综合自动化系统现场总线结构的分析

现场总线和工业以太网周黎辉，华北电力大学自动化系一、什么是现场总线二、现场总线的技术特点与优点三、现场总线的产生与发展趋势四、以太网与工业控制网络五、工业以太网现场总线和工业以太网周黎辉，华北电力大学自动化系

什么是现场总线

现场总线是应用在生产现场、连

接智能现场设备和自动化测量控

制系统的数字式、双向传输、多

分支结构的通信网络现场总线和工业以太网周黎辉，华北电力大学自动化系

现场总线是通信网络

位于生产控制现场和网络结构的底层

现场总线是低带宽的控制网络

它与上层的Internet、企业内部网

Intranet相连

构成企业综合自动化的通信网络平台现场总线和工业以太网周黎辉，华北电力大学自动化系

现场总线对控制系统带来的革命

基地式仪表控制系统

单元组合式模拟仪表控制系统

集中式数字控制系统

集散控制系统DCS、PLC

基于现场总线的分散控制系统现场总线和工业以太网周黎辉，华北电力大学自动化系

各阶段测控仪表能力指数

现场总线

开放标准数字

DCS

电动单元

气动、模拟模拟

按回路运行按过程运行过程优化管控一体化

五十年代1960 1980 1998数字/模拟混合测控能力指数现场总线和工业以太网周黎辉，华北电力大学自动化系

与一般通信技术的区别

一般通信技术只是能实现信息的传输

现场总线是一种控制系统框架

一种全新的控制系统结构，即：

现场总线还包括网络上的所有设备能够进行信息互

访与互换

总线上的设备之间能够进行互操作和系统集成现场总线和工业以太网周黎辉，华北电力大学自动化系

现场总控制系统FCS

采用开放式数字通信网络

突破传统DCS中的专用通信网络结构

网络集成的测量控制系统

单个分散的测量控制设备变成网络节点

现场总线为纽带

构成共同完成任务的网络系统与控制系统实现现场测量控制设备之间的信息共享

返回本章首页现场总线和工业以太网周黎辉，华北电力大学自动化系2.1 FCS的结构特点

Multi-ControllersAOPIDAI

南瑞NS2000

变电所综合自动化系统结构功能分析

学生姓名：杨正浩

学生学号：100223187

所在班级：城轨供电10A2

南瑞NS2000变电所综合自动化系统

（一）NS2000系统构成

NS2000变电所综合自动化系统是分散分布式网络结构，系统分为两层：变电层和间隔层。

变电所层之间通过以太网或CANBUS网络（通用电气）相连，典型系统结构如下图所示。

1.变电所层

NS2000系统的变电所层是按功能分布设计的，它提供变电所设备的状态监视、控制、

信息记录与分析等功能，并对所内保护及自动化装置监控。变电所设备包括NS2000计算机

监控和NS2000通信控制器。

NS2000计算机监控系统由主机、操作员工作站、工程师工作站、远动工作站等部分构

成。变电所计算机监控系统通过组态完成不同的功能配置，当系统规模较小时，系统可以是

一台PC机，监控系统的信系可以直接从间隔层设备获得；当系统规模较大或者为超高压变

电所时，可以是多台PC机，监控系统的信息也可通过NS2000系统通信控制器获得。

NS2000系列通信控制器试点所综合自动化系统的信息中心，其主要作用是通信控制器规

约转换。对变电所内各种各设备的信息进行采集处理，形成标准的信息，通过数据通道传送

到数控或调度中心。NS2000可实现单机和双机冗余两种配置方式，双机运行时，两台通信

控制器互为热备用，相互监视，自动切换，可靠性较高。

2. 间隔层

NS2000系统的间隔层设备按间隔分散配置，可在开关场就地安装，减少大量的二次电缆。

各间隔相互独立，仅通过通信网互联，并同变电所层设备通信，取消了变电所传统方式大量

引入主控室的信号、测量、保护、控制等使用的电缆，不仅节省投资，而且大大的提高了系

统的可靠性。

NS2000系统间隔层设备包括各间隔电气设备的测控装置（NSD500）、保护装置或保护

监控一体化装置。当保护装置较多时，保护装置可以通过保护管理机与网络连接。

什么是现场总线？

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（DistributedControlSystemDCS）走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统（FieldbusControlSystem,FCS），被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。

现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种工业控制技术。通俗地讲，现场总线就是用在现场的总线技术，和计算机内部的总线概念一样，但是由于现场的特殊环境（如温度，安装条件，干扰等等），不同于计算机通常用于室内，为了区别，所以我们把这种总线称为现场总线。

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。

现场总线被誉为自动化领域的计算机局域网

1．1、现场总线的特点

根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会(ISA)对现场总线的定义：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。

SP50委员会提出的两种现场总线结构模型是：

●星型总线用短距离、廉价、低速率电缆取代模拟信号传输线

●总线型总线数据传输距离长、速率高，采用点对点、点对多点和广播式通信方式

2．2、现场总线技术特征

现场总线完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，具有以下几项技术特征。

现场总线考点

1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？

大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。

2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？

包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分

3.现场总线的基本定义？

现场总线：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备与高层设备之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。5.现场总线控制系统的技术特点。

1）开放性；2）全数字化；3）双向通信；4）互可操作性与互用性；5）现场设备的智能化与功能自治性；6）系统结构的高度分散性7）对现场环境的适应性

6. FCS相对于DCS具有哪些优越性？

1）FCS实现全数字化通信2）FCS实现彻底的全分散式控制3）FCS实现不同厂商产品互联、互操作4）FCS增强系统的可靠性、可维护性5）FCS降低系统工程成本

7.分析现场总线的现状，展望其发展前景。

组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。

硬件组态：根据系统的规模及控制要求进行硬件的选择，主要包括通信系统的选择、人机接口的选择、过程接口的选择、集散控制系统与PLC及上位机的通信接口的选择、电源系统的选择、上位机与可编程逻辑控制器的选择、集散控制系统控制单元的选择等。

软件组态：在系统硬件和系统软件的基础上，将系统提供的功能块用软件组态的方式连接起来，以达到过程控制的目的。

第二章数据通信基础与网络互联 1.何谓现场总线的主设备、从设备？

可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”，又称命令者。不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备，也称基本设备。

2.总线操作过程的内容是什么？

总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”，或者叫做一次总线操作。