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：安装在制造或过程区域的现场装置与

2、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。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

3、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

4、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

5、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

6、，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

7、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

8、温度信号·压力信号单位转