现场总线技术基础典型现场总线及其应用

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1、第6章现场总线技术基础第7章典型现场总线及其应用6.1现场总线概述6.2现场总线结构6.3现场总线的核心与基础6.4现场总线的技术应用7.1FROFIBUS总线7.2基金会现场总线7.3CAN总线7.4ControlNet总线7.5DeviceNet总线7.6其它总线技术第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（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）对现场总线的定义：安

2、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.IEC61158国际标准8种2.以太网技术对IEC61158标准的扩充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。

3、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ASASEthernet,TCP/IP监控计算机显示操作站现场总线网间连接器H2或高速Ethernet现场总线桥低速现场总线(H1)小型PLC过程控制生产制造装置级网络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)。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

4、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6-2FCS的分散功能块控制方案操作站LAN服务器PTGTAI110差压变送器模拟量输入功能块现场总线PID功能控制块调节阀模拟量输出功能块PID110AO110二、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8通道8通道主控器及接口节点地址0主干输入模块节点地址1通信与输入供电模块

5、端子式IO节点地址2输出模块节点地址3T形接头智能传感器节点地址4分支供电电源终端电阻标准传感器与执行器三、FCS系统与传统的DCS集成结构的对比LAN操作站传统模拟仪表……LAN……CAN总线智能仪表……DeviceNet总线智能仪表H1H1PROFIBUS-DP网桥操作站……H1(a)传统DCS结构(b)FCS集成结构图6-4DCS与FCS结构比较服务器服务器四、FCS的技术优势现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

6、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IEC61158现场总线协议模型，省去了OSI模型中间的3~6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。用户层8应用层7应用层7表示层6（3-6）层不用会话层5传输层4网络层3数据链路层2数据链路层2物理层1物理层1OSI协议模型现场总线协议模型OSI与现场总线

7、结构模型比较三、现场总线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

8、偿、过程装置监视与诊断以及PID控制等多个功能。CPU通信接口低速现场总线A/D电容测量电路显示单元3.3V电源线（a）1151压力变送器（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