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1、- 1 -现场总线技术综合实训任务报告书姓名 班级 学号地点实践项目任 务 三 现场总线控制系统（FCS）应用现状及发展趋势综述 时间指导教师签字 成绩引言现场总线控制系统是继 DCS 之后的又一种新型工业控制系统，它的出现带来了工业控制领域的一场深刻革命。现场总线代表一种突破意义的控制思想，改变了原有控制体系结构，使模拟与数字混合的 DCS 更新换代为全数字现场总线控制系统，真正做到危险分散、控制分散、集中监控和全数字化。FCS 是一个分散控制系统，其采用现场通讯总线的方式进行数据交换，各控制单元直接安装在现场，通过一条通讯总线，将各个分散的控制单元连接为一体。它实现了集中监视、集中管理、分
2、散采集、分散控制的功能。一、应用现状现场总线发展迅速，现处于群雄并起、百家争鸣的阶段。目前已开发出 40 多种现场总线，如 Interbus、Bitbus、DeviceNet、 Modbus、ARCent 、P-Net、FIP、ISP 等，其中最有影响力的有 5 种，分别为FF、Profibus、HART、CAN、 LonWorks。FCS 全数字化通信使过程控制具有更高可靠性，从传感器、变送器到调节器，均为数字信号，这就使得复杂、精确的信号处理得以实现。因采用数字总线式通信线路代替 DCS1 对 1 的 I/O 连线，对于大规模 I/O 系统，减少了由连线带来的不可靠，同时也降低了布线成本。
3、此外 FCS 还具有互操作性、分散性、EIC( 电气传动、仪表、计算机)一体化等优点。在由现场总线构成的 FCS 中，仪表实际上已成为具有综合功能的智能仪表。EIC 一体化结构恰恰是 钢铁工业自动化用得较多而又急需的控制系统结构。- 2 -二、现场总线的体系结构与特点根据 IEC/ISA 定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支的通信网络。它是用于过程自动化最底层的现场设备以及现场仪表的互连网络，是现场通信网络和控制系统的集成。现场总线将当今网络通信与管理的概念带入控制领域，代表了今后自动化控制体系结构发展的一种方向。现场总线是以 ISO 的 OSI 模型为基本框
4、架的，并根据实际需要进行简化了的体系结构系统，它一般主要包括物理层、数据链路层、应用层、用户层。物理层向上连接数据链路层，向下连接介质。物理层规定了传输介质(双绞线、无线和光纤)、传输速率、传输距离、信号类型等。在发送期间，物理层编码并调制来自数据链路层的数据流。在接收期间，它用来自媒介的合适的控制信息将收到的数据信息解调和解码并送给链路层；数据链路层负责执行总线通信规则，处理差错检测、仲裁、调度等。应用层为最终用户的应用提供一个简单接口，它定义了如何读、写、解释和执行一条信息或命令。用户层实际上是一些数据或信息查询的应用软件，它规定了标准的功能块、对象字典和设备描述等一些应用程序，给用户一个
5、直观简单的使用界面。现场总线除具有一对 N 结构、互换性、互操作性、控制功能分散、互连网络、维护方便等优点外，还具有如下特点：（1）网络体系结构简单其结构模型一般仅有 4 层，这种简化的体系结构具有设计灵活，执行直观，价格低廉，性能良好等优点，同时还保证了通信的速度。（2）综合自动化功能把现场智能设备分别作为一个网络节点，通过现场总线来实现各节点之间、节点与管理层之间的信息传递与沟通，易于实现各种复杂的综合自动化功能。（3）容错能力强现场总线通过使用检错、自校验、监督定时、屏蔽逻辑等故障检测方法，大大提高了系统的容错能力。（4）提高了系统的抗干扰能力和测控精度现场智能设备可以就近处理信号并采用
6、数字通信方式与主控系统交换信息，不仅具有较强的抗干扰能力，而且其精度和可靠性也得到了很大的提高。现场总线的这些特点，不仅保证了它完全可以适应目前工业界对数字通信和传统控制的要求，而且使它具有不同层次的复杂控制与先进控制、优化控制功能成为可能。- 3 -三、现场总线存在的不足现场总线是一种正在发展中的技术，在许多方面还需改善。IEC61158 规定了FF、Profibus、WorldFIP 等 8 种现场总线标准，还有一些事实上的标准，如LonWorks 和 CAN 总线等。现有 8 种现场总线为国际标准，它们采用的通信协议完全不同，因此要实现这些总线的兼容和互操作十分困难。许多标准的并存，将导
7、致现场总线技术不易广泛应用。四、现场总线在中国以智能化现场仪表为基础的现场总线系统与传统系统相比，其优点不仅在控制方面，更多的是在自诊断、自校正等自动管理方面。但国内使用的系统规模一般不大，没有把管理自动化和远程诊断功能纳入系统，因此无法发挥 FCS 降低运行维护费用的优势，所以与传统产业相比，现场总线的优点没有完全体现出来，现在国内还有很多企业对现场总线技术和产品是否成熟可靠持怀疑态度。现场总线在中国需进一步促进其快速发展，最主要的则是推动企业对现场总线的应用。我国是发展中国家，还不拥有自主版权的现场总线。我们应谨慎对待出现在现场总线问题上的争论，它已阻碍了工业自动化领域网络技术的发展和产品
8、的更新换代，我们应抓住网络发展的新机遇，努力发展我国自己的现场总线网络产业。五、发展方向现场总线是一种正在发展的技术，在过程控制领域对其要求是：(1)改善实时性，不允许有不确定性;(2)克服本安防爆对总线中节点数和电缆长度的限制，加强现场总线本安概念理论研究;(3)实现可互操作性和信息处理现场化。今后，对上述 3 方面还要进行积极研究、不断探索。实时性和可互操作性是以太网在工业现场应用所要解决的重要问题。由于 Ethernet 技术的快速发展，其介入控制已成为事实。Ethernet 的主要特点是：数字式互连网络、可操作性、开放性和高网络功能。网络功能包括实时性、可靠性等。而开放性最为重要。Et
9、hernet 是世界上应用最为广泛的计算机通信技术之一，受到广泛技术开发支持，而且已使用多年，具有大量软、硬件资源和开发设计经验。在以太网上层应用的 TCP/IP 协议也已开发较成熟;绝大多数 PC 机均提供以太网接口，操作系统也已配备 TCP/IP 协议;以太网适配器及其相关产品- 4 -价格低廉，一块以太网网卡的价格只是 Profibus、 FF 等现场总线网卡的一小部分;而且许多现场总线标准已向上支持以太网，其中主流现场总线 FF 于 2000 年 3 月宣布用以太网增强 H2 的方案。因此，一般认为整合 Ethernet 和 TCP/IP 技术的现场总线是今后发展的主流体系和应用热点。
10、- 5 -学习心得、体会及建议：实训了几周的时间，从中得到了很多的启示。在编程的过程中，不能想当然，要根据实际情况进行编程，还有就是在编程之前，接到实训任务后，不能立即编程，一定要理清思路，逻辑清晰后再进行编程，只有这样才能保证编程速度快，程序出错率下降。特别是，在编程的过程中，容易出现双线圈问题，一定要竭力避免这个问题，保证程序的正确性及完整性。编程也许是一个烦闷的事情，不过要是把它当作一种兴趣去做，会有不一样的效果；那时，可以感觉到自己在做一件神圣的事情，心中充满激情。当然这个过程中，避免不了是遇到很多困难，有些事情看似容易，不过就是在那里出现错误了，可自己无论如何就是找不到，可能就是当局者迷得缘故吧，这时，老师的出现总是那么及时，好似雪中送炭。因此，实训的过程中，老师给的帮助的意义是非常巨大的，在这里，向老师表示感谢：老师，您辛苦了！- 6 -
