现场总线技术基础典型现场总线及其应用课件.ppt

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1、第6章 现场总线技术基础第7章 典型现场总线及其应用,6.1 现场总线概述6.2 现场总线结构6.3 现场总线的核心与基础6.4 现场总线的技术应用7.1 FROFIBUS总线 7.2基金会现场总线7.3 CAN总线7.4 ControlNet总线7.5 DeviceNet总线7.6 其它总线技术,第6章 现场总线技术基础,现场总线 从集中控制走向分散控制 从DCS走向FCS 从集团协议走向国际标准 从国外走向国内,6.1 现场总线概述,一、现场总线的概念 国际电工委员会（International Electrotechnical Commission,IEC）对现场总线的定义：安装在制造或

2、过程区域的现场装置与控制室内自动控制装置之间的数字式、串行双向、多点的数据通信总线称为现场总线。现场总线通信的关键特征主要有以下几点：1.多点分布；2.全数字化；3.双向传输.,二、现场总线标准现状 1.IEC 61158国际标准 8种2.以太网技术对IEC 61158标准的扩充 12种3.特殊行业的现场总线国际标准 4种 三、现场总线在我国的应用概况现场总线应用近年来有长足、全方位发展。但开发技术还相对不足。现场总线技术的开发、应用过程中，有效做法有如下几点：1.选择在国际上影响较大、有市场应用前景的总线作为我国现场总线开发的技术标准。2.标准的文本可借鉴欧洲现场总线标准的文本构成方式，各个

3、总线标准分开，便于使用。3.尽快建立总线应用技术支持服务机构。,6.2 现场总线结构,一、现场总线的基本结构及特性IEC推荐的通用现场总线网络结构如图6-1：,图6-1 现场总线网络结构,IEC提出的现场总线两种基本结构形式：星型、总线型(特点、应用场合)。现场总线技术特点主要体现在以下几个方面:1.现场通信网络2.互操作性3.开放性4.分散功能块（如图6-2）5.通信线供电 6.可组态性7.可控性,图6-2 FCS的分散功能块控制方案,二、典型硬件连接形式现场总线系统的一般物理连接形式如图6-3：主要包括常用的实际总线设备，如总线接口、PLC控制器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可

4、以包括变频器、限位开关、编码器、人机界面等。,图6-3 典型硬件连接结构,三、FCS系统与传统的DCS集成结构的对比,(a)传统DCS结构(b)FCS集成结构 图6-4 DCS与FCS结构比较,服务器,服务器,四、FCS的技术优势现场总线技术优势主要体现在以下几个方面。1.节省硬件数量2.节省安装费用 FCS与传统硬件 配线形式的对比 3.节省维护开销4.系统的准确性与可靠性更高5.更高的系统集成主动权,6.3 现场总线的核心与基础,一、现场总线核心 现场总线核心即总线协议。目前现场总线协议并不统一，但对于各种总线，其协议基本原理都是相同的，都以解决串行双向数字化通信为基本依据。二、现场总线协

5、议模型 全新的IEC 61158现场总线协议模型，省去了OSI模型中间的36层，增加了面向用户的第八层用户层。现场总线结构模型统一为四层，即：物理层、数据链路层、应用层和用户层。,OSI与现场总线结构模型比较,三、现场总线仪表 智能仪表在通信上配置相应的总线标准接口前提下，为了在FCS系统集成中灵活配置，还必须符合下列要求：1.所有公司生产的现场仪表，它必须与它所处的现场总线控制系统具有统一的总线协议，或者是必须遵守相关的通信规约。2.用于FCS系统的现场仪表必须是多功能智能化的。,多功能智能化现场仪表开发的一些常用功能：1.通信功能：支持一种或多种通信模式或总线协议。2.多变量监测：支持多个

6、物理量的监测功能，一个变送器可以同时测量温度、压力与流量等参数。3.复合控制功能：可以完成诸如信号线性化、工程单位转换、阀门特性补偿、流量补偿、过程装置监视与诊断以及PID控制等多个功能。,（a）1151压力变送器,（b）测压原理,国内某款智能型电容式压力变送器：,功能：,采集差压信号 采集温度信号 压力信号单位转换 测压膜片非线性补偿 压力信号温度补偿,流速和流量计算 测量数据越限报警 自标定 零点和满度设定,数据通信 回路控制 掉电保护,智能电动阀门定位器 5.信息差错检测：可帮助技术人员缩短查找故障的时间。,基本诊断功能 工作时间记录;温度测量：当前温度、最小/最大温度（记忆）、每个温度

7、段的工作时间、设定点报警检测。扩展诊断功能 在线控制阀座（上、下行程位置）;监视或显示可调阈值：累积行程、100阀位、动作次数、死区补偿;报警1和2（位置报警）的次数。,4.提供诊断信息：可提供预防维修的信息,6.4 现场总线的技术应用,一、现场总线与IT网络的区别1.通信介质：现场总线可用各种通信介质，如双绞线、光纤、无线等，实现成本低。IT网络需要专用电缆，如同轴电缆、光纤等，实现成本高。2.通信响应的实时性：工业控制通信系统对实时性要求较高；IT网络的大部分应用中，实时性可以忽略。3.传输的信息长度：现场总线通信中数据传输长度一般都比较小，每个网段上节点通常也较少，对网络传输的吞吐量要求不高。IT网络使用以太网协议，网线上传输大批量数据信息，通信量较大。4.环境适应性与安全性：现场总线需要较强的环境适应性和安全性，包括防电磁干扰、防潮、防震动等；IT网络则缺少相应的处理措施。5.总线供电：工业现场总线网络不仅能传输通信信息，而且要能够为现场设备传输工作电源。IT网络未考虑总线供电问题。,