現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件-

《現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用》

學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線技術(shù)的目的1.

專業(yè)（方向選修）課:熟悉典型現(xiàn)場總線技術(shù)的原理、規(guī)范和應(yīng)用；2.了解專業(yè)發(fā)展最新技術(shù)，對工業(yè)過程控制發(fā)展現(xiàn)狀有所了解，熟悉工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)；3.深化專業(yè)背景知識，提高專業(yè)技能，為今后從事相關(guān)專業(yè)工作打下一定基礎(chǔ)；4.進(jìn)一步了解有關(guān)過程自動(dòng)化專業(yè)概念，進(jìn)一步深入理解專業(yè)知識，為今后從事相關(guān)領(lǐng)域研究工作做一定程度的知識鋪墊?！冬F(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用》學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線技術(shù)的目的1.專業(yè)（1第1章概述

一、現(xiàn)場總線的產(chǎn)生與發(fā)展1.

現(xiàn)場總線簡介2.現(xiàn)場總線發(fā)展背景與趨勢3.現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)4.現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)5.現(xiàn)場總線與計(jì)算機(jī)控制、DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)第1章概述一、現(xiàn)場總線的產(chǎn)生與發(fā)展1.現(xiàn)場總線簡21.現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線

--是用于自動(dòng)化等領(lǐng)域最底層的、具有開放、統(tǒng)一的通信協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò);--實(shí)現(xiàn)微機(jī)化的現(xiàn)場測量控制儀表或設(shè)備間的雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信?，F(xiàn)場總線技術(shù)

--現(xiàn)場總線技術(shù)把單個(gè)分散的儀表或設(shè)備變成了網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)1.現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS

----以現(xiàn)場總線為紐帶，連接分散的現(xiàn)場儀表或設(shè)備，使之成為可以相互溝通信息、共同完成自動(dòng)控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng).與傳統(tǒng)儀表的不同之處現(xiàn)場總線技術(shù)的關(guān)鍵

----使自動(dòng)控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備具有通信能力----連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1.現(xiàn)場總線簡介1.現(xiàn)場總線簡介4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的核心現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)

----適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展的趨勢----具有的開放性、數(shù)字化、多點(diǎn)通信等功能----應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大1.現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的核心1.現(xiàn)場總線簡介52.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢歷史的回顧

--具備簡單測量控制功能的就地式氣動(dòng)儀表（生產(chǎn)現(xiàn)場）--氣動(dòng)、電動(dòng)單元組合式儀表（集中控制室）--集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：危險(xiǎn)集中、可靠性差--集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem):顯示、操作、管理集中；控制、負(fù)載、危險(xiǎn)分散；自封閉，信息孤島

2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢歷史的回顧62.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢DCS：2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢DCS：72.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS：（FieldbusControlSystem,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）：開放、全分布

2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS：（Field82.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS：（FieldbusControlSystem,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）：開放、全分布

工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)：第六代控制系統(tǒng)，正在發(fā)展和推廣之中

2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS：（Field9現(xiàn)場總線是企業(yè)綜合自動(dòng)化的發(fā)展需要

--企業(yè)綜合自動(dòng)化是企業(yè)必然的選擇與趨勢--DCS在實(shí)施企業(yè)綜合自動(dòng)化時(shí)的缺陷

通信是專用網(wǎng)絡(luò)的封閉系統(tǒng)，無互換性

--現(xiàn)場總線的解決方案

基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化，遵守同一協(xié)議規(guī)程的產(chǎn)品具有互換性，可組成在同個(gè)系統(tǒng)中2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線是企業(yè)綜合自動(dòng)化的發(fā)展需要2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨10智能儀表為現(xiàn)場總線的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)智能化設(shè)備的提出模擬通信式的智能設(shè)備模擬-數(shù)字混合的智能設(shè)備現(xiàn)場總線的出現(xiàn)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)狀2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢智能儀表為現(xiàn)場總線的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨113.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)系統(tǒng)的開放性互可操作性與互換性現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性通信的實(shí)時(shí)性與確定性對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)系統(tǒng)的開放性123.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)系統(tǒng)的開放性

系統(tǒng)的開放性體現(xiàn)在通信協(xié)議公開，不同制造商提供的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與信息交換。一個(gè)開放系統(tǒng)，是指它可以與世界上任一制造商提供的、遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他設(shè)備或系統(tǒng)相互連通。企業(yè)底層的測控系統(tǒng)，依然封閉、孤立的“信息孤島”，嚴(yán)重制約了其自身信息交換的范圍與功能發(fā)展。用戶和設(shè)備制造商都強(qiáng)烈要求形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，打破各自封閉的體系結(jié)構(gòu)，組成開放互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，正是這種需求促進(jìn)了現(xiàn)場總線技術(shù)的誕生與發(fā)展。3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)系統(tǒng)的開放性13現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--143.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)互可操作性與互換性

互操作性是指網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳送與交換；互換性意味著對不同廠家的性能類似的設(shè)備可以相互替換。

3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)互可操作性與互換性153.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性

智能主要體現(xiàn)在現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字計(jì)算與數(shù)字通信能力上；功能自治性原則是指將傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、工作量處理、控制計(jì)算等功能塊分散嵌入到現(xiàn)場設(shè)備中，借助位于現(xiàn)場的設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，構(gòu)成全分布式控制系統(tǒng)，具有隨時(shí)診斷設(shè)備工作狀態(tài)的能力。3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)16現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--173.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)通信的實(shí)時(shí)性與確定性

現(xiàn)場總線系統(tǒng)的基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)測量控制，部分測控任務(wù)有嚴(yán)格的時(shí)序和實(shí)時(shí)性要求；現(xiàn)場總線能提供相應(yīng)的通信機(jī)制，提供時(shí)間發(fā)布與時(shí)間管理功能，滿足控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求；現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的媒體訪問控制機(jī)制、通信模式、網(wǎng)絡(luò)管理與調(diào)度方式等都會(huì)影響到通信的實(shí)時(shí)性、有效性與確定性。3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)通信的實(shí)時(shí)性與確定性183.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性

高溫、嚴(yán)寒、粉塵環(huán)境下保持正常工作狀態(tài)，具備抗震動(dòng)、抗電磁干擾能力；在易燃易爆環(huán)境下能保證本質(zhì)安全，可以實(shí)現(xiàn)總線供電。這也是總線控制網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要方面。防雨、防潮、防電磁干擾的殼體封裝，溫度范圍更寬的電子器件，采用屏蔽或光線為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)總線供電、滿足本質(zhì)安全防爆要求。

3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性194.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資節(jié)省安裝費(fèi)用節(jié)省維護(hù)開銷用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資204.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資

1）智能現(xiàn)場設(shè)備直接執(zhí)行多參數(shù)測量、控制、報(bào)警、累計(jì)計(jì)算等功能，減少了變送器的數(shù)量；2）不需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換等功能，節(jié)省硬件投資，減少控制室的占地面積。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資214.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)224.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省安裝費(fèi)用1）現(xiàn)場總線系統(tǒng)在一對雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備，因此連線簡單，與傳統(tǒng)連接方式相比，所需電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少；2）當(dāng)需要增加新的現(xiàn)場設(shè)備時(shí)，無需增加新的電纜，就近連接在原有電纜，即節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量；據(jù)有關(guān)典型實(shí)驗(yàn)工程的測算資料，可節(jié)約安裝費(fèi)用60%以上。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省安裝費(fèi)用23現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--244.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省維護(hù)開銷1）現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理的能力，可通過數(shù)字通信將相關(guān)診斷維護(hù)信息發(fā)送到控制室，便于用戶查詢分析故障原因并快速排除，縮短了維護(hù)停工時(shí)間；2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、連線簡單而減少了維護(hù)工作量。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省維護(hù)開銷25現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--26現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--274.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)

用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)；系統(tǒng)集成過程中主動(dòng)權(quán)掌握在用戶手中。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)284.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性1）現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差；2）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化、設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)，減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性；3）設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，功能模塊化，使系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性295.FCS與DCS現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場總線技術(shù)將基本控制功能已完全下放到現(xiàn)場現(xiàn)場控制系統(tǒng)FCSFCS未來的趨勢5.FCS與DCS現(xiàn)場設(shè)備305.FCS與DCS5.FCS與DCS315.FCS與DCS5.FCS與DCS325.FCS與DCS5.FCS與DCS335.FCS與DCS5.FCS與DCS345.FCS與DCS5.FCS與DCS355.FCS與DCS5.FCS與DCS36二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的軟件二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成37二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

現(xiàn)場總線的現(xiàn)場設(shè)備在不同程度上都具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，這一方面提高了信號的測量、控制和傳輸精度，同時(shí)豐富控制信息的內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程傳送創(chuàng)造了條件。二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬38二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成借助現(xiàn)場設(shè)備的計(jì)算、通信能力，在現(xiàn)場就可以進(jìn)行多種復(fù)雜的控制計(jì)算，形成真正分散在現(xiàn)場的完整控制系統(tǒng)，提控制系統(tǒng)可靠性；還可借助現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)以及與之有通信連接的其他網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，如操作遠(yuǎn)在數(shù)百里之外的電氣開關(guān)；還可提供傳統(tǒng)儀表所不能提供的如設(shè)備資源、閥門開關(guān)動(dòng)作次數(shù)、故障診斷等信息，便于操作管理人員更好、更深入地了解生產(chǎn)現(xiàn)場和自控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬391.測量系統(tǒng)2.控制系統(tǒng)3.設(shè)備管理系統(tǒng)4.通信系統(tǒng)5.計(jì)算機(jī)服務(wù)6.數(shù)據(jù)庫1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成1.測量系統(tǒng)2.控制系統(tǒng)3.設(shè)備管理系統(tǒng)4.通信系統(tǒng)5.計(jì)算402.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的軟件過程監(jiān)控層(數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))現(xiàn)場控制層(控制網(wǎng)絡(luò))企業(yè)管理層(數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))1.操作系統(tǒng)2.網(wǎng)絡(luò)管理軟件3.通信軟件4.組態(tài)軟件2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的軟件過程監(jiān)控層現(xiàn)場控制層企業(yè)管理層141

現(xiàn)場總線技術(shù)始發(fā)于二十世紀(jì)八十年代，但該項(xiàng)技術(shù)的火熱發(fā)展是近些年才出現(xiàn)的。歐洲、北美、亞洲的許多國家都投入巨額資金與人力進(jìn)行研究開發(fā)；已經(jīng)形成了各式各樣的企業(yè)、國家、地區(qū)及國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，已出現(xiàn)100多種現(xiàn)場總線，其中宣稱為開放型總線的就有40多種。三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線技術(shù)始發(fā)于二十世紀(jì)八十年代，但該項(xiàng)技術(shù)的火熱42現(xiàn)場總線組織：1）現(xiàn)場總線基金會(huì)（FieldbusFoundation)2)LonMark協(xié)會(huì)3）Profibus協(xié)會(huì)4）工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)IEA（IndustrialEthernetAssociation)5)工業(yè)自動(dòng)化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟IAONA(IndustrialAustomationOpenNetworkAlliance)6)SocietyofAutomotiveEngineers(SAE)三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線組織：三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化43制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織：1）IEC---國際電工委員會(huì)2)ISO---國際標(biāo)準(zhǔn)化組織三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織：三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化44現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：1）多總線、多標(biāo)準(zhǔn)局面；（1）FF：過程自動(dòng)化（2）Profibus:離散工業(yè)，機(jī)械制造業(yè)自動(dòng)化（3）WorldFIP:交通行業(yè)自動(dòng)化（4）LonWorks:樓宇自動(dòng)化三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化45現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：1）多總線、多標(biāo)準(zhǔn)局面；2）PC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)入并主宰工業(yè)總線（1）工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)（2）TCP/IP協(xié)議（3）WEB技術(shù)三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化46實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化：近兩年正在進(jìn)行的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程又重蹈覆轍，有11個(gè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的PAS(PubliclyAvaliableSpecification,公共可用規(guī)范）文件進(jìn)入了IEC61784-2，它們是:EtherNet/IP,PROFINET,P-Net,Interbus,VNET/IP,TCnet,EtherCAT,EtherNet,Powerlink,EPA(EthernerforAutomation,浙大中控),Modbus-RTPS,SERCOS-II。

多種總線并存是今后相當(dāng)一段時(shí)間不得不面對的現(xiàn)實(shí)。三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化：三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化47１.基金會(huì)現(xiàn)場總線2.Profibus現(xiàn)場總線3.ControlNet現(xiàn)場總線4.CAN總線5.DeviceNet總線

.6.LonWorks總線7.HART總線8.Modbus總線9.CC-Link總線四、幾種典型的現(xiàn)場總線１.基金會(huì)現(xiàn)場總線6.LonWorks總線四、幾種典型的現(xiàn)48１.現(xiàn)場總線不僅要求經(jīng)濟(jì)、可靠地傳遞信息，而且要求及時(shí)處理所傳遞的信息；2.現(xiàn)場總線不僅要求傳輸速度快，還要求響應(yīng)時(shí)間短、循環(huán)時(shí)間短；3.網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包的傳輸延遲、通信系統(tǒng)的瞬時(shí)錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)包丟失，發(fā)送到達(dá)次序的不一致等，都會(huì)破壞傳統(tǒng)控制系統(tǒng)原本具有的確定性，使得控制系統(tǒng)的分析和綜合變得更復(fù)雜，使控制系統(tǒng)的性能受到負(fù)面影響。五、現(xiàn)場總線面臨的挑戰(zhàn)１.現(xiàn)場總線不僅要求經(jīng)濟(jì)、可靠地傳遞信息，而且要求及時(shí)處理所493.網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包的傳輸延遲、通信系統(tǒng)的瞬時(shí)錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)包丟失，發(fā)送到達(dá)次序的不一致等，都會(huì)破壞傳統(tǒng)控制系統(tǒng)原本具有的確定性，使得控制系統(tǒng)的分析和綜合變得更復(fù)雜，使控制系統(tǒng)的性能受到負(fù)面影響。

如何使控制網(wǎng)絡(luò)滿足控制系統(tǒng)對通信實(shí)時(shí)性、確定性的要求，是現(xiàn)場總線系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中關(guān)注的一個(gè)重要問題。四、現(xiàn)場總線面臨的挑戰(zhàn)3.網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包的傳輸延遲、通信系統(tǒng)的瞬時(shí)錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)包丟50思考題與習(xí)題過程控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾代控制系統(tǒng)？現(xiàn)場總線有哪些技術(shù)特點(diǎn)？傳統(tǒng)DCS與FCS有什么區(qū)別？你認(rèn)為現(xiàn)場總線對自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？思考題與習(xí)題過程控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾代控制系統(tǒng)？51《現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用》

學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線技術(shù)的目的1.

專業(yè)（方向選修）課:熟悉典型現(xiàn)場總線技術(shù)的原理、規(guī)范和應(yīng)用；2.了解專業(yè)發(fā)展最新技術(shù)，對工業(yè)過程控制發(fā)展現(xiàn)狀有所了解，熟悉工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)；3.深化專業(yè)背景知識，提高專業(yè)技能，為今后從事相關(guān)專業(yè)工作打下一定基礎(chǔ)；4.進(jìn)一步了解有關(guān)過程自動(dòng)化專業(yè)概念，進(jìn)一步深入理解專業(yè)知識，為今后從事相關(guān)領(lǐng)域研究工作做一定程度的知識鋪墊?！冬F(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用》學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線技術(shù)的目的1.專業(yè)（52第1章概述

一、現(xiàn)場總線的產(chǎn)生與發(fā)展1.

現(xiàn)場總線簡介2.現(xiàn)場總線發(fā)展背景與趨勢3.現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)4.現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)5.現(xiàn)場總線與計(jì)算機(jī)控制、DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)第1章概述一、現(xiàn)場總線的產(chǎn)生與發(fā)展1.現(xiàn)場總線簡531.現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線

--是用于自動(dòng)化等領(lǐng)域最底層的、具有開放、統(tǒng)一的通信協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò);--實(shí)現(xiàn)微機(jī)化的現(xiàn)場測量控制儀表或設(shè)備間的雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信?，F(xiàn)場總線技術(shù)

--現(xiàn)場總線技術(shù)把單個(gè)分散的儀表或設(shè)備變成了網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)1.現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線54現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS

----以現(xiàn)場總線為紐帶，連接分散的現(xiàn)場儀表或設(shè)備，使之成為可以相互溝通信息、共同完成自動(dòng)控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng).與傳統(tǒng)儀表的不同之處現(xiàn)場總線技術(shù)的關(guān)鍵

----使自動(dòng)控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備具有通信能力----連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1.現(xiàn)場總線簡介1.現(xiàn)場總線簡介55現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的核心現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)

----適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展的趨勢----具有的開放性、數(shù)字化、多點(diǎn)通信等功能----應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大1.現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的核心1.現(xiàn)場總線簡介562.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢歷史的回顧

--具備簡單測量控制功能的就地式氣動(dòng)儀表（生產(chǎn)現(xiàn)場）--氣動(dòng)、電動(dòng)單元組合式儀表（集中控制室）--集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：危險(xiǎn)集中、可靠性差--集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem):顯示、操作、管理集中；控制、負(fù)載、危險(xiǎn)分散；自封閉，信息孤島

2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢歷史的回顧572.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢DCS：2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢DCS：582.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS：（FieldbusControlSystem,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）：開放、全分布

2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS：（Field592.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS：（FieldbusControlSystem,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）：開放、全分布

工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)：第六代控制系統(tǒng)，正在發(fā)展和推廣之中

2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS：（Field60現(xiàn)場總線是企業(yè)綜合自動(dòng)化的發(fā)展需要

--企業(yè)綜合自動(dòng)化是企業(yè)必然的選擇與趨勢--DCS在實(shí)施企業(yè)綜合自動(dòng)化時(shí)的缺陷

通信是專用網(wǎng)絡(luò)的封閉系統(tǒng)，無互換性

--現(xiàn)場總線的解決方案

基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化，遵守同一協(xié)議規(guī)程的產(chǎn)品具有互換性，可組成在同個(gè)系統(tǒng)中2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線是企業(yè)綜合自動(dòng)化的發(fā)展需要2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨61智能儀表為現(xiàn)場總線的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)智能化設(shè)備的提出模擬通信式的智能設(shè)備模擬-數(shù)字混合的智能設(shè)備現(xiàn)場總線的出現(xiàn)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)狀2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨勢智能儀表為現(xiàn)場總線的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)2.現(xiàn)場總線的發(fā)展背景與趨623.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)系統(tǒng)的開放性互可操作性與互換性現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性通信的實(shí)時(shí)性與確定性對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)系統(tǒng)的開放性633.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)系統(tǒng)的開放性

系統(tǒng)的開放性體現(xiàn)在通信協(xié)議公開，不同制造商提供的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與信息交換。一個(gè)開放系統(tǒng)，是指它可以與世界上任一制造商提供的、遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他設(shè)備或系統(tǒng)相互連通。企業(yè)底層的測控系統(tǒng)，依然封閉、孤立的“信息孤島”，嚴(yán)重制約了其自身信息交換的范圍與功能發(fā)展。用戶和設(shè)備制造商都強(qiáng)烈要求形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，打破各自封閉的體系結(jié)構(gòu)，組成開放互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，正是這種需求促進(jìn)了現(xiàn)場總線技術(shù)的誕生與發(fā)展。3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)系統(tǒng)的開放性64現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--653.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)互可操作性與互換性

互操作性是指網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳送與交換；互換性意味著對不同廠家的性能類似的設(shè)備可以相互替換。

3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)互可操作性與互換性663.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性

智能主要體現(xiàn)在現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字計(jì)算與數(shù)字通信能力上；功能自治性原則是指將傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、工作量處理、控制計(jì)算等功能塊分散嵌入到現(xiàn)場設(shè)備中，借助位于現(xiàn)場的設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，構(gòu)成全分布式控制系統(tǒng)，具有隨時(shí)診斷設(shè)備工作狀態(tài)的能力。3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)67現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--683.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)通信的實(shí)時(shí)性與確定性

現(xiàn)場總線系統(tǒng)的基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)測量控制，部分測控任務(wù)有嚴(yán)格的時(shí)序和實(shí)時(shí)性要求；現(xiàn)場總線能提供相應(yīng)的通信機(jī)制，提供時(shí)間發(fā)布與時(shí)間管理功能，滿足控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求；現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的媒體訪問控制機(jī)制、通信模式、網(wǎng)絡(luò)管理與調(diào)度方式等都會(huì)影響到通信的實(shí)時(shí)性、有效性與確定性。3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)通信的實(shí)時(shí)性與確定性693.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性

高溫、嚴(yán)寒、粉塵環(huán)境下保持正常工作狀態(tài)，具備抗震動(dòng)、抗電磁干擾能力；在易燃易爆環(huán)境下能保證本質(zhì)安全，可以實(shí)現(xiàn)總線供電。這也是總線控制網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要方面。防雨、防潮、防電磁干擾的殼體封裝，溫度范圍更寬的電子器件，采用屏蔽或光線為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)總線供電、滿足本質(zhì)安全防爆要求。

3.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性704.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資節(jié)省安裝費(fèi)用節(jié)省維護(hù)開銷用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資714.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資

1）智能現(xiàn)場設(shè)備直接執(zhí)行多參數(shù)測量、控制、報(bào)警、累計(jì)計(jì)算等功能，減少了變送器的數(shù)量；2）不需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換等功能，節(jié)省硬件投資，減少控制室的占地面積。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資724.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)734.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省安裝費(fèi)用1）現(xiàn)場總線系統(tǒng)在一對雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備，因此連線簡單，與傳統(tǒng)連接方式相比，所需電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少；2）當(dāng)需要增加新的現(xiàn)場設(shè)備時(shí)，無需增加新的電纜，就近連接在原有電纜，即節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量；據(jù)有關(guān)典型實(shí)驗(yàn)工程的測算資料，可節(jié)約安裝費(fèi)用60%以上。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省安裝費(fèi)用74現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--754.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省維護(hù)開銷1）現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理的能力，可通過數(shù)字通信將相關(guān)診斷維護(hù)信息發(fā)送到控制室，便于用戶查詢分析故障原因并快速排除，縮短了維護(hù)停工時(shí)間；2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、連線簡單而減少了維護(hù)工作量。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省維護(hù)開銷76現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--77現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用-第2版-教學(xué)課件--784.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)

用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)；系統(tǒng)集成過程中主動(dòng)權(quán)掌握在用戶手中。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)794.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性1）現(xiàn)場總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差；2）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化、設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)，減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性；3）設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，功能模塊化，使系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。4.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性805.FCS與DCS現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場總線技術(shù)將基本控制功能已完全下放到現(xiàn)場現(xiàn)場控制系統(tǒng)FCSFCS未來的趨勢5.FCS與DCS現(xiàn)場設(shè)備815.FCS與DCS5.FCS與DCS825.FCS與DCS5.FCS與DCS835.FCS與DCS5.FCS與DCS845.FCS與DCS5.FCS與DCS855.FCS與DCS5.FCS與DCS865.FCS與DCS5.FCS與DCS87二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的軟件二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成88二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

現(xiàn)場總線的現(xiàn)場設(shè)備在不同程度上都具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，這一方面提高了信號的測量、控制和傳輸精度，同時(shí)豐富控制信息的內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程傳送創(chuàng)造了條件。二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬89二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成借助現(xiàn)場設(shè)備的計(jì)算、通信能力，在現(xiàn)場就可以進(jìn)行多種復(fù)雜的控制計(jì)算，形成真正分散在現(xiàn)場的完整控制系統(tǒng)，提控制系統(tǒng)可靠性；還可借助現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)以及與之有通信連接的其他網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，如操作遠(yuǎn)在數(shù)百里之外的電氣開關(guān)；還可提供傳統(tǒng)儀表所不能提供的如設(shè)備資源、閥門開關(guān)動(dòng)作次數(shù)、故障診斷等信息，便于操作管理人員更好、更深入地了解生產(chǎn)現(xiàn)場和自控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構(gòu)成原理1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬901.測量系統(tǒng)2.控制系統(tǒng)3.設(shè)備管理系統(tǒng)4.通信系統(tǒng)5.計(jì)算機(jī)服務(wù)6.數(shù)據(jù)庫1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成1.測量系統(tǒng)2.控制系統(tǒng)3.設(shè)備管理系統(tǒng)4.通信系統(tǒng)5.計(jì)算912.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的軟件過程監(jiān)控層(數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))現(xiàn)場控制層(控制網(wǎng)絡(luò))企業(yè)管理層(數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))1.操作系統(tǒng)2.網(wǎng)絡(luò)管理軟件3.通信軟件4.組態(tài)軟件2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的軟件過程監(jiān)控層現(xiàn)場控制層企業(yè)管理層192

現(xiàn)場總線技術(shù)始發(fā)于二十世紀(jì)八十年代，但該項(xiàng)技術(shù)的火熱發(fā)展是近些年才出現(xiàn)的。歐洲、北美、亞洲的許多國家都投入巨額資金與人力進(jìn)行研究開發(fā)；已經(jīng)形成了各式各樣的企業(yè)、國家、地區(qū)及國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，已出現(xiàn)100多種現(xiàn)場總線，其中宣稱為開放型總線的就有40多種。三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線技術(shù)始發(fā)于二十世紀(jì)八十年代，但該項(xiàng)技術(shù)的火熱93現(xiàn)場總線組織：1）現(xiàn)場總線基金會(huì)（FieldbusFoundation)2)LonMark協(xié)會(huì)3）Profibus協(xié)會(huì)4）工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)IEA（IndustrialEthernetAssociation)5)工業(yè)自動(dòng)化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟IAONA(IndustrialAustomationOpenNetworkAlliance)6)SocietyofAutomotiveEngineers(SAE)三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線組織：三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化94制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織：1）IEC---國際電工委員會(huì)2)ISO---國際標(biāo)準(zhǔn)化組織三、現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化制定現(xiàn)