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1、I研究生课程 “现代电力系统现场总线控制”授课报告学科：授 课 教 师：电气工程李文华目录现场总线技术研究概况及发展趋势总线技术在电力系统的应用与发展1.12.91.1 .11.2 .31.3 .51.4 .51.5 .72.1 .92.2 .9现场总线的产生 现场总线的国际标准 现场总线的国家标准和行业标准几种流行的现场总线简介 现场总线的发展趋势工业现场总线技术 工业以太网技术第页现场总线是技术 计算机、通信、控制 的融合。简单地概括现场总线技术的特点：信号传输全数字、控制功能全分散、标准统一全开放。现场总线是低带宽的底层控制网络， 以此为纽带， 进一步构造了新型的、 开放的自动化系统。
2、它可与因特网以及企业内联网相连，且位于生产控制和网络结构的底层，因而又称之为底层网，也称为基础网 。年，现场总线的概念得到正式提出。国际电工委员会（）对现场总线（）的定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串行、多节点的数字通信网络。现场总线与工厂现场设备直接连接，一方面将现场测量控制设备互连为通信网络，实现不同网段、不同现场通信设备间的信息共享；同时又将现场运行的各种信息传送到远离现场的控制室，并进一步实现与操作终端、上层控制管理网络的连接和信息共享。在把一个现场设备的运行参数、 状态以及故障信息等送往控制室的同时， 又将各种控制、维护、组态命令
3、，乃至现场设备的工作电源等送往各相关的现场设备，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。世纪年代，过程控制的体系结构是基于的模拟标准信号，出现了模拟式电子仪表与电动单元组合的自动控制系统。后来到了世纪年代，人们在测量、模拟和逻辑控制领域率先使用了电子数字计算机，从而产生了集中式数字控制（又称直接数字控制，） ，简称集中控制。集中控制以一台控制器为中心，通过扩展的 接口实现各个传感器、执行器之间的通信。当然控制器最早采用个人计算机或通用的工业控制计算机，后来随着可编程序 逻辑 控制器（） ，以及使用单片机作为控制器。其扩展的接口模板按所适用总线分成不同的系列，从最初的总
4、线、总线到后来被广泛采用的总线和等。集中控制在控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低、易受干扰的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。它的主要缺点是对控制器要求很高，并且一旦控制器瘫痪，会导致整个系统不能工作。集散控制系统，又称为分散控制系统，最早出现于世纪年代后期， 在世纪年代以后占据主导地位。 其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，把上位机控制站用于集中监视管理，而把若干台下位机下放到现场实现分布式控制， 上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传13C()(Internet)(Intranet)(Infranet)1984IECInternat
5、ionalElectrotechnical CommissionFieldbus2060420 mA2070Direct DigitalControlDDCIOProgrammable Logic ControlPLCI/OS100PCSTDMultibus(Distributed Control System DCS)2070208011.1 现场总线技术研究概况及发展趋势现场总线的产生第页递。 因此， 这种分布式的控制系统克服了集中控制对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。但是，它也有自身难以克服的缺点。首先，不同的制造商为达到垄断经营的目的而对其控制通信网络采用各自专用的封闭形式，不同制
6、造商的之间以及与上层、信息网络之间难以实现网络互连和信息共享。其次，的控制站仍然是集中的，现场信号的检测、传输和控制还是采用的模拟信号，并没有彻底做到分散控制、集中管理。采用的是普通商业网络的通信协议和网络结构，在解决工业控制系统的可靠性方面没有做出实质性的改进，布线复杂，费用高。因此总体来讲，是一种封闭专用的、不具有可互操作性的、不彻底的分布式控制系统。在这种情况下，用户对网络控制系统提出了开放性、低成本的迫切要求。现场总线技术的开发始于世纪年代。 随着微处理器与计算机功能的不断增强、价格急剧降低， 计算机与计算机网络系统得到迅速发展， 信息沟通联络的范围不断扩大。而处于企业生产过程基层的测
7、控自动化系统，由于仍在通过开关、阀门、传感测量仪表间的一对一连线，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或者只能采用某种自封闭式的集散系统， 难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换， 使自动化系统成为 “信息孤岛” ，严重制约了其本身的发展。现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的。以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场控制系统（） 。现场总线是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物。它把微处理器置入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信能力，一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容、实现其远程传送创造了条件。在现场总线的环
8、境下，借助现场总线网段以及与之有通信连接的其他网段，可以实现异地远程自动控制，如操作远在数十万米之外的电气开关等。现场总线设备与传统自控设备相比，拓宽了信息内容，提供传统仪表所不能提供的如阀门开关动作次数、故障诊断等信息，便于操作管理人员更好、更深入地了解生产现场和自控设备的运行状态。对比集中控制、 集散控制、 现场总线控制， 由于现场总线强调遵循公开统一的技术标准，因而有条件实现设备的互操作性和互换性。即用户可以把不同厂家、不同品牌的产品集成在同一个系统内，并可在同功能的产品之间进行相互替换，使用户具有了自控设备选择、集成的主动权。现场总线可采用多种途径传输数字信号，如用普通电缆、双绞线、光
9、导纤维、红外线，甚至电力传输线等，因而可因地制宜，就地取材，构成控制网络。一般在由两根普通导线制成的双绞线上，可挂接几十台自控设备，与传统的设备间一对一的接线方式相比，可节省大量线缆、槽架、连接件，同时由于所有的连线都变得简单明了，系统设计、安装、维护的工作量也随之大大减少。另外，现场总线还支持总线供电，即两根导线在为多台自控设备传送数字信号的同时，还为这些设备传送工作电源。现场总线作为通信网络，与传输声音、图像、文字的网络不同，它所传输的是通断电源、 开关阀门的指令与数据， 直接关系到处于运行操作过程之中的设备、 人身的安全，2DCSDCSIntranetInternetDCS420 mAD
10、CSDCS2080FCS第页要求信号在有粉尘、 噪声、 电磁干扰等较为恶劣的环境下能够准确、 及时地发送和接收，同时还具有节点分散、报文简短等特征。以现场总线技术为基础构造的现场总线控制系统，在系统结构上发生了较大变化，其显著特征是通过网络信号的传送联络，可由单个节点或多个网络节点共同完成所要求的自动化功能。由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展方向，它一经产生便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注。国际标准化组织、北美、欧洲等许多国家的仪表控制领域，陆续制定了现场总线标准。由于行业、地域、经济利益等多种原因，目前在不同领域形成多个颇具影响力的总线标准。由于
11、标准化对现场总线的发展至关重要，因此几乎每一种现场总线都是有标准的，只不过有的只是国家标准，有的是某一地区或某个洲的标准。目前，国际电工委员会（）和国际标准化组织（）分别在进行国际现场总线的标准化工作，两者也互不协调统一。有几个技术委员会分别制定了自己的现场总线标准。用于工业控制系统的标准国际电工委员会 测量和控制的数字数据通信分技术委员会与美国仪表学会联合制定了工业控制系统用现场总线国际标准，即标准。标准是制定时间最长、投票次数最多、意见分歧最大的国际标准之一。标准从年开始起草，经过年的努力和有关各方的协商妥协， 直到年月， 采用包括种类型现场总线的才得以投票通过和确定。随着技术应用的不断发
12、展，总线标准得到丰富和完善。年月，经过修订，第版正式通过，增加了类共有种类型现场总线分别是：类型 ：；类型 ：和（美国罗克韦尔自动化公司支持） ；类型 ：（德国西门子公司支持） ；类型 ：（丹麦公司支持） ；类型 ：（即原，美国公司支持） ；类型 ：（美国波音公司支持） ；类型 ：（法国公司支持） ；类型 ：（德国公司支持） ；类型 ：类型：。为了便于标准的应用，又制订了作为解释和补充，为工业控制3International Electro-technical CommissionsIECISOIEC(1)IEC61158IEC SC65C(Instrument Society ofAmeri
13、caISA)IEC61158IEC61158IEC61158198416200018IEC6115820034IEC6115832101TS611582ControlNetEthernet/IP3Profibus4PNETProcess Data5FFHSEFFH2FisherRosemount6Swift-Net7WorldFIPAlstom8InterbusPhoenix9FF H1;10ProfinetIEC61784IEC617841.21IEC现场总线的国际标准的现场总线标准第页系统的连续和断续制造用现场总线行规设置，涉及个协议簇，即、。目前，第版即将修订完成，近日推出。用于低压开关设备与控制设备、控制器与电气设备接口的标准国际电工委员会 低压开关和控制设备分技术委员会制定的低压开关设备和控制设备控制器设备接口系列标准汇集了多种现场总线，它的各部分如下：总则；执行器传感器接口德国西门子公司支持 ；设备网，即美国罗克韦尔自动化、日本公司支持 ；美国公司支持 ，现已取消；智能分散系统美国公司支持 ；串行多路控制总线，即美国公司支持 ；，目前已转入标准德国公司支持 。标准实质上只容纳了种总线，分别是、。为现场总线制定的标
