現(xiàn)場總線講座

1、現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線特點及總線標準總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信規(guī)范幾種流行的現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)什么是現(xiàn)場總線？它是現(xiàn)場儀表之間以及現(xiàn)場儀表與監(jiān)控計算機之間的全數(shù)字、串行雙向、多站點的開放型通信系統(tǒng)。現(xiàn)場總線特點及總線標準 現(xiàn)場總線是企業(yè)實現(xiàn)綜合自動化、信息化、 管控一體化的需要 。（TQCSE）現(xiàn)場總線的產(chǎn)生和發(fā)展 高新技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)場總線的產(chǎn)生奠定了 基礎(chǔ) 。 現(xiàn)場總線技術(shù)是測控領(lǐng)域的通信和網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)?，F(xiàn)場儀表FieldBusEthernet管理層監(jiān)控層現(xiàn)場總線將分散的有通信能力的測量控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，連接成能相互溝通信息，共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。FCS是第5代控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)特點開放性

2、：現(xiàn)場總線的一致性、公開性。 互操作與互用性：現(xiàn)場設(shè)備間的信息溝通、互可操作及不同廠家設(shè)備的相互替換。 功能自治性：傳感測量、補償計算、信息處理與控制功能在現(xiàn)場儀表中完成。 高度分散性：構(gòu)成一種全分散性的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 環(huán)境適應(yīng)性：支持各種傳輸介質(zhì)、兩線制和本安防爆。 現(xiàn)場總線標準工業(yè)控制總線標準主要由IEC 的幾個技術(shù)委員會負責。 IEC TC65 制訂了用于工業(yè)控制系統(tǒng)的IEC 61158。目前流行的PROFIBUS、FF等現(xiàn)場總線也納入了IEC的Type18標準。IEC TC17B制訂了用于低壓開關(guān)和控制裝置的 IEC 62026。 廣為使用的 DEVICENET、AS-I等總線也納入了

3、IEC標準。現(xiàn)場總線標準的制訂工作起步很早，由于各大集團公司從自身的利益出發(fā)， 意見不一，經(jīng)多年爭論，在2000年頒布了涵蓋多種規(guī)范的現(xiàn)場總線標準, 統(tǒng)一標準的愿望未能實現(xiàn)。 IEC 61158 的標準現(xiàn)場總線 Type1：IEC 61158技術(shù)報告。 Type2：ControlNet，得到CI組織的支持。 Type3：Profibus，得到PNO組織的支持。 Type4：P - NET，得到該總線用戶組織的支持。 Type5：FF - HSE，由FF組織開發(fā)。 Type6：Swiftnet，得到美國波音公司的支持。 Type7：WorldFIP，屬歐洲標準EN50170。 Type8：Int

4、erbus，得到Interbus Club支持?，F(xiàn)確認包括Profinet在內(nèi)的共10種類型，且在2007年之前不再增加。（規(guī)范共4600多頁） 由上可知，標準的問世只是劃定了若干現(xiàn)場總線的市場疆域，并讓一些大公司和集團以此為基礎(chǔ)再圖發(fā)展，尋求進一步的商業(yè)利益。 有人提出：對由不同基礎(chǔ)、不同應(yīng)用背景、不同科學底蘊的集團和公司用一種“統(tǒng)一”的標準約束是否合理? 能否統(tǒng)一？ 從2001年開始，現(xiàn)場技術(shù)發(fā)展的重點已不是去追求統(tǒng)一標準；而是集中在如何合理應(yīng)用, 發(fā)現(xiàn)并解決問題,切實地推動FCS的實際應(yīng)用。同時在推廣應(yīng)用過程中確定不同現(xiàn)場總線的適用場合、性能價格比等,以實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計?？偩€網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與互連規(guī)

5、范網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)星型：每個站點都連接到中央節(jié)點。 環(huán)型：站點連接成一封閉環(huán)路。 總線型：所有站點共享一條傳輸鏈路。樹型：總線結(jié)構(gòu)的擴展形式。 傳輸介質(zhì) 雙絞線、同軸電纜、光纜、電力線等。介質(zhì)訪問策略(MAC)CSMA/CD： 站點的發(fā)送是隨機的， 為避免爭用介質(zhì)引起的沖突，要監(jiān)聽傳輸線上是否有信息在發(fā)送(先聽后講)。 Token Ring：站點的發(fā)送是受控的， 令牌在環(huán)型網(wǎng)上傳送，只有獲得此令牌的站點，才有權(quán)向環(huán)路發(fā)送信息。 Token Passing Bus： 兼有CSMA結(jié)構(gòu)簡單和Token Ring無沖突的優(yōu)點， 物理結(jié)構(gòu)上是總線網(wǎng)，邏輯結(jié)構(gòu)上是環(huán)型網(wǎng)。 網(wǎng)絡(luò)互連規(guī)范(OSI參考模型) 物理層

6、、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層物理層提供為建立、維護、斷開物理連接的機械、電氣、功能等特性。數(shù)據(jù)鏈路層用于建立、維護拆除鏈路連接，實現(xiàn)無差錯傳輸?shù)墓δ?。?yīng)用層提供用戶服務(wù)，如文件傳輸?shù)取＞W(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備中繼器用于物理層，起信號放大作用。網(wǎng)橋用于連接兩個不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。路由器用于網(wǎng)絡(luò)層，實現(xiàn)不同子網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)關(guān)用于不同通信協(xié)議和不同操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的互連。幾種流行的現(xiàn)場總線- Foundation Fieldbus- Profibus（Process Fieldbus）- LonWorks（Local Operating Networks）- CAN（Cont

7、rol Area Network） HART（Highway Addressable Remote T Transducer）- Industry Ethernet- Modbus、RS 485等FF總線的特點Foundation Fieldbus用于現(xiàn)場級控制的FF-H1傳輸速率32.25Kbps,直接通信距離達1900 m，其現(xiàn)場儀表可完成檢測、變送、調(diào)節(jié)、計算、報警、故障診斷等控制與信息處理任務(wù)。 FF-H1采用令牌傳遞的總線控制方式, 令牌傳遞由鏈路活動調(diào)度器（LAS）控制, 以確保信息傳遞的及時性。(周期信息和非周期信息) 在應(yīng)用層之上增加了用戶層, 用戶層的功能塊和設(shè)備描述使儀表的

8、現(xiàn)場控制功能與儀表設(shè)備的互操作易于實現(xiàn)。 為現(xiàn)場儀表提供兩種供電方式：非總線供電和總線供電；支持本質(zhì)安全防爆，可用于易燃、易爆的場合。 基于以太網(wǎng)的FF-HSE,在上層與H1基本一致，在底層則采用了流行的以太網(wǎng)+TCP/IP協(xié)議，HSE充分利用現(xiàn)有以太網(wǎng)技術(shù)，它滿足了最終用戶對互操作性、低成本和高速現(xiàn)場總線解決方案的要求。 HSE支持H1的所有功能，而且其功能模塊中還包括新的應(yīng)用于離散和I/O子系統(tǒng)的 “柔性功能模塊”，使用標準語言(IEC 61131)編程。 FF總線的通信模型 FF-H1：用戶層（應(yīng)用程序） 現(xiàn)場總線報文規(guī)范子層FMS 現(xiàn)場總線訪問子層FAS數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 用戶層物理層

9、 通信棧7216543物理層規(guī)定物理連接性能,符合IEC61158-2標準，通信?？刂茍笪脑诂F(xiàn)場總線的傳輸。鏈路層通過LAS來管理對總線的訪問，F(xiàn)AS為報文規(guī)范子層提供服務(wù)，后者為用戶層提供服務(wù)和報文格式。 FF-HSE：用戶層FDAIEEE 802.2 應(yīng)用層物理層 物理層符合IEEE 802.3u標準，數(shù)據(jù)鏈路層符合IEEE 802.2規(guī)范。 TCP/UDPIPIEEE 802.3u 傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是IPV.4 標準， 傳輸層TCP是面向連接的協(xié)議， UDP是無連接協(xié)議。FDA的作用與H1的FMS相似。 FF總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)操作站.交換機其它總線網(wǎng)絡(luò)HSE鏈接設(shè)備網(wǎng)關(guān)H1總

10、線HSE鏈接設(shè)備路由器HSE子網(wǎng)HSE現(xiàn)場設(shè)備H1總線ProfibusProfibus總線的特點Profibus包括Profibus-DP、-FMS、-PA，傳輸速率9.6Kbps12Mbps,相應(yīng)通信距離為1200 100m，可實現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆(PA)。 Profibus-DP用于現(xiàn)場控制器與分散I/O之間的數(shù)據(jù)通信； Profibus-FMS用來解決車間級通信任務(wù), 此層將被Ethernet取代；Profibus PA用于過程自動化,可連現(xiàn)場變送器、執(zhí)行器。 Profibus采取主站之間的令牌傳遞方式和主從之間的主、從通信方式。 Profibus-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。

11、 Profibus行規(guī)（用戶接口）可使不同廠商生產(chǎn)的零部件互換使用, 從而保證各家廠商的現(xiàn)場設(shè)備的互換性和互操作性。PA 行規(guī)包括各種設(shè)備功能、行為的必要規(guī)范以及描述各類設(shè)備組態(tài)信息的數(shù)據(jù)單。Profibus總線協(xié)議芯片已形成系列，有多種集成芯片可供使用, 以滿足不同需要，構(gòu)成復雜程度各異的Profibus總線。Siemens公司的 SPM2單片可用來構(gòu)成簡單的DP從站, ASPC2可構(gòu)成DP主站, SIM1與SPC4可實現(xiàn)PA的功能。Profibus總線的通信模型用戶層數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 物理層規(guī)定物理特性,采用RS-485通信標準, 數(shù)據(jù)鏈路層MAC描述總線訪問方式，F(xiàn)LC為總線鏈路控制。

12、應(yīng)用層FMS規(guī)定應(yīng)用協(xié)議, 低層接口LLI則協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系。用戶層規(guī)定了應(yīng)用功能。 模型分層FMSDPPAFMS行規(guī)DP行規(guī)PA行規(guī)FMS應(yīng)用層LLI未用未用FLCMACIEC接口IEC61158-2物理連接，電氣特性，介質(zhì)，RS-485 Profibus總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)操作員站Profibus-DPPLC監(jiān)控層工程師站Profibus-FSM或Ethernet現(xiàn)場層Profibus-PADP/PA耦合器LonWorksLonWorks總線的特點LonWorks采用OSI的全部7層通信規(guī)范，傳輸速率300bps1 .5Mbps,通信距離為2700 m，它提供完整的開發(fā)平臺和神經(jīng)元芯片。 現(xiàn)場

13、控制節(jié)點的核心器件是神經(jīng)元芯片，同時具備通信和控制功能，一個神經(jīng)元芯片加上收發(fā)器即可構(gòu)成典型的現(xiàn)場控制節(jié)點。 MC143150/20Neuron芯片EEPROM/ROM(僅對MC143150)I/O電路Lon收發(fā)器檢測控制裝置網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)LonWorks使用開放式通信協(xié)議LonTalk, 是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議, 它發(fā)送的報文都是很短的數(shù)據(jù)，可靠性、實時性較高。LonWorks采用的編程語言Neuron C 是轉(zhuǎn)為神經(jīng)元芯片所設(shè)計，它刪除了標準C中一些不需要的功能, 增加了用于網(wǎng)絡(luò)操作的語句和內(nèi)部函數(shù)。LonWorks 技術(shù)為用戶提供了一個簡潔的訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)工具 實施網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù),其功能為網(wǎng)絡(luò)安

14、裝、網(wǎng)絡(luò)維護和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。LonWorks總線的通信模型數(shù)據(jù)表示作用標準網(wǎng)絡(luò)變量類型LON提供的服務(wù)表示層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 OSI模型應(yīng)用層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)變量外部幀傳輸遠程傳送控制請求/響應(yīng)，認證端對端可靠傳輸應(yīng)答，非應(yīng)答，認證傳輸分組地址，路由幀傳輸,介質(zhì)訪問數(shù)據(jù)解碼,CRC糾錯,優(yōu)先級電氣連接介質(zhì)，電氣接口物理層支持多種介質(zhì)，鏈路層的介質(zhì)訪問控制采用改進的CSMA協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層管理網(wǎng)絡(luò)地址分配，傳輸層管理報文執(zhí)行順序, 會話層提供傳輸?shù)恼埱?響應(yīng)機制, 表示、應(yīng)用層提供網(wǎng)絡(luò)變量等服務(wù)。 LonWorks總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)監(jiān)控計算機78Kbps雙絞線路由器1.25Mbps雙絞線主

15、干通道10Kbps電力線網(wǎng)關(guān)其它總線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場節(jié)點現(xiàn)場節(jié)點現(xiàn)場節(jié)點路由器現(xiàn)場節(jié)點現(xiàn)場節(jié)點HARTHART總線的特點HART使用OSI參考模型的第1、2、7三層, 傳輸速率較低，一般為1200bps，新版本6.0已提高到9600bps，通信距離可達3000 m。 HART總線采用基于Bell 202 通信標準的 FSK技術(shù)，在420mA的模擬信號上疊加了一個頻率信號, 因此能同時傳送模擬和數(shù)字信號而不相互干擾。 HART支持多主站通信，在一根總線上也可連接多個現(xiàn)場智能儀表, 它能實現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆。 HART總線的通信模型HRAT命令內(nèi) 容 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 模型分層應(yīng)用層HART通信協(xié)

16、議規(guī)則電氣特性，介質(zhì)物理層規(guī)定了信號傳輸方式、電氣特性、介質(zhì)等；數(shù)據(jù)鏈路層定義了HART 通信協(xié)議規(guī)則，包括信息格式及信息的接收與發(fā)送處理；應(yīng)用層規(guī)定了三類HART命令： 通用命令、普通應(yīng)用命令和專用命令，為解決不同廠家設(shè)備的互換性及互操作問題，HART也采用設(shè)備描述語言。 基本主設(shè)備安全柵現(xiàn)場儀表HART總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表副主設(shè)備HART至少需要一個主設(shè)備和一個現(xiàn)場儀表； 現(xiàn)場儀表和副主設(shè)備均為并聯(lián)，連接點可置于網(wǎng)絡(luò)的任意位置； 網(wǎng)絡(luò)工作時，現(xiàn)場儀表可被更換，副主設(shè)備也可被連到網(wǎng)上。 Industry EthernetEthernet的特點以太網(wǎng)是IEEE 802.3支持的局域網(wǎng)

17、標準，它只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層, 其上是網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層(TCP/IP) 。以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)與速率分別為： 10BASE - 5 (粗纜，10Mbps)； 10BASE - 2 (細纜，10Mbps)； 10BASE-T、F(雙絞線、光纖，10Mbps)；100BASE-X(雙絞線、光纖, 100Mbps)；1000BASE-T(雙絞線，1000Mbps) 1000BASE-X (光纖，1000Mbps) 以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 幾乎所有的編程語言都支持Ethernet的應(yīng)用開發(fā)。以太網(wǎng)的硬件產(chǎn)品價格低廉,其網(wǎng)卡的價格只有Profibus、FF等現(xiàn)場總線的十分之一。人們對以

18、太網(wǎng)的設(shè)計、應(yīng)用積累了許多經(jīng)驗,軟硬件資源豐富，技術(shù)十分成熟。工業(yè)界對以太網(wǎng)的發(fā)展予以高度重視，并給以大量的 技術(shù)投入，保證了以太網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)向前發(fā)展。以太網(wǎng)易于與Internet連接，能實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。Ethernet用于工控網(wǎng)要解決的關(guān)鍵技術(shù)通信的實時性即確定性。 以太網(wǎng)采用介質(zhì)控制方式為CSMA/CD，在網(wǎng)絡(luò)負荷較重時, 將影響數(shù)據(jù)的傳輸效率?？赏ㄟ^提高通信速率， 限制通信負荷以及采用交換式集線器和全雙工通信,使碰撞機率大大降低。通信的穩(wěn)定性和可靠性。 以太網(wǎng)所用的接插件、集線器、交換機、電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計的，不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求。應(yīng)設(shè)計用于工

19、業(yè)現(xiàn)場、抗干擾性能好的產(chǎn)品。總線供電和本質(zhì)安全防爆問題。目前以太網(wǎng)設(shè)備功耗都比較大, 只能采用非總線供電(或利用通信電纜中的另一對雙絞線)和隔離防爆的方法, 應(yīng)盡力研制低功耗的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)的安全性問題。 以太網(wǎng)有可能受到病毒、黑客的入侵與非法操作的威脅，應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)隔離方法將控制網(wǎng)絡(luò)與外部信息網(wǎng)分開，同時可采取用戶密碼、防火墻等多種安全措施。通信的一致性和互可操作性。以太網(wǎng)只定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及其上的 TCP/IP, 而沒有工業(yè)控制現(xiàn)場設(shè)備通信所需的高層協(xié)議，應(yīng)當建立完整的、有效的應(yīng)用層與用戶層規(guī)范，以滿足開放系統(tǒng)互操作的要求。Ethernet用于工控網(wǎng)絡(luò)的幾種技術(shù)方案Ethernet/I

20、P (the ControlNet /DeviceNet objects on TCP/IP) (CI)FF HSE (High Speed Ethernet) (FF)Profinet (Profibus on Ethernet) (PI)IDA (Interface for Distributed Automation)(SA)Modbus TCP (Modbus Protocol on TCP/IP)EPA (Ethernet for Plant Automation)EPA的進展EPA=以太網(wǎng)（物理層鏈路層）TCP / IP (網(wǎng)絡(luò)層傳輸層）應(yīng)用層用戶層2001年11月成立課題攻關(guān)小組

21、 (浙大中控、中科院沈陽所、清華大學等組成)，下設(shè)：標準化小組、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)小組、現(xiàn)場設(shè)備開發(fā)小組、軟件工作小組、成果試用小組等五個工作組。經(jīng)過一年半時間的攻關(guān)基本解決了：以太網(wǎng)實時通信、總線供電、可靠性與抗干擾、遠距離傳輸、網(wǎng)絡(luò)安全以及基于以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)等難題。開發(fā)出了基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場控制設(shè)備：EPA通信模塊、EPA變送器、 EAP現(xiàn)場控制器、EPA電動執(zhí)行機構(gòu)、能實現(xiàn)總線供電的以太網(wǎng)集線器樣機、基于以太網(wǎng)的軟PLC、基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場設(shè)備管理與組態(tài)原型軟件、基于Web的現(xiàn)場設(shè)備診斷、維護軟件等。起草EPA國家標準，參與國際標準化工作。歷時15個月，先后8次召開標準起草工作會議，起草

22、了EPA用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標準。在2003年9月初IEC/TC65/WG1西班牙馬德里會議上，浙大中控代表中國匯報了 EPA工作情況，得到了與會專家的高度重視?；贓thernet的工控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)操作員站過程Ethernet(EPA)交換機控制層工程師站通用Ethernet現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器通用Ethernet管理計算機管理計算機質(zhì)量,財務(wù),設(shè)備,供銷管理Intranet/Internet管理層e網(wǎng)到底小結(jié)上述幾種現(xiàn)場總線均可構(gòu)成現(xiàn)場控制系統(tǒng), 但只有 FF-H1、Profibus-PA、HART 三種總線可用于過程控制(總線供電和本安防爆)。 從發(fā)展趨勢看，

23、EPA有良好的應(yīng)用前景。能用現(xiàn)場儀表(變送器、執(zhí)行器) 構(gòu)成現(xiàn)場控制回路的只有FF-H1總線,因其功能模塊具有變送、調(diào)節(jié)、計算、報警、故障診斷等功能。適用于過程控制的現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線的選擇從性能和成本綜合考慮：規(guī)模較小的普通測量控制系統(tǒng)選用HART總線,要求由現(xiàn)場儀表實現(xiàn)就地現(xiàn)場設(shè)備比較分散、需要就地控制。這是使用現(xiàn)場總線技術(shù)的關(guān)鍵，因為其優(yōu)勢是可節(jié)省大量現(xiàn)場布線開支，系統(tǒng)易于維護。系統(tǒng)對信息集成有較高的要求。在底層使用現(xiàn)場總線技術(shù)可將大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)集成到管理層，為管理系統(tǒng)(CIMS)提供底層數(shù)據(jù)。在實時性要求高的場合，應(yīng)使用較高的數(shù)據(jù)傳輸率。根據(jù)防爆要求選用相應(yīng)等級的總線供電方案?？刂苿t選用F

24、F總線。如生產(chǎn)及控制設(shè)備來自歐洲可選用Profibus總線, 如生產(chǎn)及控制設(shè)備來自美國或日本,選用FF總線。(Profibus更適合離散控制)FCS的應(yīng)用場合現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場儀表：具有標準通信接口的智能變送、控制、顯示、執(zhí)行儀表?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)場測控儀表、通信設(shè)備、電纜、上位計算機以及通信和組態(tài)軟件。上位監(jiān)控計算機：符合工業(yè)標準，具有通信接口(或網(wǎng)卡)、操作系統(tǒng)的工業(yè)控制計算機。通信設(shè)備和軟件：通信轉(zhuǎn)換裝置、網(wǎng)卡及監(jiān)控界面與現(xiàn)場儀表之間數(shù)據(jù)交換軟件(DDE、OPC等)。用戶組態(tài)軟件：制作監(jiān)控界面，實現(xiàn)顯示、操作、報警、制表、打印等功能。通信接口卡監(jiān)控計算機 不

25、同子網(wǎng)其它網(wǎng)絡(luò) 路由器 網(wǎng)關(guān)現(xiàn)場儀表用戶應(yīng)用軟件網(wǎng)絡(luò)通信軟件 傳感器執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)示意圖 通信軟件DDE (Dinamic data exchange)：動態(tài)數(shù)據(jù)交換基于消息機制，用于控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信。 當數(shù)據(jù)量大時，效率較低。微軟公司已停止發(fā)展 DDE技術(shù)，但仍給予支持。 目前大多數(shù)監(jiān)控軟件也支持DDE。OPC (OLE for Process Control)：用于過程控制的OLE以Active X、COM&DCOM、XML及.NET技術(shù)為基礎(chǔ)。 OPC是一個開放的軟件接口規(guī)范，用于客戶程序和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信。 OPC使監(jiān)控軟件能高效、穩(wěn)定地對硬件設(shè)備進行存取操作，系統(tǒng)應(yīng)用

26、軟件之間也可靈活地進行信息交換。組態(tài)軟件應(yīng)具有如下功能: 完善的人機界面功能:圖形、報表、動畫等。 豐富的圖形庫,并可擴充。 簡便、易學的控制語言。 先進的安全管理系統(tǒng)。 強有力的通信功能。 先進的報警和事件管理。 廣泛的數(shù)據(jù)獲取和處理能力。 強大的網(wǎng)絡(luò)和冗余能力。 支持多媒體：圖片、聲音、動畫等。工控組態(tài)軟件常使用INTOUCH、iFIX、組態(tài)王、坤瑞等 組態(tài)王運行組態(tài)王開發(fā)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實例基于RS-485總線的控制系統(tǒng)MODBUS、中繼器監(jiān)控 計算機現(xiàn)場儀表 RS485 /232RS4852KmRS485 /232系統(tǒng)結(jié)構(gòu):應(yīng)用實例（能源計量和管理）:RS485/232主臺控制器數(shù)據(jù)從

27、臺數(shù)據(jù)主臺RS485RS485流量計變送器流量演算表變送器熱能計量表以屏蔽雙絞線為介質(zhì)采用無線通信方式使用單位：上海石化、寶鋼集團、浦東機場、金茂大廈等上海同欣自動化儀表儀表有限公司，Tel：基于EPA的控制系統(tǒng)ERP工作站ERP工作站服務(wù)器操作站工程師站數(shù)據(jù)庫服務(wù)器MES工作站網(wǎng)絡(luò)管理器分散I/O控制站網(wǎng)關(guān)變送器執(zhí)行器現(xiàn)場控制器互聯(lián)網(wǎng)管理層監(jiān)控層現(xiàn)場設(shè)備層EPA現(xiàn)場設(shè)備層FF等其他現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)管理器變送器執(zhí)行器現(xiàn)場控制器EPA現(xiàn)場設(shè)備層變送器執(zhí)行器現(xiàn)場控制器其他網(wǎng)段系統(tǒng)結(jié)構(gòu):冗余光纖或屏蔽雙絞線中繼器光纖或屏蔽雙絞線中繼器光纖或屏蔽雙絞線中繼器光纖或屏蔽雙絞線中繼器HUB或交換機區(qū)域現(xiàn)場控制

28、站HUB或交換機執(zhí)行機構(gòu)變送器區(qū)域現(xiàn)場控制站HUB或交換機執(zhí)行機構(gòu)變送器操作站控制站控制室現(xiàn)場控制區(qū)域現(xiàn)場控制區(qū)域EPA監(jiān)控層環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)主干EPA現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)段實施方案:EPA監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò): 采用10M、100M或更高速 率的以太網(wǎng) 由光纖或屏蔽雙絞線組成 的環(huán)網(wǎng),可冗余 現(xiàn)場設(shè)備分布較廣，光纖環(huán) 網(wǎng)可提高可靠性 分布相對集中，用屏蔽雙絞 線，降低成本 數(shù)據(jù)通信采用EPA標準通 信協(xié)議 EPA現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò): 采用10M以太網(wǎng) 介質(zhì)一般為屏蔽雙絞 在設(shè)備間距離較遠的情況 下可使用光纖 可冗余或不冗余 EPA在過程控制系統(tǒng)應(yīng)用實例:ECS控制系統(tǒng)操作站工程師站控制區(qū)域1控制區(qū)域2控制區(qū)域3EPA監(jiān)控

29、層EPAEPA420mA1#碳化塔420mA冷卻1#碳化塔冷卻1#碳化塔冷卻EPAEPA420mAEPAEPAEPA420mAEPAEPAEPA現(xiàn)場設(shè)備層EPA現(xiàn)場控制器EPA現(xiàn)場控制器EPA現(xiàn)場控制器使用單位：杭州龍山化工有限公司 浙大中控技術(shù)有限公司，Tel：8PCS-7 控制系統(tǒng)功能特點:PCS-7是基于Siemens全集成自動化概念的過程控制系統(tǒng)，表現(xiàn)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通信和軟件。PCS-7采用標準的 SIMATIC部件(S7/M7/C7控制器、PC、HMI、DP、PA部件等)進行配置，同時模塊化的結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)的靈活性和統(tǒng)一性。PCS-7具有標準接口，允許非Siemens的部件與系統(tǒng)

30、方便地連接，而不必使用價貴的專用接口(開放性)。完善的人機接口和編程功能。WinCC和工具軟件提供了完成監(jiān)控界面、編程、模擬、維護等功能?，F(xiàn)場控制級使用Profibus-DP、PA及AS-I等總線，上層使用以太網(wǎng)。EngineeringStation ESIndustrial Ethernet / Fast Ethernetoperator terminals(1.16)OS server(1.6)EthernetPROFIUS DPS7 417ControllerET 200MRemote I/OSIWAREXWeighingET 200MRemote I/ODP/PA-LinkPROFIB

31、US DPS7 416S7 414ControllerAS-InterfacePROFIBUS PADP/PA-LinkPROFIBUS DPS7 416S7 414ControllerPROFIBUS PA系統(tǒng)結(jié)構(gòu):通過總線連接遠程I/O:PROFIUS DPET 200MRemote I/OSIWAREXWeighingSystem busIndustrial Ethernet / Fast EthernetET 200MRemote I/ODigital I/Os CountersAnalogue I/Os including HART ProtocolSpecial modules f

32、or WeighingBatchingPID Loop ControlPositioningetc. 遠程I/Os的集成是實現(xiàn)工廠自動化的必要條件：1. 能夠處理以下信號：- pressure switches- temperature switches- level switches- flow switches, etc.2. 能夠操作：- 開關(guān)閥- 螺紋閥3. 能集成模擬I/Os和特殊模塊： - weighing, batching, - PID loop control PROFIBUS 支持 HART 協(xié)議，保護了用戶投資 發(fā)展趨勢是把遠程I/Os放在危險區(qū)（ET200iS） 通過G

33、SD、GSE文件實現(xiàn)互操作S7 400 Controller連接驅(qū)動設(shè)備和執(zhí)行器:PROFIUS DPVariable speed drivesSIMOVERT MASTERDRIVESMICROMASTERMotor managementSIMOCODESystem busIndustrial Ethernet / Fast EthernetMotor 集成驅(qū)動設(shè)備例如變頻器, 馬達驅(qū)動的抽水泵和鼓風機etc. 電動執(zhí)行器對于一個工廠的完整自動化是必須的。 PROFIBUS對執(zhí)行器和驅(qū)動設(shè)備提供綜合性的診斷 ：- 過載- 馬達溫度- 耗電監(jiān)控 - 接地錯誤- 扭矩監(jiān)控- 運行時間 通過GSD

34、文件實現(xiàn)互操作S7 400 Controller電動執(zhí)行器：SIPOSPump連接現(xiàn)場操作面板:PROFIUS DPSystem busIndustrial Ethernet / Fast Ethernet 用于現(xiàn)場顯示和操作 Text displays to local display of information Push Button Panels for local operation Operator panels and bar code readers forhazardous areas are also available 通過GSD文件實現(xiàn)互操作S7 400 Control

35、lerOP37OP7TD17PP17PROFIUS DPS7 400 ControllerSystem busIndustrial Ethernet / Fast EthernetDP/PA-LinkGas AnalyserFlowPressureTemperaturepH,C,O2Valve PositionerLevelPROFIBUS PAPROFIBUS PA 耦合器coupler的主要作用： 1.實現(xiàn)物理層的轉(zhuǎn)換 2.通過總線向現(xiàn)場儀表供電 3.安全柵功能：實現(xiàn)危險區(qū)與安全區(qū)的電氣隔離 鏈接器Link的主要作用： 1.控制著過程儀表與主控制器之間的數(shù)據(jù)通信工作，它肩負著主設(shè)備和從設(shè)備

36、的雙重身份。 2.作為主設(shè)備,它控制著內(nèi)部總線的正常工作;作為從設(shè)備,它又擔負著與上一層總線的通信任務(wù)。 通過Profibus-PA連接現(xiàn)場儀表:可連接現(xiàn)場儀表的數(shù)量:PROFIBUS-DP, to 12 MBit/sDP/PA-LinkPROFIBUS-PASIMATIC S724 Vmax. 10 DP-分支/CPUmax. 123Link/DP分支max. 5 耦合器/LinkMax. 9(30)儀表/耦合器,Ex- (非-Ex)-區(qū)(每臺儀表12mA)max. 30現(xiàn)場儀表/LinkDP/PA-Link24 VPROFIBUS-PA110mA400mA危險區(qū) DP/PA耦合器提供可用的

37、電壓 PROFIBUS PA設(shè)備的最小工作電壓是9V 典型的PA總線電阻值是 44 / km 電纜長度的計算遵循 Ohms law PROFIBUS PA的最大長度包括所有分支的長度(1900m) 每個DP/PA-Link 能夠連接最大5個PA 耦合器，在安全區(qū)建議2個PA耦合器；PROFIUS-DPDP/PA-Link安全區(qū): 560 m 危險1區(qū): 680 m 危險0區(qū): 790 mPROFIBUS PA長度:PROFIBUS PADP/PA-Couplersia ib safe areaProfibus-PA 總線長度:基于Profibus總線控制系統(tǒng)應(yīng)用實例:吸收塔吸收塔DP/PA-L

38、inkET 200MRemote I/OIndustrial Ethernet / FSMS7 400 ControllerPROFIUS DPS7 400 ControllerEngineeringStation ESOperatorStation OSPROFIBUS PA吳涇化工廠醋酸車間尾氣回收系統(tǒng)，AI、AO、DI、DO共300多點，控制回路30個。 Tel：整套裝置100萬，可節(jié)省安裝費用50%以上Delta V 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)功能特點:系統(tǒng)開放、模塊結(jié)構(gòu)、配置靈活、擴展方便。選用不同的I/O卡, 可連接符合總線標準的多種現(xiàn)場設(shè)備。硬件安裝簡單、快捷。采用即插即用技術(shù)，可帶電插拔

39、，維護方便。本安I/O卡，集成隔離安全柵， IO卡件的每個通道均與現(xiàn)場隔離，系統(tǒng)可靠性高。軟件功能豐富、多樣。具有資源管理器、圖形界面設(shè)計、先進控制軟件、數(shù)據(jù)庫管理和設(shè)備管理系統(tǒng)。拖放式、圖形組態(tài)(IEC61131控制語言標準)方式使得系統(tǒng)組態(tài)易于實現(xiàn)。支持OPC標準，Delta V可方便地與廠內(nèi)局域網(wǎng)連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu):系統(tǒng)包括工作站、通信網(wǎng)絡(luò)、控制器及I/O卡件, 支持FF、HSE、Profibus、HART等總線，可冗余配置。端子塊控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場接線I/O 接口控制器系統(tǒng)電源I/O 卡件 Delta V控制器支持多種現(xiàn)場總線，冗余配置，通信速率為100M，可帶電插拔，系統(tǒng)能自動識別。I/O卡件

40、輸入輸出卡件 RTD TC AI PI MV AO DI DO SOE支持各種總線協(xié)議的數(shù)據(jù)接口卡Serial Card 串口卡Fieldbus Card 現(xiàn)場總線卡件Hart AI Hart協(xié)議輸入卡Hart AO Hart協(xié)議輸出卡PROFIBUS DP接口卡As-i 協(xié)議接口卡DeviceNet 卡HSE高速總線接口卡冗余卡件 本安型卡件軟件包資源管理器(Explorer)：系統(tǒng)組態(tài)的基本瀏覽工具，允許訪問視圖中的任一項，并可以拖放的方式進行操作。類似Windows資源管理器布局和操作方式單一窗口管理整個系統(tǒng)資源系統(tǒng)組態(tài)的調(diào)度室系統(tǒng)資源分配辦公室預先設(shè)計的組態(tài)策略庫自動顯示硬件配置控制器

41、自動分配地址I/O模塊自動識別控制工作室(Control Studio)：提供圖形化界面，創(chuàng)建和修改控制策略，在線瀏覽和調(diào)試。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計和布置無需編譯直接生成控制器編碼控制模塊編輯輕松拖放組態(tài)方式每個單項均可直接編輯內(nèi)置批量控制軟件和現(xiàn)場總線功能直接輕松存檔圖形工作室(Graphics Studio)：使用圖形、文字、數(shù)字和動態(tài)顯示工具，創(chuàng)建高分辨率的實時過程圖形。輕松拖放組態(tài)方式各種圖形模板，用戶可以自制模板使用照片、三維圖像、聲音等各種多媒體設(shè)備管理系統(tǒng)(AMS)：在線對設(shè)備進行組態(tài)、標定和遠程故障診斷。AMS 是用于儀表和調(diào)節(jié)閥管理的 設(shè)備管理系統(tǒng)基于FF和Hart的儀表數(shù)據(jù)服務(wù)器通用數(shù)據(jù)庫和界面及使用方法內(nèi)置于AMS 、單工作站AMS、分布式AMS、 OPC Server AMS AMS的主要