《现场总线及其应用技术》课件

现场总线与控制网络
Field Bus and Control Network
2013年9月
主要内容
现场总线简介、特点与优点 数据通信基础与网络互联 主要现场总线的介绍 现场总线的典型应用 现场总线控制系统 现场总线与工业以太网的互连技术
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参考书目
1. 李正军.《现场总线及其应用技术》
把DCS的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。
开放性、分散性与数字通讯是现场总线系 统最显著的特征。
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传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统
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DCS与FCS
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1.1.1 现场总线的产生---产生背景
DCS:操作员在控制室既不能了解模拟仪表 的工作状态，也不能对其进行参数调整， 更不能预测故障，导致操作员对仪表处于 “失控”状态
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
4. 互换性 FCS: 用户可以自由选择不同制造商提供的 性能价格比最优的现场设备和仪表，并将 不同品牌的仪表互连； DCS:尽管模拟仪表统一了信号标准(420mA DC)，可大部分参数仍由制造厂自 定，致使不同品牌的仪表互换难度较大
至今),4－20mA的模拟量标准信号。 第三代：计算机集中控制系统(70年代) 第四代：集散式分布控制系统(80年代)
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1.1.1 现场总线的产生 ---控制系统的发展趋势
第五代：现场总线控制系统(FCS)
突破了DCS系统采用通信专用网络的局限， 采用了基于公开化、标准化的解决方案，克 服了封闭系统所造成的缺陷；
微处理器技术的迅猛发展和广泛应用，使 仪表和现场控制设备在性能和功能上有显 著的提高；
对系统维护管理、测试和监视需求的日益 增加；
控制领域在控制精度、可操作性、可维护 性、可移植性等方面的要求。
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1.1.2 现场总线的本质
1. 现场通信网络
2. 用于过程及制造自动化的现场设备或现场仪表互 连的通信网络
至阀门特性自检验和自诊断功能。
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1.1.2 现场总线的本质
5. 通信线供电 允许现场仪表直接从通信线上获取能量， 对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可 采用这种供电方式
6. 开放式互连网络 既可与同层网络互连，也可以与不同层网 络互连，还可以实现网络数据库的共享
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
1. 结构
FCS: 一对多：一对传输线接多台仪表，双 向传输多个信号 DCS: 一对一：一对传输线接一台仪表， 单向传输一个信号
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
5. 仪表 FCS: 智能仪表，除了具有模拟仪表的检测、 变换、补偿等功能外，还具有数字通信能 力，并且具有控制和运算的能力； DCS: 模拟仪表只具有检测、变换、补偿 等功能
6. 控制 FCS: 控制功能分散在各个智能仪表中； DCS: 所有控制功能集中在控制站中
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要求及考试
上课认真做笔记 认真完成课后作业
平时成绩
30％
实验成绩
60%
平时表现及作业 40%
期末笔试
70％
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第一讲 现场总线概述
1.1 现场总线的现状和发展
现场总线 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室 之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、 互联、多变量、多点、多站的通信网络。
机械工业出版社，2005
2. 阳宪惠. 《现场总线技术及其应用》
清华大学出版社，1998 3. 甘永梅.《现场总线技术及其应用》
机械工业出版社，2000 4. 杨宁.《集散控制系统及现场总线》
北航出版社，2001 5. 邬宽明.《现场总线技术应用选编》
北航出版社，2001
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参考书目
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---现场总线的结构特点
由于采用智能现场设备，能够把DCS系统中 处于控制室的控制模块、各输入输出模块置 入现场设备中，在现场直接完成采集和控制。
由于不需要其他的模数转换器件，且一对电 线能传输多个信号，因而简化了系统结构， 节约了设备及安装维护费用。
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2. 现场设备互连
3. 现场设备或仪表指传感器、变送器和执行器等。 这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双 绞线、同轴电缆、光纤和电源线等
3. 互操作性
4. 对不同厂商不同品牌的现场设备统一组态，构成 所需要的控制回路，并且具备相互操作的功能
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1.1.2 现场总线的本质
4. 分散功能块
2. 可靠性
FCS: 可靠性好：数字信号传输抗干扰能力 强，精度高； DCS: 可靠性差：模拟信号传输不仅精度 低，而且容易受干扰
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
3. 失控状态
FCS: 操作员在控制室既可以了解现场设备 或现场仪表的工作状况，也能对设备进行 参数调整，还可以预测或寻找故障，使设 备始终处于操作员的远程监视与可控状态 之中；
5. FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站， 把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表， 从而构成虚拟控制站
6. 例如：
7.
流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累
加输入模块，而且有PID控制和运算功能块。
8.
调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含
输出特性补偿模块，或PID控制和运算模块，甚
IEC对现场总线的定义 现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备 之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串 行、多节点数字通信的技术。
涉及智能仪表、控制、计算机、数据通信技术
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1.1.1 现场总线的产生
---控制系统的发展趋势
第一代：气动信号控制系统(50年代之前) 第二代：电动模拟信号控制系统(50年代