且可以在多廠家的環(huán)境中完成功能的能力。通信，并且可以在多廠家的環(huán)境中完成功能的能力。（4 4）分散功能塊）分散功能塊FCSFCS廢棄了廢棄了DCSDCS的輸入的輸入/ /輸出單元和控制站輸出單元和控制站, ,把把DCSDCS控制站的控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表, ,從而構(gòu)成從而構(gòu)成_ _ 。（5 5）通信線供電）通信線供電通信線通信線_允許現(xiàn)場儀表直接從通信線允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上獲取能量上獲取能量,

5、,這種方式提供用于本質(zhì)安全環(huán)這種方式提供用于本質(zhì)安全環(huán)境的低功耗現(xiàn)場儀表境的低功耗現(xiàn)場儀表, ,與其配套的還有安全與其配套的還有安全柵。柵。（6 6）開放式互連網(wǎng)絡）開放式互連網(wǎng)絡現(xiàn)場總線為開放式互連網(wǎng)絡現(xiàn)場總線為開放式互連網(wǎng)絡, ,既可與既可與_網(wǎng)絡網(wǎng)絡互連互連, ,也可與也可與_網(wǎng)絡互連網(wǎng)絡互連, ,不同制造商的不同制造商的網(wǎng)絡互連十分簡便網(wǎng)絡互連十分簡便, ,用戶不必在硬件或軟件用戶不必在硬件或軟件上花多大力氣。上花多大力氣。1.1.2 1.1.2 現(xiàn)場總線的現(xiàn)場總線的產(chǎn)生產(chǎn)生現(xiàn)場總線的現(xiàn)場總線的含義含義 ：現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場總線是用于過程自動化過程自動化和和制造自動化制造自動化底底層的

6、現(xiàn)場儀表或現(xiàn)場設備互連的通信網(wǎng)絡，這層的現(xiàn)場儀表或現(xiàn)場設備互連的通信網(wǎng)絡，這些些儀表儀表或設備具有輸入、輸出、運算、控制、或設備具有輸入、輸出、運算、控制、通信功能，并直接在現(xiàn)場總線上構(gòu)成分散的通信功能，并直接在現(xiàn)場總線上構(gòu)成分散的控控制回路制回路。模擬模擬半數(shù)字半數(shù)字全數(shù)字全數(shù)字5060708090年代年代在橢圓中填上相應在橢圓中填上相應的儀表英文縮寫符號的儀表英文縮寫符號20世紀世紀50年代以前，使用年代以前，使用PCS，這種控制按地理位置分散于生產(chǎn)，這種控制按地理位置分散于生產(chǎn)現(xiàn)場，分散于生產(chǎn)現(xiàn)場，自成體系，現(xiàn)場，分散于生產(chǎn)現(xiàn)場，自成體系， 實現(xiàn)自治式的實現(xiàn)自治式的徹底分散徹底分散控制。

7、控制。其優(yōu)點是危險分散，一臺儀表故障只影響一個控制點；其缺點是其優(yōu)點是危險分散，一臺儀表故障只影響一個控制點；其缺點是只能實現(xiàn)簡單控制，操作工奔跑于生產(chǎn)現(xiàn)場巡回檢查，不便于集只能實現(xiàn)簡單控制，操作工奔跑于生產(chǎn)現(xiàn)場巡回檢查，不便于集中操作控制，而且只適用于幾個控制回路的小型系統(tǒng)。中操作控制，而且只適用于幾個控制回路的小型系統(tǒng)。20世紀世紀60年代開始集中控制，采用年代開始集中控制，采用ACS?？刂破?、指示器、記錄儀安裝于控制室，傳感器、執(zhí)行器安裝控制器、指示器、記錄儀安裝于控制室，傳感器、執(zhí)行器安裝于現(xiàn)場。優(yōu)點是便于集中控制、監(jiān)視操作和管理，缺點是控制于現(xiàn)場。優(yōu)點是便于集中控制、監(jiān)視操作和管理，

8、缺點是控制三要素分離帶來安裝成本高，要消耗大量的管線和電線，調(diào)試三要素分離帶來安裝成本高，要消耗大量的管線和電線，調(diào)試麻煩，維護困難。麻煩，維護困難。產(chǎn)生產(chǎn)生因素因素：傳統(tǒng)傳統(tǒng)模擬模擬儀表的儀表的缺點缺點現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線數(shù)字數(shù)字儀表的儀表的優(yōu)點優(yōu)點計算機及其網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展計算機及其網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展用戶需求。用戶需求。傳統(tǒng)傳統(tǒng)模擬模擬儀表的儀表的缺點缺點一對一結(jié)構(gòu)：一對一結(jié)構(gòu)：一臺儀表，一對傳輸線，單向傳輸一個信號；一臺儀表，一對傳輸線，單向傳輸一個信號；接線龐雜，工程周期長，安裝費用高，維護困難。接線龐雜，工程周期長，安裝費用高，維護困難。單一功能：單一功能：信號信號檢測檢測和和變換變換功能。功

9、能。可靠性差：可靠性差：模擬信號傳輸不僅精度低，而且易受干擾。模擬信號傳輸不僅精度低，而且易受干擾。傳統(tǒng)傳統(tǒng)模擬模擬儀表的儀表的缺點缺點一對一結(jié)構(gòu)：一對一結(jié)構(gòu)：一臺儀表，一對傳輸線，單向傳輸一個信號；一臺儀表，一對傳輸線，單向傳輸一個信號；接線龐雜，工程周期長，安裝費用高，維護困難。接線龐雜，工程周期長，安裝費用高，維護困難。單一功能：單一功能：信號信號檢測檢測和和變換變換功能。功能?？煽啃圆睿嚎煽啃圆睿耗M信號傳輸不僅精度低，而且易受干擾。模擬信號傳輸不僅精度低，而且易受干擾。失控狀態(tài)：失控狀態(tài)：操作員在控制室操作員在控制室既不了解現(xiàn)場儀表工作狀況，既不了解現(xiàn)場儀表工作狀況，也不能對其進行參

10、數(shù)調(diào)整，也不能對其進行參數(shù)調(diào)整，更不能預測故障，更不能預測故障，導致操作員對其處于導致操作員對其處于“失控失控”狀態(tài)。狀態(tài)?；Q性差：互換性差：不同廠家的同類儀表無法互換。不同廠家的同類儀表無法互換。用戶依賴制造廠，無法使用性能價格比用戶依賴制造廠，無法使用性能價格比 優(yōu)的儀表。優(yōu)的儀表。1.1.2 現(xiàn)場總線的現(xiàn)場總線的產(chǎn)生產(chǎn)生 20世紀世紀60年代的年代的計算機集中控制計算機集中控制 一臺計算機一臺計算機的任務：的任務：承擔一套或多套承擔一套或多套 生產(chǎn)裝置信號輸入和生產(chǎn)裝置信號輸入和 輸出、運算和控制、輸出、運算和控制、操作監(jiān)視和打印制表操作監(jiān)視和打印制表等多項任務。等多項任務。實現(xiàn)幾十個

11、或?qū)崿F(xiàn)幾十個或上百個控制回路，上百個控制回路，全廠的信息管理。全廠的信息管理。危險集中。危險集中。20世紀世紀70年代，使用年代，使用DCS，它是一個半數(shù)字系統(tǒng)，即，它是一個半數(shù)字系統(tǒng)，即DCS與現(xiàn)場設備（儀表）聯(lián)系仍是采用模擬信號，不與現(xiàn)場設備（儀表）聯(lián)系仍是采用模擬信號，不能實現(xiàn)真正的數(shù)字化電廠。能實現(xiàn)真正的數(shù)字化電廠。1.1.2 現(xiàn)場總線的現(xiàn)場總線的產(chǎn)生產(chǎn)生現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線數(shù)字數(shù)字儀表的儀表的優(yōu)點優(yōu)點20世紀世紀80年代中期開始研究制定現(xiàn)場總線標準。年代中期開始研究制定現(xiàn)場總線標準。一對一對N結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：一對傳輸線，一對傳輸線，N臺儀表，雙向傳輸多個信號；臺儀表，雙向傳輸多個信號；接線簡

12、單，工程周期短，安裝費用低，維護容易。接線簡單，工程周期短，安裝費用低，維護容易。電電源源現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器操作站操作站ABCD現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線數(shù)字數(shù)字儀表的儀表的優(yōu)點優(yōu)點綜合功能：綜合功能：既有信號既有信號檢測檢測和和變換變換功能，功能，又有又有控制控制和和運算運算功能。功能?？煽啃愿撸嚎煽啃愿撸簲?shù)字信號傳輸不僅精度高，而且抗干擾性強。數(shù)字信號傳輸不僅精度高，而且抗干擾性強。 可控狀態(tài)：可控狀態(tài)：操作員在控制室操作員在控制室既可了解現(xiàn)場儀表的工作狀況，既可了解現(xiàn)場儀表的工作狀況，也能對其進行參數(shù)調(diào)整，也能對其進行參數(shù)調(diào)整，使其處于操作員監(jiān)控狀態(tài)，使其處于操作員監(jiān)控狀態(tài)，

13、提高了可控性和維護性。提高了可控性和維護性。 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線數(shù)字數(shù)字儀表的儀表的優(yōu)點優(yōu)點互換性好：互換性好：不同廠家的同類儀表可以不同廠家的同類儀表可以互換互換，用戶可以選用性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場儀表用戶可以選用性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場儀表?；ゲ僮餍裕夯ゲ僮餍裕翰煌瑥S家儀表不同廠家儀表集成集成在一起，對在一起，對功能塊功能塊進行統(tǒng)一進行統(tǒng)一組組 態(tài)態(tài)，構(gòu)成所需的控制回路，實現(xiàn)，構(gòu)成所需的控制回路，實現(xiàn)“即接即用即接即用”。分散控制：分散控制：控制功能控制功能分散分散在現(xiàn)場總線數(shù)字儀表中，在現(xiàn)場總線數(shù)字儀表中，通過現(xiàn)場總線構(gòu)成通過現(xiàn)場總線構(gòu)成控制回路控制回路，實現(xiàn)了徹底的分散控制。實現(xiàn)了徹底的分散控

14、制。提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。 計算機計算機及其及其網(wǎng)絡網(wǎng)絡技術(shù)的技術(shù)的發(fā)展發(fā)展 現(xiàn)場儀表是現(xiàn)場儀表是模擬模擬和和數(shù)字數(shù)字混合處理器，混合處理器，既有檢測、變換和放大等既有檢測、變換和放大等模擬模擬信號處理，信號處理，也有也有CPU、內(nèi)存和通信等、內(nèi)存和通信等數(shù)字數(shù)字信號處理。信號處理。工作環(huán)境惡劣，易燃易爆，總線供電，本質(zhì)安全，工作環(huán)境惡劣，易燃易爆，總線供電，本質(zhì)安全，要求要求集成電路元件集成電路元件體積體積小小、功能、功能全全、性能、性能好好、 可靠性可靠性高高、耗電、耗電少少。用戶用戶需求需求傳統(tǒng)模擬儀表的傳統(tǒng)模擬儀表的缺點缺點，束縛束縛了

15、了DDC和和DCS的發(fā)展。的發(fā)展。現(xiàn)場數(shù)字儀表的現(xiàn)場數(shù)字儀表的優(yōu)點優(yōu)點，促進促進了了DDC和和DCS的革新。的革新。用戶需要現(xiàn)場總線儀表。用戶需要現(xiàn)場總線儀表。廠商看到現(xiàn)場總線儀表的廠商看到現(xiàn)場總線儀表的市場市場需要。需要。 1.1.3DCS，RI/O和和FCS DCS：DCS處理器模件與處理器模件與I/O模件之間不但模件之間不但可以通過廠家專用的通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互可以通過廠家專用的通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互，還可以通過某種現(xiàn)場總線協(xié)議進行數(shù)據(jù)交，還可以通過某種現(xiàn)場總線協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互?；ァ?RI/O：在：在DCS中，為了與距離電子設備間較中，為了與距離電子設備間較遠的某個子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，使用

16、了遠的某個子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，使用了RI/O，通過某種協(xié)議的數(shù)據(jù)總線將遠程，通過某種協(xié)議的數(shù)據(jù)總線將遠程I/O中的多中的多個數(shù)據(jù)與電子設備間的處理器模件進行數(shù)據(jù)個數(shù)據(jù)與電子設備間的處理器模件進行數(shù)據(jù)交互。交互。 FCS：FCS是通過現(xiàn)場總線技術(shù)，將現(xiàn)場的是通過現(xiàn)場總線技術(shù)，將現(xiàn)場的智能設備串聯(lián)在一起組成控制系統(tǒng)。智能設備串聯(lián)在一起組成控制系統(tǒng)。處理器模件處理器模件DCS處理器模件處理器模件處理器模件處理器模件BUSBUSBUSI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OCPCPCPCPCPCPI/OI/OI/OP-微處理器微處理器PPPRI/OFCS電子設備間電子設備間 現(xiàn)場現(xiàn)場CP

17、-通信處理器通信處理器I/O-輸入輸入/輸出輸出 模件模件/模塊模塊遠程遠程I/O機柜機柜智能現(xiàn)場設備智能現(xiàn)場設備/現(xiàn)場總線儀表現(xiàn)場總線儀表圖圖1-2DCS、RI/OFCS對應關(guān)系對應關(guān)系 控制柜安裝在什么地方？控制柜安裝在什么地方？ 處理器模件和處理器模件和I/O模件安裝在什么模件安裝在什么地方？地方？ BUS是是什么？什么？ BUS都采用什么協(xié)議？都采用什么協(xié)議？ 處理器模件和處理器模件和I/O模件之間傳遞是模件之間傳遞是什么性質(zhì)的信號？什么性質(zhì)的信號？ 畫出畫出I/O模件與現(xiàn)場儀表連接示意模件與現(xiàn)場儀表連接示意圖，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的信圖，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的信號？號？ 畫出現(xiàn)場

18、儀表與生產(chǎn)過程連接示畫出現(xiàn)場儀表與生產(chǎn)過程連接示意圖，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的意圖，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的物理量？物理量？ 控制策略存在于什么模件中？控制策略存在于什么模件中？ 畫出開環(huán)監(jiān)視信息流。畫出開環(huán)監(jiān)視信息流。處理器模件處理器模件DCSBUSI/OI/OI/O電子設備間電子設備間 現(xiàn)場現(xiàn)場處理器模件處理器模件BUSI/OI/OI/OCPCPCPI/OI/OI/ORI/O遠程遠程I/O機柜機柜處理器模件安裝在什么地方？處理器模件安裝在什么地方？遠程遠程I/OI/O機柜機柜安裝在什么地方？安裝在什么地方？通信處理器模件安裝在什么地方？通信處理器模件安裝在什么地方？ I/OI/O模件安裝在

19、什么地方？模件安裝在什么地方？ BUS BUS是什么？是什么？ BUS BUS都采用什么協(xié)議？都采用什么協(xié)議？處理器模件和處理器模件和I/OI/O模件之間傳遞是什模件之間傳遞是什么性質(zhì)的信號？么性質(zhì)的信號？畫出畫出I/OI/O模件與現(xiàn)場儀表連接示意圖模件與現(xiàn)場儀表連接示意圖，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的信號？，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的信號？畫出現(xiàn)場儀表與生產(chǎn)過程連接示意圖畫出現(xiàn)場儀表與生產(chǎn)過程連接示意圖，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的物理量，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的物理量？控制策略存在于什么模件中？控制策略存在于什么模件中？處理器模件處理器模件BUSI/OI/OI/OCPCPCPPPPFCS智能現(xiàn)場設備

20、智能現(xiàn)場設備/現(xiàn)場總線儀表現(xiàn)場總線儀表處理器模件安裝在什么地方？處理器模件安裝在什么地方？I/OI/O安裝在什么地方？安裝在什么地方？FBFB安裝在什么地方？安裝在什么地方？ CPCP是什么？是什么？ P是什么？是什么？ BUS BUS都采用什么協(xié)議？都采用什么協(xié)議？處理器模件和處理器模件和I/OI/O模件之間傳遞是什模件之間傳遞是什么性質(zhì)的信號？么性質(zhì)的信號？畫出現(xiàn)場儀表與生產(chǎn)過程連接示意圖畫出現(xiàn)場儀表與生產(chǎn)過程連接示意圖，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的物理量，它們之間傳遞是什么性質(zhì)的物理量？控制策略存在于什么模件中？控制策略存在于什么模件中？ 1.1.4 現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)現(xiàn)場總線通信系統(tǒng) 現(xiàn)場總

21、線通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)發(fā)送儀表（設備現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)發(fā)送儀表（設備）、接收儀表（設備）、傳輸介質(zhì)、傳輸）、接收儀表（設備）、傳輸介質(zhì)、傳輸報文和通信協(xié)議等部分組成，試畫出現(xiàn)場報文和通信協(xié)議等部分組成，試畫出現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)示意圖?？偩€通信系統(tǒng)示意圖。 幀長度為幾個或幾十個數(shù)據(jù)位的總線屬于幀長度為幾個或幾十個數(shù)據(jù)位的總線屬于_。 A.傳感器總線；傳感器總線；B.設備總線；設備總線；C.現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線 CAN總線屬于總線屬于_。 A.位級總線；位級總線；B.字節(jié)級總線；字節(jié)級總線；C.數(shù)據(jù)塊級總數(shù)據(jù)塊級總線線 1.1.5現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展 現(xiàn)場總線的關(guān)鍵技術(shù)是通信協(xié)議。

22、在發(fā)展初現(xiàn)場總線的關(guān)鍵技術(shù)是通信協(xié)議。在發(fā)展初期，各大自動化集團各自推出自己的現(xiàn)場總期，各大自動化集團各自推出自己的現(xiàn)場總線，其類型達線，其類型達40種之多。為了用戶便于使用，種之多。為了用戶便于使用，達到各總線之間互聯(lián)的目的，就必須實行大達到各總線之間互聯(lián)的目的，就必須實行大家都遵守的國際標準，以實現(xiàn)開放、兼容、家都遵守的國際標準，以實現(xiàn)開放、兼容、互操作的目的?；ゲ僮鞯哪康摹?國際國際IECTC65標準化組織，為了統(tǒng)一現(xiàn)場標準化組織，為了統(tǒng)一現(xiàn)場總線通信協(xié)議，在十多年的工作中，通過爭總線通信協(xié)議，在十多年的工作中，通過爭論與妥協(xié)，于論與妥協(xié)，于1999年年12月底，各委員國家月底，各委員國

23、家投票表決，通過了投票表決，通過了8種總線標準的折中方案，種總線標準的折中方案，并于并于2000年年1月月4日，由日，由IEC中央辦公室公布中央辦公室公布了投票結(jié)果。了投票結(jié)果。 這這8種總線標準的類型是：種總線標準的類型是： TS-61158或或 FF-H1（現(xiàn)場總線基金會）；（現(xiàn)場總線基金會）； CIP或或CONTROLNET(美國美國ROCKWEIL公公司司)； PROFIBUS(德國西門子公司德國西門子公司)； P-NET(丹麥丹麥PROCESS DATA公司公司)； FF-HSE(FISHER-ROSEMOUNT公司公司)； SWIFT NET(美國波音公司美國波音公司)； WORL

24、DFIP(法國法國ALSTOM公司公司)； INTERBUS(德國德國PHOENIX CONTACT公公司司)。1.2 1.2 幾種典型的現(xiàn)場總線幾種典型的現(xiàn)場總線IEC61158IEC61158標準中有標準中有 FFFF， PROFIBUSPROFIBUS， Control NetControl Net， P-NETP-NET， Swift NetSwift Net， World FIPWorld FIP， Inter busInter bus， 等等；等等；另外另外還有還有 CANCAN， LONLON， HARTHART， ASIASI， Device NetDevice Net 等等。

25、等等。多種多種現(xiàn)場總線標準現(xiàn)場總線標準并存并存。 1.2.幾種典型的現(xiàn)場總線幾種典型的現(xiàn)場總線傳輸傳輸速率：速率：低速低速為幾十為幾十幾百幾百Kbps中速中速為幾百為幾百幾千幾千Kbps高速高速為幾為幾M幾十幾十Mbps 傳輸傳輸介質(zhì)介質(zhì)：雙絞線雙絞線、同軸電纜、光纜、無線，、同軸電纜、光纜、無線，動力電纜動力電纜(如樓宇中的照明電纜如樓宇中的照明電纜)。 拓撲拓撲結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：總線形總線形樹形樹形環(huán)形環(huán)形 1.2.幾種典型的現(xiàn)場總線幾種典型的現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線區(qū)別區(qū)別 于一般的通信總線，于一般的通信總線，不僅是一種不僅是一種通信通信技術(shù)，技術(shù)，而且是一種而且是一種控制控制技術(shù)。技術(shù)?，F(xiàn)場

26、總線現(xiàn)場總線標準標準 不僅規(guī)定了不僅規(guī)定了通信協(xié)議通信協(xié)議，而且規(guī)定了而且規(guī)定了控制協(xié)議控制協(xié)議或應用或應用功能塊功能塊。通過現(xiàn)場總線，通過現(xiàn)場總線，既可以既可以共享共享現(xiàn)場總線節(jié)點內(nèi)部的現(xiàn)場總線節(jié)點內(nèi)部的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，也可以也可以共享共享現(xiàn)場總線節(jié)點內(nèi)部的現(xiàn)場總線節(jié)點內(nèi)部的功能塊功能塊， 以便在現(xiàn)場總線上組成以便在現(xiàn)場總線上組成控制回路控制回路。PROFIBUS現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線 制造業(yè)自動化制造業(yè)自動化 過程控制自動化過程控制自動化 電力自動化電力自動化 樓宇自動化樓宇自動化 鐵路交通自動化鐵路交通自動化現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)FF現(xiàn)場總線應用領(lǐng)域以過程控制自動化為主 化工 電力 廢水處理 油田

27、現(xiàn)場總線技術(shù)LONWORKS現(xiàn)場總線由美國Echelon公司研制 工業(yè)控制 樓宇自動化 數(shù)據(jù)采集 SCADA系統(tǒng) 國內(nèi)主要應用于樓宇自動化現(xiàn)場總線技術(shù)CANBUS現(xiàn)場總線 由德國Bosch公司為汽車的監(jiān)測和控制而設計 主要用于汽車制造、公共交通車輛、機器人、液壓系統(tǒng)、分散型I/O，另外在電梯、醫(yī)療器械、工具機床、樓宇自動化等場合均有所應用現(xiàn)場總線技術(shù)1.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成FCS的討論重點放在什么層級上？的討論重點放在什么層級上？FCS按結(jié)構(gòu)分成幾類？按結(jié)構(gòu)分成幾類？ 二層的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？二層的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？PID在什么設備里實現(xiàn)

28、？在什么設備里實現(xiàn)？智能儀表指的是什么設備？智能儀表指的是什么設備？人機接口指的是什么設備？人機接口指的是什么設備？ 此結(jié)構(gòu)有控制級嗎？此結(jié)構(gòu)有控制級嗎？現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？PIDPID在什么設備里實現(xiàn)？在什么設備里實現(xiàn)？現(xiàn)場總線設備指的是什么設備？現(xiàn)場總線設備指的是什么設備？人機接口指的是什么設備？人機接口指的是什么設備？ 此結(jié)構(gòu)有控制級嗎？此結(jié)構(gòu)有控制級嗎？此結(jié)構(gòu)的控制站與此結(jié)構(gòu)的控制站與DCS的控制站的區(qū)別？的控制站的區(qū)別？此結(jié)構(gòu)適合控制什么樣的生產(chǎn)過程此結(jié)構(gòu)適合控制什么樣的生產(chǎn)過程現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由哪幾部分組成

29、？PIDPID在什么設備里實現(xiàn)？在什么設備里實現(xiàn)？現(xiàn)場總線設備指的是什么設備？現(xiàn)場總線設備指的是什么設備？人機接口指的是什么設備？人機接口指的是什么設備？ 此結(jié)構(gòu)有控制級嗎？此結(jié)構(gòu)有控制級嗎？此結(jié)構(gòu)的控制站與此結(jié)構(gòu)的控制站與DCS的控制站的有區(qū)別嗎？的控制站的有區(qū)別嗎？此結(jié)構(gòu)適合控制什么樣的生產(chǎn)過程此結(jié)構(gòu)適合控制什么樣的生產(chǎn)過程此結(jié)構(gòu)能在工程師站上對現(xiàn)場設備進行組態(tài)嗎？此結(jié)構(gòu)能在工程師站上對現(xiàn)場設備進行組態(tài)嗎？傳統(tǒng)傳統(tǒng)DCS和新一代和新一代FCS是幾層結(jié)構(gòu)，并寫出數(shù)字是幾層結(jié)構(gòu)，并寫出數(shù)字所對應的含義。所對應的含義。傳統(tǒng)傳統(tǒng)DCS是幾層結(jié)構(gòu)，寫出數(shù)字所對應的含義。是幾層結(jié)構(gòu)，寫出數(shù)字所對應的含

30、義。幾層結(jié)構(gòu)？與教材中哪張圖對應？幾層結(jié)構(gòu)？與教材中哪張圖對應？幾層結(jié)構(gòu)？與教材中哪張圖對應？幾層結(jié)構(gòu)？與教材中哪張圖對應？華能九臺電廠華能九臺電廠SPPA-T3000幾層結(jié)構(gòu)？幾層結(jié)構(gòu)？與教材中哪張圖對應？與教材中哪張圖對應？幾層結(jié)構(gòu)？幾層結(jié)構(gòu)？與教材中哪張圖對應？與教材中哪張圖對應？FCS165系統(tǒng)控制網(wǎng)絡示意圖系統(tǒng)控制網(wǎng)絡示意圖幾層結(jié)構(gòu)？幾層結(jié)構(gòu)？與教材中與教材中哪張圖對應？哪張圖對應？1.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點現(xiàn)場總線具有以下特點：現(xiàn)場總線具有以下特點：一根雙絞線可連接多臺設備，從而減少導一根雙絞線可連接多臺設備，從而減少導線數(shù)量，降低配線成本。線數(shù)量，降低配線

31、成本。由于采用數(shù)字傳輸方式，可以實現(xiàn)高精度由于采用數(shù)字傳輸方式，可以實現(xiàn)高精度的信息處理，提高控制質(zhì)量。的信息處理，提高控制質(zhì)量。由于實現(xiàn)了多重通信，除了可以傳送由于實現(xiàn)了多重通信，除了可以傳送PV、MV之外，還可以傳送大量的現(xiàn)場設備管理之外，還可以傳送大量的現(xiàn)場設備管理信息。信息。現(xiàn)場儀表之間可以通信，實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表之間可以通信，實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表的自律分散控制。的自律分散控制。 由于現(xiàn)場總線儀表具有互操作性，不同由于現(xiàn)場總線儀表具有互操作性，不同廠家的儀表可以自由組合，為用戶提供了廠家的儀表可以自由組合，為用戶提供了廣泛的選擇余地。廣泛的選擇余地。 實現(xiàn)了測量儀表、電氣儀表、分析儀表實

32、現(xiàn)了測量儀表、電氣儀表、分析儀表的綜合化。的綜合化。 在控制室就可以對現(xiàn)場儀表進行調(diào)試、在控制室就可以對現(xiàn)場儀表進行調(diào)試、校驗、診斷和維護。校驗、診斷和維護。 1.通信方式通信方式 模擬通信方式模擬通信方式 混合通信方式混合通信方式 現(xiàn)場總線通信方式現(xiàn)場總線通信方式 2.節(jié)省導線、電纜及其安裝費用節(jié)省導線、電纜及其安裝費用 多儀表互連多儀表互連 多變量檢測多變量檢測 多變量傳送多變量傳送PVSV上限上限報警報警下限下限報警報警診斷診斷信息信息 3.傳輸精度的提高傳輸精度的提高 現(xiàn)場儀表中現(xiàn)場儀表中D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差 模擬信號傳輸產(chǎn)生誤差模擬信號傳輸產(chǎn)生誤差 系統(tǒng)儀表的系統(tǒng)儀表的A/

33、D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差 4.多層次的信息傳輸（多對多）多層次的信息傳輸（多對多） 5.系統(tǒng)控制功能的分散化系統(tǒng)控制功能的分散化 現(xiàn)場儀表具有綜合管理功能現(xiàn)場儀表具有綜合管理功能 系統(tǒng)控制功能的自律分散系統(tǒng)控制功能的自律分散 系統(tǒng)控制功能的下移系統(tǒng)控制功能的下移 6.互操作性互操作性填空：填空：DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器功能強而系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器功能強而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以必須整體投資一步到是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以必須整體投資一步到位，事后位，事后_難度較大。難度較大。FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場化，功能下放較徹

34、底，信息處理現(xiàn)場化，廣泛采用的數(shù)字智能現(xiàn)場裝置使得控制器廣泛采用的數(shù)字智能現(xiàn)場裝置使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，功能與重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)系統(tǒng)投資起點低，可以邊用、投資起點低，可以邊用、_、邊投運。、邊投運。 DCS系統(tǒng)是系統(tǒng)是_系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本互不系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本互不兼容。而兼容。而FCS系統(tǒng)是系統(tǒng)是_系統(tǒng)，用戶可以選擇系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設備連入現(xiàn)場總線，不同廠商、不同品牌的各種設備連入現(xiàn)場總線，達到最佳的系統(tǒng)集成。達到最佳的系統(tǒng)集成。 DCS系統(tǒng)的信息全都是二進制或模擬信號形成系統(tǒng)的信息全都是二進制或模擬信號形成的，必須有的，必須有DA與

35、與AD轉(zhuǎn)換。而轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全系統(tǒng)是全數(shù)字化，免去了數(shù)字化，免去了DA與與AD變換，高集成化高變換，高集成化高性能，使性能，使_可以從可以從0.5提高到提高到0.1。 _系統(tǒng)可以將系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的的25次次s，提高到，提高到FCS的的1020次次s，從而，從而改善調(diào)節(jié)性能。改善調(diào)節(jié)性能。 _系統(tǒng)可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對系統(tǒng)可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對自身進行診斷、維護和組態(tài)。但是，由于其自身進行診斷、維護和組態(tài)。但是，由于其自身的致命弱點，其自身的致命弱點，

36、其I0信號采用傳統(tǒng)的模信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，無法在工程師站上對現(xiàn)場儀表擬量信號，無法在工程師站上對現(xiàn)場儀表(含含變送器、執(zhí)行器等變送器、執(zhí)行器等)進行遠方診斷、維護和組進行遠方診斷、維護和組態(tài)。態(tài)。 _系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。 _系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此，它可以對現(xiàn)場裝置制。因此，它可以對現(xiàn)場裝置(含變送器、執(zhí)含變送器、執(zhí)行器等行器等)進行遠方診斷、維護和組

37、態(tài)。進行遠方診斷、維護和組態(tài)。 _系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，與系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，與_系統(tǒng)相比，可以省去相當數(shù)量的隔離器、系統(tǒng)相比，可以省去相當數(shù)量的隔離器、端子柜、端子柜、IO終端、終端、IO卡件、卡件、IO文件文件及及IO柜，同時也節(jié)省了柜，同時也節(jié)省了IO裝置及裝置裝置及裝置室的空間與占地面積，有專家認為可以節(jié)室的空間與占地面積，有專家認為可以節(jié)省省60。 _系統(tǒng)可以減少大量電纜與敷設電纜系統(tǒng)可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等，同時也節(jié)省了設計、安裝和用的橋架等，同時也節(jié)省了設計、安裝和維護費用，有專家認為可以節(jié)省維護費用，有專家認為可以節(jié)省66。 _相對于相對于_ 組態(tài)簡單，由于結(jié)

38、構(gòu)、組態(tài)簡單，由于結(jié)構(gòu)、性能標準化，便于安裝、運行、維護。性能標準化，便于安裝、運行、維護。兩種通信方式如圖所示，試說明：兩種通信方式如圖所示，試說明：（1）兩種通信方式的名稱是什么？）兩種通信方式的名稱是什么？（2）那種通信方式精度高？）那種通信方式精度高？（3）精度高的原因是什么？）精度高的原因是什么？ 填空填空 _通信方式產(chǎn)生誤差的原因有以下三個通信方式產(chǎn)生誤差的原因有以下三個方面：現(xiàn)場儀表中方面：現(xiàn)場儀表中DA轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差；模擬轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差；模擬信號傳遞產(chǎn)生誤差；系統(tǒng)儀表的信號傳遞產(chǎn)生誤差；系統(tǒng)儀表的AD轉(zhuǎn)換產(chǎn)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差。生誤差。 在在_通信方式中，不存在通信方式中，不存在DA和和A

39、D轉(zhuǎn)換電路，所以不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)換電路，所以不會產(chǎn)生DA和和AD的的轉(zhuǎn)換誤差，因而信號的傳輸精度有所提高。轉(zhuǎn)換誤差，因而信號的傳輸精度有所提高。 _的作用是把微處理機輸出的數(shù)字信號的作用是把微處理機輸出的數(shù)字信號變換為適合傳送的數(shù)字信號，反之就是變換為適合傳送的數(shù)字信號，反之就是_。 在模擬通信方式中，信號是以在模擬通信方式中，信號是以_的的連續(xù)變化形式存在的，信號值的變化可以無連續(xù)變化形式存在的，信號值的變化可以無限小，因此，噪聲和信號畸變在模擬信號傳限小，因此，噪聲和信號畸變在模擬信號傳輸中是無法避免的。輸中是無法避免的。 現(xiàn)場儀表傳輸模擬信號時現(xiàn)場儀表傳輸模擬信號時_較差，較差，信號誤差只會將

40、一個有效信號變?yōu)榱硪粋€有信號誤差只會將一個有效信號變?yōu)榱硪粋€有效信號，即使從最精確的模擬儀表送來的信效信號，即使從最精確的模擬儀表送來的信號，當它到達控制器時也可能已變得完全不號，當它到達控制器時也可能已變得完全不準確。準確。 而在現(xiàn)場總線儀表中，信號的有效值只有而在現(xiàn)場總線儀表中，信號的有效值只有_或或_兩個，所以它非常堅實可靠，一般兩個，所以它非常堅實可靠，一般的噪聲很難扭曲它。的噪聲很難扭曲它。 _與模擬信號相比，其抗干擾或抗畸變的能與模擬信號相比，其抗干擾或抗畸變的能力強。更為重要的是，檢錯機制可以檢測數(shù)字信號力強。更為重要的是，檢錯機制可以檢測數(shù)字信號失真，一旦發(fā)現(xiàn)失真，就可以廢除相

41、關(guān)報文，并可失真，一旦發(fā)現(xiàn)失真，就可以廢除相關(guān)報文，并可能要求再重新傳送一次。能要求再重新傳送一次。 在在_通信方式內(nèi)不可能檢測到信號的畸變，這通信方式內(nèi)不可能檢測到信號的畸變，這是因為一個畸變的信號看起來仍然像是一個有效的是因為一個畸變的信號看起來仍然像是一個有效的過程信號。例如，一個過程信號。例如，一個19mA的的_信號，由于噪信號，由于噪聲干擾可以在聲干擾可以在18.97mA19.03mA之間變化，或者之間變化，或者由于電源電壓的下降而固定在由于電源電壓的下降而固定在18mA。由于它仍然屬。由于它仍然屬于一個有效的信號，因此沒有一種方法可告知操作于一個有效的信號，因此沒有一種方法可告知操

42、作員信號存在的誤差。操作員可以懷疑信號受到了干員信號存在的誤差。操作員可以懷疑信號受到了干擾或者限制，但是沒有辦法確定究竟是畸變還是過擾或者限制，但是沒有辦法確定究竟是畸變還是過程發(fā)生了變化。程發(fā)生了變化。 一個接收到的一個接收到的_信號則忠實于起始信號則忠實于起始被傳送的信號。例如，若信號高電平被傳送的信號。例如，若信號高電平為為5V，代表邏輯，代表邏輯 “1”；信號低電平為；信號低電平為0V，代表邏輯，代表邏輯 “0”。若因為干擾使高。若因為干擾使高電平降到電平降到4V或使低電平升到或使低電平升到1V時，時，4V仍代表數(shù)字仍代表數(shù)字“1”，1V仍代表數(shù)字仍代表數(shù)字“0”，數(shù)字信號并沒有失真

43、。數(shù)字信號并沒有失真。 _信號優(yōu)越的保真度正是它們被光信號優(yōu)越的保真度正是它們被光盤和自動化領(lǐng)域采用的原因，它不但盤和自動化領(lǐng)域采用的原因，它不但帶來了較高的精度，而且?guī)砹溯^高帶來了較高的精度，而且?guī)砹溯^高的置信度。的置信度。試將圖示英文翻譯成中文試將圖示英文翻譯成中文廠廠-廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)辦公自動化辦公自動化局域網(wǎng)局域網(wǎng)顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡現(xiàn)場總線網(wǎng)絡工廠（現(xiàn)場）儀工廠（現(xiàn)場）儀表表&控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)工廠網(wǎng)絡的工廠網(wǎng)絡的層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)1.4（自編）（自編）控制回路如圖所示，試回答下列問題：控制回路如圖所示，試回答下列問題：（1）說明控制回路的名稱）說明控制回路的名稱（2）寫

44、出控制回路總的延遲時間表達式）寫出控制回路總的延遲時間表達式（3）哪個控制回路遲延大？）哪個控制回路遲延大？（4）兩種控制回路遲延不同的主要原因是什么？）兩種控制回路遲延不同的主要原因是什么？Hardware reduction.(1)將圖中的英文翻譯成中文將圖中的英文翻譯成中文(2)說明說明AI、PID、AO的含義的含義(3)說明說明AI、PID、AO在兩種控制系統(tǒng)的安裝位置在兩種控制系統(tǒng)的安裝位置(4)此圖說明了此圖說明了FIELDBUS的哪些優(yōu)點？的哪些優(yōu)點？(1)將圖中的英文翻譯成中文將圖中的英文翻譯成中文(2)說明說明AI、PID、AO的含義的含義(3)說明說明AI、PID、AO在兩

45、種控制系統(tǒng)的安裝位置在兩種控制系統(tǒng)的安裝位置(4)此圖說明了此圖說明了FIELDBUS的哪些優(yōu)點？的哪些優(yōu)點？Installation Savings(1)將圖中的英文翻譯成中文將圖中的英文翻譯成中文(2)此圖說明了此圖說明了FIELDBUS的哪些優(yōu)點？的哪些優(yōu)點？(1)將圖中的英文翻譯成中文將圖中的英文翻譯成中文(2)此圖說明了此圖說明了FIELDBUS的哪些優(yōu)點？的哪些優(yōu)點？（1）說明圖示閥門的通信方式）說明圖示閥門的通信方式（2）左圖）左圖I/O信號有幾個，試說明各信號的含義。信號有幾個，試說明各信號的含義。（3）右圖）右圖I/O信號有幾個，試說明各信號的含義。信號有幾個，試說明各信號的含義。（4）此圖說明了）此圖說明了FIELDBUS的哪些優(yōu)點？的哪些優(yōu)點？ 填空填空 一臺帶閥門定位器的調(diào)節(jié)閥。閥上有一臺帶閥門定位器的調(diào)節(jié)閥。閥上有_的輸?shù)妮敵鲂盘枺次恢每刂菩盘枺⒊鲂盘枺次恢每刂菩盘枺?、_閥位信號、閥位信號、_閥位信號、閥位信號、_閥門信號。閥門信號。 模擬通信方式下的帶閥門定位器的調(diào)節(jié)閥至少需模擬通信方式下的帶閥門定位器的調(diào)節(jié)閥至少需要要_連接，而現(xiàn)場總線只需要