現(xiàn)場總線技術基礎典型現(xiàn)場總線及其應用

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1、第6章現(xiàn)場總線技術基礎第7章典型現(xiàn)場總線及其應用6.1現(xiàn)場總線概述6.2現(xiàn)場總線結構6.3現(xiàn)場總線的核心與基礎6.4現(xiàn)場總線的技術應用7.1FROFIBUS總線7.2基金會現(xiàn)場總線7.3CAN總線7.4ControlNet總線7.5DeviceNet總線7.6其它總線技術第6章現(xiàn)場總線技術基礎現(xiàn)場總線從集中控制走向分散控制從DCS走向FCS從集團協(xié)議走向國際標準從國外走向國內6.1現(xiàn)場總線概述一、現(xiàn)場總線的概念國際電工委員會（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）對現(xiàn)場總線的定義：安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與

2、控制室內自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行雙向、多點的數(shù)據通信總線稱為現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線通信的關鍵特征主要有以下幾點：1.多點分布；2.全數(shù)字化；3.雙向傳輸.二、現(xiàn)場總線標準現(xiàn)狀1.IEC61158國際標準8種2.以太網技術對IEC61158標準的擴充12種3.特殊行業(yè)的現(xiàn)場總線國際標準4種三、現(xiàn)場總線在我國的應用概況現(xiàn)場總線應用近年來有長足、全方位發(fā)展。但開發(fā)技術還相對不足。現(xiàn)場總線技術的開發(fā)、應用過程中，有效做法有如下幾點：1.選擇在國際上影響較大、有市場應用前景的總線作為我國現(xiàn)場總線開發(fā)的技術標準。2.標準的文本可借鑒歐洲現(xiàn)場總線標準的文本構成方式，各個總線

3、標準分開，便于使用。3.盡快建立總線應用技術支持服務機構。6.2現(xiàn)場總線結構一、現(xiàn)場總線的基本結構及特性IEC推薦的通用現(xiàn)場總線網絡結構如圖6-1：圖6-1現(xiàn)場總線網絡結構ASASEthernet,TCP/IP監(jiān)控計算機顯示操作站現(xiàn)場總線網間連接器H2或高速Ethernet現(xiàn)場總線橋低速現(xiàn)場總線(H1)小型PLC過程控制生產制造裝置級網絡IEC提出的現(xiàn)場總線兩種基本結構形式：星型、總線型(特點、應用場合)?，F(xiàn)場總線技術特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1.現(xiàn)場通信網絡2.互操作性3.開放性4.分散功能塊（如圖6-2）5.通信線供電6.可組態(tài)性7.可控性圖6-2FCS的

4、分散功能塊控制方案操作站LAN服務器PTGTAI110差壓變送器模擬量輸入功能塊現(xiàn)場總線PID功能控制塊調節(jié)閥模擬量輸出功能塊PID110AO110二、典型硬件連接形式現(xiàn)場總線系統(tǒng)的一般物理連接形式如圖6-3：主要包括常用的實際總線設備，如總線接口、PLC控制器、電源、輸入輸出站、終端電阻等。其它系統(tǒng)也可以包括變頻器、限位開關、編碼器、人機界面等。圖6-3典型硬件連接結構8通道8通道主控器及接口節(jié)點地址0主干輸入模塊節(jié)點地址1通信與輸入供電模塊端子式IO節(jié)點地址2輸出模塊節(jié)點地址3T形接頭智能傳感器節(jié)點地址4分支供電電源終端電阻標準傳感器與執(zhí)行器三、FCS系統(tǒng)與

5、傳統(tǒng)的DCS集成結構的對比LAN操作站傳統(tǒng)模擬儀表……LAN……CAN總線智能儀表……DeviceNet總線智能儀表H1H1PROFIBUS-DP網橋操作站……H1(a)傳統(tǒng)DCS結構(b)FCS集成結構圖6-4DCS與FCS結構比較服務器服務器四、FCS的技術優(yōu)勢現(xiàn)場總線技術優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1.節(jié)省硬件數(shù)量2.節(jié)省安裝費用FCS與傳統(tǒng)硬件配線形式的對比3.節(jié)省維護開銷4.系統(tǒng)的準確性與可靠性更高5.更高的系統(tǒng)集成主動權6.3現(xiàn)場總線的核心與基礎一、現(xiàn)場總線核心現(xiàn)場總線核心即總線協(xié)議。目前現(xiàn)場總線協(xié)議并不統(tǒng)一，但對于各種總線，其協(xié)議基本原理都是相同的

6、，都以解決串行雙向數(shù)字化通信為基本依據。二、現(xiàn)場總線協(xié)議模型全新的IEC61158現(xiàn)場總線協(xié)議模型，省去了OSI模型中間的3~6層，增加了面向用戶的第八層用戶層。現(xiàn)場總線結構模型統(tǒng)一為四層，即：物理層、數(shù)據鏈路層、應用層和用戶層。用戶層8應用層7應用層7表示層6（3-6）層不用會話層5傳輸層4網絡層3數(shù)據鏈路層2數(shù)據鏈路層2物理層1物理層1OSI協(xié)議模型現(xiàn)場總線協(xié)議模型OSI與現(xiàn)場總線結構模型比較三、現(xiàn)場總線儀表智能儀表在通信上配置相應的總線標準接口前提下，為了在FCS系統(tǒng)集成中靈活配置，還必須符合下列要求：1.所有公司生產的現(xiàn)場儀表，它必須與它所處的現(xiàn)場總線控

7、制系統(tǒng)具有統(tǒng)一的總線協(xié)議，或者是必須遵守相關的通信規(guī)約。2.用于FCS系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表必須是多功能智能化的。多功能智能化現(xiàn)場儀表開發(fā)的一些常用功能：1.通信功能：支持一種或多種通信模式或總線協(xié)議。2.多變量監(jiān)測：支持多個物理量的監(jiān)測功能，一個變送器可以同時測量溫度、壓力與流量等參數(shù)。3.復合控制功能：可以完成諸如信號線性化、工程單位轉換、閥門特性補償、流量補償、過程裝置監(jiān)視與診斷以及PID控制等多個功能。CPU通信接口低速現(xiàn)場總線A/D電容測量電路顯示單元3.3V電源線（a）1151壓力變送器（b）測壓原理國內某款智能型電容式壓力變送器：功能：·采集差壓信號·采集

8、溫度信號·壓力信號單位轉