現(xiàn)場總線技術(shù)基礎(chǔ)典型現(xiàn)場總線及其應(yīng)用

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1、第6章現(xiàn)場總線技術(shù)基礎(chǔ)第7章典型現(xiàn)場總線及其應(yīng)用6.1現(xiàn)場總線概述6.2現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)6.3現(xiàn)場總線的核心與基礎(chǔ)6.4現(xiàn)場總線的技術(shù)應(yīng)用7.1FROFIBUS總線7.2基金會(huì)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(shù)第6章現(xiàn)場總線技術(shù)基礎(chǔ)現(xiàn)場總線從集中控制走向分散控制從DCS走向FCS從集團(tuán)協(xié)議走向國際標(biāo)準(zhǔn)從國外走向國內(nèi)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(huì)（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）對(duì)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(nèi)自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行雙向、多點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信總線稱為現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線通信的關(guān)鍵特征主要有以下幾點(diǎn)：1.多點(diǎn)分布；2.全數(shù)字化；3.雙向傳輸.二、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀1.IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)8種2.以太網(wǎng)技術(shù)對(duì)IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)充12種3.特殊行業(yè)的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)4種三、現(xiàn)場總線在我國的應(yīng)用概況現(xiàn)場總線應(yīng)用近年來有長足、全方位發(fā)展。但開發(fā)技術(shù)還相對(duì)不足。現(xiàn)場總線技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用過程中，有效做法有如下幾點(diǎn)：1.選擇在國際上影響較大、有市場應(yīng)用前景的總線作為我國現(xiàn)場總線開發(fā)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2.標(biāo)準(zhǔn)的文本可借鑒歐洲現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的文本構(gòu)成方式，各個(gè)總線

3、標(biāo)準(zhǔn)分開，便于使用。3.盡快建立總線應(yīng)用技術(shù)支持服務(wù)機(jī)構(gòu)。6.2現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)一、現(xiàn)場總線的基本結(jié)構(gòu)及特性IEC推薦的通用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖6-1：圖6-1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ASASEthernet,TCP/IP監(jiān)控計(jì)算機(jī)顯示操作站現(xiàn)場總線網(wǎng)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(chǎn)制造裝置級(jí)網(wǎng)絡(luò)IEC提出的現(xiàn)場總線兩種基本結(jié)構(gòu)形式：星型、總線型(特點(diǎn)、應(yīng)用場合)。現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1.現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(diào)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(shí)際總線設(shè)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(guān)、編碼器、人機(jī)界面等。圖6-3典型硬件連接結(jié)構(gòu)8通道8通道主控器及接口節(jié)點(diǎn)地址0主干輸入模塊節(jié)點(diǎn)地址1通信與輸入供電模塊端子式IO節(jié)點(diǎn)地址2輸出模塊節(jié)點(diǎn)地址3T形接頭智能傳感器節(jié)點(diǎn)地址4分支供電電源終端電阻標(biāo)準(zhǔn)傳感器與執(zhí)行器三、FCS系統(tǒng)與

5、傳統(tǒng)的DCS集成結(jié)構(gòu)的對(duì)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(wǎng)橋操作站……H1(a)傳統(tǒng)DCS結(jié)構(gòu)(b)FCS集成結(jié)構(gòu)圖6-4DCS與FCS結(jié)構(gòu)比較服務(wù)器服務(wù)器四、FCS的技術(shù)優(yōu)勢現(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1.節(jié)省硬件數(shù)量2.節(jié)省安裝費(fèi)用FCS與傳統(tǒng)硬件配線形式的對(duì)比3.節(jié)省維護(hù)開銷4.系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性更高5.更高的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)6.3現(xiàn)場總線的核心與基礎(chǔ)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(duì)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(jù)。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?，F(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)模型統(tǒng)一為四層，即：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層和用戶層。用戶層8應(yīng)用層7應(yīng)用層7表示層6（3-6）層不用會(huì)話層5傳輸層4網(wǎng)絡(luò)層3數(shù)據(jù)鏈路層2數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)模型比較三、現(xiàn)場總線儀表智能儀表在通信上配置相應(yīng)的總線標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(guān)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(gè)物理量的監(jiān)測功能，一個(gè)變送器可以同時(shí)測量溫度、壓力與流量等參數(shù)。3.復(fù)合控制功能：可以完成諸如信號(hào)線性化、工程單位轉(zhuǎn)換、閥門特性補(bǔ)償、流量補(bǔ)償、過程裝置監(jiān)視與診斷以及PID控制等多個(gè)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(nèi)某款智能型電容式壓力變送器：功能：·采集差壓信號(hào)·采集

8、溫度信號(hào)·壓力信號(hào)單位轉(zhuǎn)