计算机测控系统之现场总线控制技术.ppt

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1、计算机测控系统李江全石河子大学机电学院电气工程系2009年11月——现场总线控制技术现场总线概述按照IEC和现场总线基金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设备和各类自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线是一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的通信总线。采用现场总线技术可实现一种具有开放式、数字化和网络化结构的新型计算机控制系统，即现场总线控制系统（FCS，FieldControlSystem）。通俗地说，FCS将构成自动化系统的各种传感器、执行机构及控制器通过现场控制网

2、络联系起来，通过网络上的信息传输完成传统系统中需要硬件连接才能传递的信号，并完成各设备的协调，实现自动化控制。现场总线的产生现场总线是连接智能现场设备和各类自动化系统的数字式、双向传输、多节点、多分支结构的通信网络。现场总线控制系统既是一个开放的通信网络，又是一个全分布式的控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化控制信息系统，具有基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化等综合自动化功能。因此，现场总线技术综合了智能传感器、自动控制、计算

3、机、数字通信、网络技术等方面的内容。现场总线控制系统的结构一个按现场总线技术构造的计算机监控系统如图8-1所示。现场总线系统有两个主要部分组成：一是现场智能设备，二是系统的传输介质。现场智能设备由微处理器以及外围电路构成；现场总线系统使用最多的传输介质是双绞线。现场总线的体系结构特点1．现场通信网络用于过程及制造自动化的现场设备或现场办公仪表互连的通信网络。现场总线是生产过程控制的底层控制网络，它们与生产过程现场设备直接连接，一方面将现场测量控制设备互连为通信网络，实现不同网段、不同现场通信设备间的信息共享；同时又将现场运行

4、的各种信息传送到远离现场的控制器，并进一步实现与操作终端、上层控制管理网络的连接和信息共享。在把一个现场设备的运行参数、状态以及故障信息等送往控制室的同时，又将各种控制、维护、组态命令，乃至现场设备的工作电源等送往各相关的现场设备，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。2．现场设备互连现场设备或现场仪表是指传感器、变送器、执行器、服务器和网桥、辅助设备、监控设备等。这些设备通过一对传输线互连。传输线可使用双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等，也可以无线传输。3．系统的开放性现场总线为开放

5、式互连网络，既可与同层网络互连，也可与不同层网络互连。开放式互连网络还体现在网络数据库共享，通过网络对现场设备和功能模块统一组态，使不同厂家的网络及设备融为一体，构成统一的FCS。3．系统的开放性在现场总线控制系统中，将传感器测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备既可完成自动控制的基本功能，又可随时诊断设备的运行状态。废弃了集散控制系统的输入输出单元和控制站，把集散控制系统控制站的功能分散地分配到现场设备。例如，通过采用现场总线技术，一个流量变送器不仅具有流量信号的变换、补偿和累加等功能，而且还

6、有PID控制或其他高级控制的功能，也就是说，现场总线技术真正将信号的采集、处理、控制、驱动等功能放在了现场，用户可灵活选用各种功能模块构成所需控制系统，真正实现了分散控制。5．互操作性由于现场设备或现场仪表的种类繁多，没有任何一家制造商可以提供一个工厂所需的全部设备，所以互相连接不同制造商的产品是不可避免的。用户或开发者并不希望为选用不同制造商的产品而在硬件和软件上付出太多的代价，而是希望将属于不同制造商的同时其性能价格比最高的产品集成在一起，并实现“即接即用”。所谓“互操作性”不仅仅是指属于不同制造商的产品之间能够相互传送

7、数据，更为重要的是这些设备能够”理解”所接收数据的含义，并做出正确的响应。当然，用户还希望能对不同的设备进行统一组态，构成所需的控制系统。只有这样才能真正将现场设备集成。6．通信线供电在现场总线控制系统中，本身就要求连接线尽可能的少，因此，最好采用通信线供电方式，即允许现场仪表直接从通信线上获取能量。现场总线是专为现场环境而设计的，可支持多种通信线路媒介，具有较强的抗干扰能力，并可满足本质安全防爆要求。这种供电方式可用于本质安全环境的低功耗现场仪表。现场总线控制系统的优点1）一对N结构所谓1对N结构是指1对传输线，连N台现场

8、设备，双向传输多个信号。由于一对双绞线或一条电缆上可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。这种结构使得接线简单、工程周期短、安装费用低、维护容易。当需要增加现场控制设备时，无需增加新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，减少了现场接线，既