现场总线控制技术.docx

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1、现场总线控制技术一、现场总线简介1.1什么是现场总线现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、楼宇等方面的自动化系统中有着广泛的应用前景。1.2现场总线的由来现场总线导致了传统控制系统的变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统——现场总线控制系统FCS（fieldbuscontrolsystem）。这是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表系统、集中式数字控制系统、集散控制系统DCS后新一代控制系统。随着生产规模的扩

2、大，操作人员需要综合掌握多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单元组合式仪表，出现了集中控制室。生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如0.02～0.1MPa的气压信号，0～10mA、4～20mA的直流电流信号，1～5V直流电压信号等，送往集中控制室。由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢，提高计算速度与精度的开销、难度都较大，信号传输的抗干扰能力也较差，人们开始寻求用数字信号取代模拟信号，出现了直接数字控制。但是，在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系统早期存在的系统封闭这一缺

3、陷的影响，各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。新型的现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能；同时把DCS集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。1983年，Honeywe

4、ll推出了智能化仪表——Smar变送器，这些带有微处理器芯片的仪表除了在原有模拟仪表的基础上增加了复杂的计算功能之外，还在输出的4～20mA直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接由模拟信号过渡到了数字信号。现场总线之所以具有较高的测控能力指数，一是得益于仪表的微机化，二是得益于设备的通信功能。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，一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容，实现其远程传送创造了条件。一、几种有影响的现场总线技术2.1基金会现场总线基金会现场总线(FF，Foundat

5、ionFieldbus)是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。其前身是以美国Fisher—Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WorldFIP协议。屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m(可加中继器延长)，可支持总线供电，支持

6、本质安全防爆环境。H2的传输速率可为1Mbps和2．5Mbps两种，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IECll58—2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。基金会现场总线的主要技术内容，包括：(1)FF通信协议；(2)用于完成开放互连模型中第2～7层通信协议的通信栈(CommunicationStack)；(1)用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典；(2)用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能的功能块、实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件

7、技术；(3)以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。2.1LonWorksLonWorks是又一具有强劲实力的现场总线技术。它是由美国Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO／OSI模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从300bps至1．5Mbps不等，直接通信距离可达2700m(78kbps，双绞线)。支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品，被誉为

8、通用控制网络。LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的神经元芯片中而得以实现。集成芯片中有3个8位CPU，一个用于完成开放互连模型中第1和第2层的功能，称为媒