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1、现场总线控制系统文档编制序号：KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08南阳理工学院自动控制仪表课程报告学院（系）：机械与汽车工程学院 专 业：测控技术与仪器（升） 学 生：*指导教师：* *完成日期 2015年 12月自动控制仪表课程报告现场总线控制系统Fieldbus control system总 计：自动控制仪表课程报告 20 页插 图： 14 幅自动控制仪表课程报告现场总线控制系统Fieldbus control system学 院係）：机械与汽车工程学院专 业:测控技术与仪器（升）学生姓名 :*学 号：1%指导教师（职称）:（高级工程师）评阅教师：完成日期： 2015
2、年12月南阳理工学院Nan yang Institute of Technology现场总线控制系统测控技术与仪器（升） *摘 要 技术自推广以来，已经在世界范围内应用于工业控制的各个领 域。现场总线的技术推广有了三、四年的时间，已经或正在应用于冶金、汽车 制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。应 用的总线协议主要包括、Foundation、Interbus_S等。在汽车行业，现场总 线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的和旧的生产线的改造，大部分都 采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从 单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场
3、总线的控制方法。而国内的 应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然 会逐步扩展其应用领域。关键词 现场总线；工业控制；应用广泛Fieldbus control systemMeasurement & Control Technology and Instruments Major (l) *Abstract：Field bus technology, since the promotion has been all over the world should be used in industrial control fields. Fieldbus technol
4、ogy popularization has three or four years, has been or are being used in metallurgy, automobile manufacturing, tobacco machinery, environmental protection, petrochemical, electric power, textile machinery and other industries. Application of bus protocol mainly includes the PROFIBUS, DeviceNet, Fou
5、ndation, Fieldbus, Interbus_S, etc. In the automotive industry, the field bus control technology application is very common, in the past two years the domestic new and the old production line of auto production line transformation, mostly using the field bus control technology. Design of field bus c
6、ontrol system has been applied abroad is very broad, from the single device to the transmission system of the whole production line, adopts the control method of the field bus. And domestic applications are mostly concentrated in the production line of conveying system, with the continuous developme
7、nt of technology and is bound to renew ideas gradually expanding its application field.Key words：Fieldbus; Industrial control; Widely used目录1 引言现场总线控制系统概述现场总线控制系统是从八十年代中期发展起来的。经历了十几年的时间， 现场总线控制技术已经被广泛应用于汽车、造纸、纺织、烟草、机械、石油化 工、电力、楼宇自控等各个控制领域。现场总线控制技术由于其巨大的技术优 势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的PLC点对点接线的 控制方法。现场
8、总线技术的控制系统(Fieldbus Control System-FCS)是以现场总线 为基础发展起来的全数字控制系统。实际上就是以现场总线技术为核心，以基 于现场总线的智能 I/O 或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控 指挥中心的系统编程、组态、维护、监控等功能为一体的工作平台。现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于 各种机控制领域的总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公 司投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究。当今现场总线技术一直是 国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系 统由第四代的DCS至今的FC
9、S(Fieldbus Control System)系统，已被称为第 五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线 技术以数字信号取代模拟信号，在3C (Computer计算机、Control控制、 Commcenication通信)技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就 地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公 司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前，在现场 总线网络互联都是遵守OSI模型2 现场总线控制系统 现场总线控制系统体系结构现场总线控制系统FCS是以现场总线为基础的开放式、全数字式的控制系 统。
10、它通常由以下3部分组成：现场智能仪表、控制器；现场总线系统；监控、 组态计算机。其中现场智能仪表、控制器、计算机等都通过现场总线网卡及通 信协议软件连接到网上，故现场总线网卡及通信协议软件是FCS的基础和神经中 枢。与此同时，组态技术包含有系统组态、数据库组态及控制算法组态，生成 的参数及算法不仅可以在控制器中运行，还可以在远程I / O或智能设备上运 行。国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数 据链路上过程控制单元（PCU）、PLC等与数字1/ O设备互连；现场总线控制 器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；通信媒体安 装费用较低。现场总线
11、是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领 域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设 备（即车间级设备）之间的联系。现场总线控制系统主要包括一些实际应用的 设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以包 括变频器、智能仪表、人机界面等。系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC,通过总线接口对整个系统进行 管理和控制。其总线接口，有时可以称为扫描器。可以是分别的卡件，也可以 集成于PLC中。总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来 自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主 控器。总线接口的缺省
12、地址通常设为0 电源，是网络上每个节点传输和接收信 息所必须的。通常输入通道与内部芯片所用电源为同一个电源，习惯称为总线 电源。而输出通道使用独立的电源，称为辅助电源。图 1 现场总线控制系统体系结构如图1所示，最底层的Infranet控制网即FCS,各控制器节点下放分散到现 场，构成一种彻底 的分布式控制体系结构，网络拓扑结构任意，可为总线形、 星形、环形等，通讯介质不受限制，可用双绞线、电力线、无线、红外线等各 种形式。 FCS 形成的 Infranet 控制网很容易与 Intranet 企业内部网和 Internet 全球信息网互连，构成一个完整的企业网络三级体系结构。现场总线控制系统的
13、特点第一， FCS 的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器 都采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互连;第二， FCS 的系 统结构是全分散式，FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，由现场设备或 现场仪表取而代之，即把DCS控制站的功能化整为零，分散地分配给现场仪 表，从而构成虚拟控制站，实现彻底的分散控制;第三， FCS 的现场设备具有互 操作性，不同厂商的现场设备既可互连也可互换，并可以统一组态，彻底改变 传统DCS控制层的封闭性和专用性;第四，FCS的通信网络为开放式互连网络， 既与同层网络互连，也可与不同层网络互连，用户可极其方便地共享网络数据 库;第五，
14、 FCS 的技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，可供任何人使 用，从总线标准、产品检验到信息发布全是公开的，面向世界任何一个制造商 和用户现场总线控制系统的关键要点(1) 现场总线控制系统的核心是现场总线协议，即现场总线标准一种类型 的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确 定。就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行 数字化通讯传输为基本依据。 用现场总线在控制现场建立一条可靠性的数据通信线 路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分 散的智能传感器变成网络节点。(2) 现场总线控制系统的基础是数字智能传感器数字
15、智能传感器是FCS系 统的硬件支撑，是基础，道理很简单，智能传感器中的数据处理有助于减轻主 控站的工作负担，经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上， 进行更高级的处理，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。(3) 现场总线控制系统的实质是信息处理现场化无论采用什么类型控制系 统，系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上，采用现场总线后，可以 从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传 输信息的线缆却大大减少了。这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能 力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间的 信息往返。可以说现场总线的实质就
16、是信息处理的现场化，也是智能化仪表和 现场总线所追求的目标。3 现场总线的技术现场总线的概念现场总线是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时 控制通讯网络，遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型的全部或部分通讯协 议。FCS则是用开放的现场总线控制通讯网络将自动化最底层的现场控制器和 现场智能仪表设备互连的实时网络控制系统。图 2 现场总线结构图 现场总线的技术特征传统计算机控制系统中，现场仪表和控制器之间均采用一对一的物理连 接。这种传输方式一方面要给现场安装、调试及维护带来困难，另一方面难以 实现现场仪表的在线参数整定和故障诊断，无法实时掌握现场仪表的实际情 况，使得处于最底层的模拟变送器和执行机构成了计算机控制系统中最薄弱的 环节。如图 2，现场总线采用数字信号传输，允许在一条通信
