现场总线控制网络技术
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工业数据通信和控制网络(现场总线)现场总线技术现场总线控制系统(简称FCS)其结构模式为“工作站――现场总线智能仪表”二层结构,成本低、可靠性高,可实现真正的开放式互连系统结构。
操作站LANH2H1服务器H1现场总线现场设备124H1网桥H1H132现场设备H1现场总线现场总线FCS控制层32现场设备原理图控制系统应用图示例使用控制系统分布确定现场总线的接线H1现场总线#3网段控制室PCGreenLiquorStorageLT111LT112H1现场总线#2网段LT101Re-BurnedPurchasedLimeLimeDT109FT11019SC11124IP102IP104AIP104BCoolerSC11225SC1102320FT102AT10321TT104HeaterCV-101A/OAT106AT107AAT107BLT108SC10822H1现场总线#1网段TT105现场总线定义现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。
网络节点网络体系包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备基于统一、规范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享位于生产控制的底层网络结构通信总线在现场设备中的延伸现场总线的发展1996年到1998年,国际性组织FF(现场总线基金会)和PNO(Profibus国际组织)先后发布了适于过程自动化的现场总线标准H1、H2(HSE)和Profibus-PA,H1和PA都在实际工程中开始应用。
1999年底,包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-61158开始生效,除H1、HSE和PA外,还有WorldFIP、Interbus、ControlNet、P-NET、SwiftNet等五种。
Profibus较适合于工厂自动化,CAN适用于汽车工业,FF总线(FoundationFieldbus)主要适用于过程控制现场总线的网络结构现场总线的星形网络结构现场总线的网络结构特点Ethernet/HighwayFiledbusIPC、PLC。
现场总线控制系统(FCS)发展前景展望现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)是工业自动化领域中的一种重要技术,其发展前景广阔,正日益受到人们的关注。
以下是对FCS发展前景的展望。
一、背景介绍现场总线控制系统是一种用于工业过程控制的开放型、全数字化网络通信系统。
它将位于现场的各种自动化设备、仪器仪表、传感器等通过一根总线连接起来,实现设备间的信息交互和数据共享。
它具有现场设备分散、信息传输速度快、可扩展性强、可靠性高等优点,因此在石油、化工、电力、制药等许多行业得到了广泛应用。
二、概览随着科学技术的不断进步和工业自动化需求的不断增长,FCS在功能和性能上也不断得到提升。
未来的FCS将朝着更加高效、可靠、安全和智能化的方向发展。
同时,随着工业互联网的普及和发展,FCS将更好地与云计算、大数据、人工智能等先进技术进行融合,实现更加精准、高效、智能的工业过程控制。
三、价值分析FCS的价值不仅在于其技术优势,更在于其能够带来的经济效益和社会效益。
首先,FCS能够提高工业过程控制的精度和效率,减少能源浪费,降低生产成本。
其次,FCS能够提高产品质量和生产效率,增强企业的竞争力。
此外,FCS还能减少人员劳动强度,提高生产安全性和可靠性,改善企业的工作环境。
四、发展趋势1.技术创新未来,FCS将继续在技术创新方面进行探索和实践。
例如,采用更加先进的信号处理技术、通信协议和网络安全技术等,提高FCS的性能和可靠性;同时,探索适应不同工业过程的FCS解决方案,满足个性化的需求。
2.与工业互联网的融合工业互联网的普及和发展为FCS提供了更广阔的发展空间。
未来,FCS将更好地与工业互联网融合,实现各种数据的无缝集成和共享,优化生产流程,提高生产效率和质量。
同时,借助工业互联网平台,FCS可以实现远程监控和维护,提高系统的安全性和可靠性。
3.人工智能的应用人工智能技术的不断进步为FCS带来了新的发展机遇。
现场总线技术及其应用 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络,是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机网络技术三大技术发展的交汇点,将带来控制系统的一大变革。
1 引言 随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展,作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线(FieldBus)技术也得到了发展迅速、影响巨大,引起了工程技术界的普遍兴趣与重视,使计算机控制系统逐步从集散控制系统(Distributed Control System dcs)走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS),被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。
2 被誉为自动化领域的计算机局域网 2.1 现场总线及其特点 (1)什么是现场总线? 根据国际电工委员会(IEC)和美国仪表协会(ISA)的定义:现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字、双向传输、多分支结构的通信网络,它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通讯,具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。
国际电工协会(IEC)的SP50委员会对现场总线有以下三点要求: (1)同一数据链上过程控制单元(PCU)、plc等与数字1/0设备互连; (2)现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取; (3)通信媒体安装费用较低。
天津工业大学自动化、电气工程及其自动化本科生限修课程工业控制网络与自动化管理技术主讲:郭利进2016.09-12讲解内容:1.现场总线技术概述2.数据通信基础3.控制网络基础4.CAN总线与基于CAN的控制网络5.分布式的网络控制系统6.网络控制系统的实施和管理第1 章现场总线技术概述—工业控制网络与自动化管理技术—天津工业大学郭利进本章内容1.1现场总线简介1.2现场总线系统的特点1.3以现场总线为基础的企业网络系统1.4现场总线技术的标准化返回1.1 现场总线简介1.1.1 什么是现场总线1.1.2 基于现场总线的数据通信系统1.1.3 现场总线控制网络与网络化控制系统1.1.4 现场总线系统适应了综合自动化发展需要1.1.5 早期的现场总线返回1.1.1 什么是现场总线现场总线原本指现场设备之间公用的信号传输线。
后又被定义为应用在生产现场,在测量控制设备之间实现双向串行多结点数字通信的技术。
现在已成为控制网络的代名词。
现场总线IEC定义: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进行双向、串行、多节点、数字通信技术。
随着现场总线技术的发展,它不再只是通信标准或通信技术,而成为网络系统与控制系统。
现场总线系统:以测量控制设备作为网络节点,以双绞线等传输介质为纽带,把位于生产现场、具备数字计算和数字通信能力的测量控制设备连接成网络系统,按公开、规范的通信协议,在多个测量控制设备之间、现场设备与远程监控计算机之间,实现数字传输与信息交换,形成适应各种应用需要的自动控制系统。
现场总线系统既是一个开放的数据通信系统、网络系统,又是一个可以由现场设备实现完整控制功能的全分布控制系统。
1.1.2 基于现场总线的数据通信系统基于现场总线的数据通信系统有数据的发送设备、接收设备、作为传输介质的现场总线、传输报文、通信协议几部分组成。
1.1.3 现场总线控制网络与网络化控制系统 控制网络的定义:控制网络也称网络化的控制,它将多个分散在生产现场、具有数字通信功能的测量控制仪表作为网络节点,采用公开、规范的通信协议,以现场总线作为通信连接的纽带,把现场控制设备连接成可以相互沟通信息,共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
第一章1、简要说明现场总线、控制网络的定义答:现场总线是指将现场设备(如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等)与工业操作单元、现场操作站等互联而成的通信网络,它的关键标志是能支持双向、分散、多节点、总线式的全数字通信,是工业控制网络向现场及发展的产物。
2、简要说明现场总线技术的特点答:现场总线是3C(计算机、通信、控制)技术的融合。
其技术特点是:信号输出全数字、控制能力全分散、标准统一全开放。
具体是(1)系统的开放性(2)互操作性与互用性(3)现场设备的智能化与功能自治性(4)系统结构的高度分散性(5)对现场环境的适应性。
3、简要说明网络化控制系统的结构组成答:由被控对象、执行器、传感器、网络时延、控制器组成4、网络化控制系统的主要技术特点有哪些答:主要有:1、结构网络化2、节点智能化3、控制现场化和功能分散化4、系统开放化和产品集成化5、对现场环境的适应性5、HART通信模型有那几层组成答:HART通信模型由3层组成:物理层、数据链路层和应用层6、与传统布线相比,P-NET现场总线技术在工业控制应用中具有哪些优势答:与传统布线相比,P-NET现长总线技术在工业控制应用中有很大的优势,它可以简化设计和安装,减少布线的数量和费用,避免各种设备故障的发生,实现更直接也更广泛的使用功能。
7.WorldFIP可用的运输速率有哪些,标准传输速率是多少?答:传输速率用于铜线的有31.25Kbit/s、1Mbit/s和2.5Mbit/s,其中1Mbit/s是标准速率。
第二章1、什么是差错控制答:在计算机通信中,为了提高通信系统的传输质量而提出的有效的检测错误并进行纠正的方法叫做差错检测和校正,简称为差错控制2、数据通信系统由哪几部分组成答:数据通信系统由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等几部分组成3、简要介绍通信系统的通信指标答:通信指标有1、有效性指标2、可靠性指标3、通信信道的频率特性4、介质宽带,信息传输的有效性指标和可靠性是通信系统最主要的指标4、数据传输方式有哪些?选取其中两种进行简要介绍答:数据传输方式是指数据代码的传输顺序和数据信号传输的同步方式,有串行传输与并行传输,同步传输与异步传输,位同步、字符同步与帧同步等几种在串行传输中,数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输,每次只能发送一个数据位,发送方必须确定是先发送数据字节的高位还是低位。
现场总线控制网络技术课程设计介绍现场总线控制网络(Fieldbus Control Network,FCN)技术是一种以数字信号为基础的控制网络技术,它采用总线式结构连接传感器、执行器以及控制器。
本课程设计将结合实际案例介绍现场总线控制网络技术的设计、实现以及应用。
设计内容1.首先进行网络拓扑结构的选择与优化,根据实际情况确定现场总线的类型、通信协议等参数,确保稳定性和可靠性。
2.其次进行设备的选择与配置,包括传感器、执行器、控制器等,确保设备与现场总线的兼容性以及性能指标的达标。
3.接下来进行现场总线系统程序设计,包括现场总线的数据采集、信号处理、以及网络监控等模块的实现,为后续的系统运行提供支持。
4.进行系统实现与调试,确保系统正常运行且满足应用需求。
实现过程中需要注意设备间的匹配与数据传输的正确性。
5.最后进行系统应用展示,包括温度、湿度等信号采集、控制灯光等应用场景的实现,系统运行效果的演示。
设计工具•通信协议:MODBUS、CAN等•开发平台:Raspberry Pi、ADAM 6200等•编程语言:Python、C语言等设计要求1.设计期望能够根据实际需求灵活选择不同的网络拓扑结构,实现实时性和可靠性的平衡。
2.设计需要注意设备间的兼容性、稳定性以及性能达标等方面的问题。
3.系统程序设计需要考虑网络数据的传输、处理速度以及可靠性等方面的问题。
4.系统实现与调试需要注意设备间的配合与数据传输的准确性。
5.系统应用展示需要具有直观性和易操作性,效果需满足应用需求。
总结现场总线控制网络技术是一种先进且广泛应用的自动化控制技术,本课程设计针对实际应用场景进行开发,在设计过程中融合了多种技术手段和工具,能够满足不同应用场景的需求。
未来随着技术的不断发展,FCN技术将在更多领域得到应用。
现场总线控制系统应用实例一、引言现场总线控制系统是一种基于计算机网络技术的自动化控制系统,它通过将各种现场设备与控制系统连接起来,实现数据传输和控制指令的交互。
它广泛应用于工业生产、楼宇自动化、交通运输等领域,提高了生产效率和自动化程度。
本文将以几个实际应用案例为例,介绍现场总线控制系统在不同领域的应用情况。
二、工业生产领域1. 汽车制造工厂汽车制造工厂是一个典型的工业生产场景,其中各种机械设备、传感器和执行器需要进行数据交互和控制。
现场总线控制系统在汽车制造工厂中的应用可以实现设备的远程监控和控制,提高生产线的自动化程度和生产效率。
例如,通过现场总线系统可以实时监测机械设备的运行状态和温度,及时采取措施防止故障发生。
同时,通过控制指令可以远程控制设备的启停和调整参数,提高生产线的灵活性和适应性。
2. 石油化工厂石油化工厂是一个复杂的工业生产场景,涉及到各种化工设备、管道和控制系统。
现场总线控制系统在石油化工厂中的应用可以实现设备的集中监控和控制,提高生产过程的安全性和稳定性。
例如,通过现场总线系统可以实时监测管道的压力和流量,及时发现异常情况并采取措施。
同时,通过控制指令可以远程控制设备的开关和调整工艺参数,提高生产效率和产品质量。
三、楼宇自动化领域1. 商业综合体商业综合体是一个集购物、娱乐、办公于一体的大型建筑群,其中涉及到多个子系统的控制和管理。
现场总线控制系统在商业综合体中的应用可以实现各个子系统的集中控制和监测,提高楼宇设施的管理效率和能源利用率。
例如,通过现场总线系统可以实时监测楼宇的温度、湿度和照明情况,根据需求自动调整空调和照明设备的工作状态,节约能源并提供舒适的室内环境。
2. 医院建筑医院是一个复杂的建筑群,涉及到多个科室、楼层和设备的控制和管理。
现场总线控制系统在医院建筑中的应用可以实现科室设备的集中控制和监测,提高医院的运行效率和服务质量。
例如,通过现场总线系统可以实时监测病房的温度和湿度,自动调整空调设备的工作状态,提供舒适的病房环境。
现场总线在列车控制网络中的应用与发展现场总线技术作为信息传输和通信的一种重要方式,在各个领域得到了广泛的应用。
在列车控制网络领域,现场总线技术同样发挥了重要的作用。
本文将探讨现场总线在列车控制网络中的应用与发展,并分析其带来的优势和挑战。
1. 现场总线技术概述现场总线技术是指通过一根通信线缆将各个传感器、执行器等设备与控制器连接在一起,实现数据的传输和通信。
它采用了分布式控制的思想,将系统的控制节点分布在各个设备上,从而实现了系统的高度灵活性和可靠性。
2. 现场总线在列车控制网络中的应用2.1 列车传感器网络现场总线技术可以连接列车上各种传感器,如温度传感器、压力传感器和速度传感器等。
通过实时采集和传输传感器数据,可以监控列车的各项参数,并及时进行故障诊断和维护。
这对于提高列车的安全性和可靠性具有重要意义。
2.2 列车执行器网络现场总线技术可以连接列车上的执行器,如驱动器和制动器等。
通过实时传输控制指令,可以实现对列车的精确控制和调节。
例如,在紧急情况下,可通过现场总线迅速刹车,确保列车安全停车。
2.3 列车通信网络现场总线技术可以用作列车内部的通信网络,实现各个设备之间的数据交换和共享。
通过现场总线技术,不仅可以实现列车的自动控制,还可以支持乘客信息系统、视频监控系统等功能的实现。
3. 现场总线在列车控制网络中的发展趋势3.1 高速传输随着列车控制网络对数据传输速度的要求越来越高,现场总线技术也在努力提高其传输速度。
例如,采用更高的通信频率和更快的数据传输协议,以满足对实时性的要求。
3.2 大容量支持随着列车控制网络中设备数量的增加,对现场总线技术的容量支持提出了更高的要求。
因此,现场总线技术需要能够支持更大的节点数量和更大的数据传输量。
3.3 高可靠性列车控制网络中对数据的传输可靠性要求非常高。
因此,现场总线技术需要提供更好的纠错和冗余机制,以保证数据的可靠传输和处理。
4. 现场总线应用的优势和挑战4.1 优势现场总线技术可以实现列车控制网络的高度集成和自动化。
工业现场总线技术现场总线技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术。
这是一次工业现场级设备通信的数字化革命。
现场总线技术可用一条电缆将现场设备(智能化、带有通信接口)连接,使用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号,完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。
传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的4-20mA/24VDC信号,信息量有限,难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交接,使自控系统成为工厂中的“信息孤岛”,严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。
基于现场总线的自动监控系统采用计算机数字化通信技术,使自控系统与设备加入工厂信息网络,成为企业信息网络底层,使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。
在CIMS系统中,现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸,是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。
现场总线技术可概括如下:1.制定出国际现场总线通信及技术标准。
2.自动化厂商按照标准生产各种自动化类产品,包括控制器、传感器、执行机构、驱动装置及控制软件。
3.实际应用中,使用一根通信电缆,将所有现场设备连接到控制器,形成设备及车间级的数字化通信网络。
在现场级(Field Level),即金字塔形的自动化层次模型的最底层所进行的串行数据传输通讯系统称为现场总线系统(Fieldbus Systems)。
基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点:1.增强了现场级信息集成能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息,能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。
现场总线是数字化通信网络,它不单纯取代4-20mA信号,还可实现设备状态、故障、参数信息传送。
系统除完成远程控制,还可完成远程参数化工作。
2.开放式、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一总线标准,就具有互操作性、互换性,因此设备具有很好的可集成性。
系统为开放式,允许其它厂商将自已专长的控制技术,如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去,因此,市场上将有许多面向行业特点的监控系统。