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1、 第五章第五章 现场总线控制系统现场总线控制系统 第一节第一节 概述概述一、单元组合仪表控制系统、一、单元组合仪表控制系统、DCSDCS与现场总与现场总线控制系统线控制系统l1.单元组合仪表控制系统单元组合仪表控制系统l 1）采用模拟信号传输；）采用模拟信号传输；l 2）现场至控制室为）现场至控制室为1：1连接方式（每台仪表连接方式（每台仪表均需一对导线）；均需一对导线）；l 3）组成各种控制系统时，各仪表之间均采用）组成各种控制系统时，各仪表之间均采用直接接线。直接接线。l（分散控制系统）（分散控制系统）l 1）现场至控制室为）现场至控制室为1：1连接方式（每台仪表连接方式（每台仪表均需一对
2、导线）；均需一对导线）；l 2）室内控制装置采用站式结构，各站之间采）室内控制装置采用站式结构，各站之间采用网络连接方式；用网络连接方式；l 3）组成各种控制系统时，采用软连接方式）组成各种控制系统时，采用软连接方式（功能组态）。（功能组态）。l特点：特点：模拟数字混合系统模拟数字混合系统l 集中操作集中操作l 有限度的分散控制有限度的分散控制l 组态式的控制功能组成组态式的控制功能组成l3.现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS）l 1）产生背景）产生背景l 综合自动化系统发展的需要综合自动化系统发展的需要l 现场智能仪表的出现为其奠定了基础现场智能仪表的出现为其奠定了基础l 现代通信技
3、术的发展提供了技术保障现代通信技术的发展提供了技术保障l 2）现场总线（）现场总线（Fieldbus）l 连接智能现场装置和自动化系统的数字式、连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。双向传输、多分支结构的通信网络。l 3）现场总线控制系统（）现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）l 采用现场总线技术实现的控制系统。采用现场总线技术实现的控制系统。二、现场总线的技术特点二、现场总线的技术特点l1、系统的开放性、系统的开放性l 总线标准及通信协议均为公共开放的。总线标准及通信协议均为公共开放的。l2、互可操作性与互换性、互可操作性
4、与互换性l 可实现总线设备间的信息交换，以及遵循同一总线可实现总线设备间的信息交换，以及遵循同一总线标准的各厂家的产品可集合在一起使用。标准的各厂家的产品可集合在一起使用。l3、现场仪表的功能自治性、现场仪表的功能自治性l 现场仪表均为智能仪表，一般处理功能可在现场仪现场仪表均为智能仪表，一般处理功能可在现场仪表内完成，如补偿、线性化、标度变换等。表内完成，如补偿、线性化、标度变换等。l4、系统结构的高度分散性、系统结构的高度分散性l 可实现回路控制的彻底分散，提高了系统可靠性。可实现回路控制的彻底分散，提高了系统可靠性。l5、对现场环境的适应性、对现场环境的适应性l 专为现场环境设计的现场总
5、线系统具有较强的抗干专为现场环境设计的现场总线系统具有较强的抗干扰能力，而且有本质安全防爆产品。扰能力，而且有本质安全防爆产品。三、现场总线国际标准简介三、现场总线国际标准简介l 现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和企业集团受自身利益的驱使，致使现场总线的国企业集团受自身利益的驱使，致使现场总线的国际化标准工作进展缓慢，至今尚未形成完整统一际化标准工作进展缓慢，至今尚未形成完整统一的国
6、际标准。的国际标准。l 从从1985年筹备成立年筹备成立IEC现场总线标准工作组开现场总线标准工作组开始标准起草制定工作，到始标准起草制定工作，到1997年制定了一些协议年制定了一些协议规范（规范（IEC61158），并作为），并作为FDIS标准发布。标准发布。l 1998年对年对IEC 61158 FDIS草案投票未获通过，草案投票未获通过，故于故于1999年初以技术规范的形式发布年初以技术规范的形式发布 IEC6115第第一版现场总线标准。一版现场总线标准。l 第一版标准第一版标准 (技术规范）中，只有一种标准技术规范）中，只有一种标准即后来的即后来的Type1（以（以FF-H1和和FF-
7、H2为主）为主）。l 随后根据各国或组织的意见进行修改，于随后根据各国或组织的意见进行修改，于2000年初通过了经修改后的年初通过了经修改后的IEC61158，即，即IEC61158 第二版。该版保留了第二版。该版保留了Type1,并增加了并增加了七种现场总线标准（七种现场总线标准（Type2Type8）。）。l 为了反映现场总线与工业以太网技术的最新为了反映现场总线与工业以太网技术的最新发展发展, 又对又对IEC61158 第二版标准进行了扩充和第二版标准进行了扩充和修订。新版标准规定了修订。新版标准规定了10 种类型现场总线种类型现场总线, 除除原有的原有的8种类型种类型, 还增加了还增加
8、了Type9 和和Type10 现场现场总线。总线。2003 年年4月月, IEC61158 Ed. 3 现场总线第现场总线第三版正式成为国际标准。三版正式成为国际标准。l 2007年发布了年发布了IEC61158第四版中，共有第四版中，共有20种现种现场总线标准进入该标准。其中包括我国的场总线标准进入该标准。其中包括我国的EPA标标准（准（Type14）。）。lType1Type10lType1： IEC61158 技术报告。技术报告。由于该总线主要依由于该总线主要依据据FF现场总线和部分吸收现场总线和部分吸收WorldFIP现场总线技术现场总线技术制定的制定的,所以经常被理解为所以经常被理
9、解为FF现场总线。现场总线。包括包括H1、H2总线。总线。lType2：由以美国由以美国Rockwell公司为代表支持的公司为代表支持的CI（ControlNet International)组织制定，包括组织制定，包括DeviceNet、ControlNet现场总线和现场总线和Ethernet / IP实时以太网。实时以太网。lType3：即即Profibus，由以西门子公司为代表的，由以西门子公司为代表的德国多家公司及研究单位制定，得到了德国多家公司及研究单位制定，得到了PNO（Profibus National Organization）用户）用户组织的支持，并被定为欧洲标准。组织的支持
10、，并被定为欧洲标准。lType4: 即即P-NET，由丹麦，由丹麦Process Data支持，支持，主要用于啤酒、食品、农业和饲料业。主要用于啤酒、食品、农业和饲料业。lType5：即即FF-HSE（高速以太网），由（高速以太网），由IEC制制定，用于替代定，用于替代FF-H2。lType6：即即SwiftNet，由美国，由美国SHIP STAR协会协会制定，得到波音公司支持，主要用于航空和航制定，得到波音公司支持，主要用于航空和航天业。天业。Type6 SwiftNet现场总线由于市场推广现场总线由于市场推广应用很不理想，在第四版标准中被撤消。应用很不理想，在第四版标准中被撤消。lType
11、7：即即WorldFIP，由法国，由法国Alstom为代表的为代表的WorldFIP协会制定，主要用于发电、输配电、协会制定，主要用于发电、输配电、加工自动化、运输等行业。加工自动化、运输等行业。lType8：即即Interbus，由德国，由德国Phoenix Contact制制定，得到了定，得到了Interbus Club组织的支持，主要用组织的支持，主要用于机器加工及制造业。于机器加工及制造业。lType9：即即FF-H1，由现场总线基金会（，由现场总线基金会（FF）负责制定，主要用于过程自动化。负责制定，主要用于过程自动化。lType10：即即Profinet，该标准源自，该标准源自Pr
12、ofibus现场现场总线国际组织（总线国际组织（PI）的总线标准，后由）的总线标准，后由PNO组组织进一步织进一步规范及确认。规范及确认。Profinet建立在建立在Ethernet TCP/IP基础上，经优化后的通信机制可以满足基础上，经优化后的通信机制可以满足实时通信要求。实时通信要求。lIEC61158第四版中列出的第四版中列出的20种现场总线标准：种现场总线标准：lType1 TS61158现场总线现场总线lType2 CIP现场总线现场总线lType3 Profibus现场总线现场总线lType4 P2NET现场总线现场总线lType5 FF HSE高速以太网高速以太网lType6
13、SwiftNet被撤消被撤消lType7 WorldFIP现场总线现场总线lType8 INTERBUS现场总线现场总线lType9 FF H1 现场总线现场总线lType10 PROFINET实时以太网实时以太网lType11 TCnet实时以太网实时以太网lType12 EtherCAT实时以太网实时以太网lType13 Ethernet Powerlink实时以太网实时以太网lType14 EPA实时以太网实时以太网lType15 Modbus2 RTPS实时以太网实时以太网lType16 SERCOS、现场总线现场总线lType17 VNET/ IP实时以太网实时以太网lType18
14、CC-Link现场总线现场总线lType19 SERCOS 实时以太网实时以太网lType20 HART现场总线现场总线 第二节第二节 典型现场总线简介典型现场总线简介一、一、FFFF总线（总线（Foundation Fieldbus Foundation Fieldbus 基金会现场总线）基金会现场总线）l 前身为美国前身为美国Fisher-Rosemount公司为首，联合公司为首，联合Foxboro、ABB、Siemens、Smart等等80多家公司制多家公司制定的定的ISP协议和以协议和以Honrywell公司为首，联合公司为首，联合Allen-Bradley、Bailey等等150多家
15、公司的多家公司的World FIP协议。协议。l 1994年两大集团一起成立现场总线基金会，致力年两大集团一起成立现场总线基金会，致力于开发国际上统一现场总线标准。主要应用于自动于开发国际上统一现场总线标准。主要应用于自动化系统，特别是过程自动化系统，支持总线供电及化系统，特别是过程自动化系统，支持总线供电及本质安全防爆。本质安全防爆。 l FF包括低速包括低速FF-H1和高速和高速FF-HSE两部分。两部分。l1、适用于过程自动化的低速、适用于过程自动化的低速FF-H1总线总线l 用于现场级控制，传输速率为，最大通信距用于现场级控制，传输速率为，最大通信距离离1900m。l1）控制与信息处理
16、的现场化）控制与信息处理的现场化l 智能化现场仪表可完成检测、变送、控制、智能化现场仪表可完成检测、变送、控制、计算、显示、报警、诊断及自动保护等任务，计算、显示、报警、诊断及自动保护等任务，从而构成完整的现场控制系统。从而构成完整的现场控制系统。l 现场仪表具有高度的自治性，且结构上具有现场仪表具有高度的自治性，且结构上具有彻底的分散性。彻底的分散性。（一）（一）FF总线的技术特点总线的技术特点l2）支持总线供电及本质安全防爆）支持总线供电及本质安全防爆l 非总线供电：现场仪表采用外部供电。非总线供电：现场仪表采用外部供电。l 总线供电：现场仪表通过总线供电。总线既总线供电：现场仪表通过总线供电。总线既作为供电线，又作为数字信号传输线。作为供电线，又作为数字信号传输线。l 提供本质安全防爆系统。提供本质安全防爆系统。l3）令牌总线访问机制）令牌总线访问机制l 在物理上是一种总线结构的局域网，各站点在物理上是一种总线结构的局域网，各站点共享通信总线。共享通信总线。l 在逻辑上是一种环形结构的局域网，连接到在逻辑上是一种环形结构的局域网，连接到总线上的站点组成一个逻辑环，站点获得令牌总线
