现场总线技术-1-概述.ppt

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1、现场总线技术FieldbusTechnology课程简介特点：涉及工程概念和设计方法的内容较多，理论内容较少（技术规范多，公式推导少）重点：设计与应用主要介绍的总线类型：Modbus（经典），Profibus（标准），IndustrialEtherNet（趋势）第1章现场总线技术概述现场总线是20世纪90年代发展形成的，用于过程自动化、制造业自动化、楼宇自动化、家庭自动化等领域的现场设备互连的通信网络现场总线是目前自动化领域研究和应用的热点之一现场总线控制系统是现场总线与控制系统的集成FieldbusControlSystem本章的主要内容1.1现场总线的由来1.2现场总线的定

2、义和分类1.3现场总线的特点1.4现场总线技术的现状及发展1.1现场总线的由来现场总线技术是为了满足控制（测控）系统向数字化发展的需要而产生的数字化的优点：信息量更丰富控制系统的4个发展阶段：模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统模拟仪表控制系统AnalogControlSystem出现于20世纪50年代之前基地式仪表：功能简单统一的模拟信号：0.02~0.1MPa，0~10mA，1~5V，4~20mA典型的单回路控制系统：控制算法简单模拟仪表控制系统AnalogControlSystem常规模拟单回路调节（控制）系统调节仪表：输入输出测量仪表：输出

3、4~20mADC执行器：输入直接数字控制系统DirectDigitalControlSystem出现于20世纪60年代初随着计算机的发展和普及而得到应用多回路控制：控制功能增强，算法先进执行机构、测量变送仪表仍采用模拟量（4~20mA）需要模/数（A/D）、数/模（D/A）转换直接数字控制系统DirectDigitalControlSystem用计算机代替模拟控制仪表可实现复杂控制算法和协调控制缺点：控制功能集中导致危险性加大集散控制系统DistributedControlSystem出现于20世纪70年代中期随着大规模集成电路和微处理器的发展和成熟而得到应用控制功能分散到多个

4、子系统（控制站）组成：包括过程控制站、操作站（人机界面）和通信系统集中操作、分散控制---集散控制系统集散控制系统DistributedControlSystem现场总线控制系统FieldbusControlSystem出现于20世纪90年代后期在DCS的基础上进一步数字化控制功能进一步向下（现场设备）分散用串行数字化接口代替测量变送仪表和执行机构的模拟量接口（4~20mA）双向通信方式使传输的信息量大大丰富现场总线控制系统FieldbusControlSystem传统控制系统的主要缺点（1）信息集成能力不强控制器与现场设备之间通过I/O连线连接，传送4~20mA模拟量信号或2

5、4VDC开关量信号，并以此监控现场设备。这样，控制器获取信息量有限，如设备参数、故障记录等有用数据很难得到。传统控制系统的主要缺点（2）系统开放性、可集成性差除现场设备采用标准的4~20mA或者24VDC连接，系统其它软、硬件通常只能使用同一家产品。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差。传统控制系统的主要缺点（3）成本高、可靠性差对于大范围的分布式控制系统，大量的I/O电缆及敷设施工，不仅增加成本，更是增加了系统的故障点，降低了系统的可靠性。传统控制系统的主要缺点（4）可维护性不高由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能不强。另一方面也很

6、难完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。现场总线技术就是为了克服上述缺点而产生和发展的现场设备的串行通信接口是现场总线技术的原形由于嵌入式技术的发展，许多测量变送仪表和执行机构等现场设备实现了智能化，即内置微处理器，完成诸如线性化、量程转换、数字滤波甚至回路调节等功能。因此，对于这些智能现场设备增加一个串行数据接口（如RS-232/485）是非常方便的。有了这样的接口，控制器就可以按其规定协议，通过串行通信方式（而不是并行I/O方式）完成对现场设备的监控。如果设想全部或大部分现场设备都具有串行通信接口并具有统一的通信协议，控制器只需一根通信电缆就

7、可将分散的现场设备连接，从而完成对所有现场设备的监控。这就是产生现场总线技术的初始想法和技术基础现场总线技术的产生基于以上初始想法，设想使用一根通信电缆，将所有具有统一的通信协议和通信接口的现场设备连接，这样，在设备层传递的不再是模拟量信号，而是基于现场总线的数字化信号，进而构成由数字化通信网络连接起来的控制系统。发展至今，已经出现了至少几十种现场总线。1.2现场总线的定义及分类现场总线的定义（4种）：用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化的、双向、多站的通信系统；广义上是控制