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1、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
2、 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)
3、。 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
4、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
5、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
6、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
7、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。,
