ch08总线技术与嵌入式系统

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1、自动化技术已经经历了两次飞跃：第一次是在20世纪50－60年代从传统的电气传动控制－－电子自动化仪表监控系统，以微电子技术进步为基础第二次则是在20世纪70－80年代，DCS的出现，用各种I/O功能模板代替了仪表，利用计算机集中实现了回路调节，工矿连锁、参数显示报警，历史数据储存，工艺流程动态显示等多种功能，在大型控制系统中往往还带有操作指导和专家系统等软件。第8章总线技术与嵌入式系统4－20MA信号是DCS系统与现场设备相互连接的最本质点。是控制系统和仪表装置发展的一大进步。进入20世纪90年代

2、后，数字化和网络化成为当今控制技术发展的主要方向。传统的模拟信号只能提供原始的测量和控制信息，智能变送器在4－20mA信号之上附加信息的能力又受其低通信速率的制约，所以对整个过程控制系统的机制进行数字化和网络化，应是其发展的必然趋势。Fieldbus的先驱可谓是Honeywell公司在1983年推出的4－20mA输出的差分信号驱动器，它在4－20mA信号上叠加了数字信号，从而使现场装置与控制室控制装置间的连接由模拟信号过渡到了数字信号。在此基础上，美国Rosemount公司配合使用了他自己的的HA

3、RT数字协议。1987年美国Foxboro公司发表了I/A智能式自动控制系统，系统使用了全数字通信。Fieldbus选用了简化型网络结构，与OSI未完全保持一致，只选用了三层：物理层、数据链路层和应用层。现场总线在智能现场设备、自动化系统之间提供了一个全数字化的、双向的、多节点的通信链接。Fieldbus的出现促进了现场设备的数字化和网络化，并且使现场控制功能更加强大。这一改进带来了过程控制系统的开放性，使系统成为具有测量、控制、执行和过程诊断的综合能力的控制网络。Fieldbus是现代计算机、通

4、信和控制技术的集成，使自动化技术正在进入第三次飞跃。可以预言，随着Fieldbus技术的兴起和逐渐成熟，将使21世纪的自动化领域成为Fieldbus的世界。现场总线控制系统(FieldbusControlSystem，FCS)使得现场仪表、执行机构、控制室设备之间构成网络互连系统，实现全数字化、双向、多参数的数字通信，为控制系统的全分布和全数字化运行奠定了基础。是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。8.1现场总线控制系统8.1.1现场总线的概述现场总线(Fieldb

5、us)是上世纪80年代末国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的一种标准的、开放的、双向的多站现场智能设备互连通讯网络。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有数字计算和数字通信的能力。它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成控制任务的网络系统和控制系统。现场总线使自控系统与设备具有通信能力，把它们连结成网络系统，加入到信息网络的行列。基本内容包括以串行通讯方式取代传统的4－20mA模拟信号，

6、一条现场总线可为众多的可寻址现场设备实现多点连接，支持底层现场智能设备与高层系统利用公用传输介质交换信息；其核心是它的通讯协议，协议必须根据ISO的计算机网络开放系统的OSI参考模型来制定，它是一种开放的七层网络协议标准。多数现场总线只使用其中的一、二和七层协议（即物理层、数据链路层、应用层，这三层也是最重要和必须考虑的）。即Fieldbus采用了三层网络结构，流量控制和差错控制在数据链路层执行，报文的可靠传输在数据链路层或应用层执行。由于现场总线适导致了目前生产的自动化仪表、集散控制系统(DCS

7、)、可编程控制器(PLC)在产品的体系结构、功能结构方面有较大变革:传统的模拟仪表将被具有网络数字通信功能的智能化数字仪表所取代，出现了一批集检测、运算、控制功能于一体的变送控制器；出现了可集检测温度、压力、流量于一身的多变量变送器；出现了带控制模块和具有故障信息的执行器，并由此大大改变了现有的设备维护管理方法。8.1.2现场总线控制系统的产生在工程实践中广泛使用模拟仪表系统中的传感器、变送器和执行机构，一个变送器或执行机构需要一对传输线来单向传送一个模拟信号。要实现整个企业的信息集成，要实现综合

8、自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行、性能可靠、造价低廉的通信系统，形成工场底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。8.1.3现场总线控制系统的组成1.现场总线控制系统的结构现场总线控制系统与传统控制系统的结构比较2.现场总线构成了全分布控制系统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。现场完成复杂计算，形成真正分散在现场的完整控制系统。实现异地远程自动控制。还可以提供故障诊断信息等，维护和管理。