DCS及现场总线技术_第2章[1]

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篇一：DCS技术和现场总线DCS技术和现场总线DCS及现场总线技术是由计算机、信号处理、测量控制、网络通信和人机接口等技术综合产生的一门应用技术。

DCS即所谓分布式控制系统，或称之为集散系统，是相对于集中控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

1995年国际标准化组织（ISO）定义：DCS 系统式一类满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化角度出发，按功能集散，管理集中的原则构思，具有高度可靠性指标，将微处理技术、数字通讯技术、人机接口技术相结合，用于采集、过程控制和生产管理的综合控制系统。

生产发展的需要，电子技术、计算机技术的发展，最早的基于大型机的直接数字控制技术即DDC技术，集中管理，集中控制，这些都促进了DCS技术的发展。

DCS具有如下特点：1.相同或类似的结构。

2.分级递阶结构。

3.计算机技术的应用。

4.丰富的功能软件包。

5.强有力友好的操作界面。

6.高可靠性的技术。

DCS自70年代问世以来，很多公司各自推出了不同设计、风格各异的即使是同一厂家，范文TOP100其早期产品和近期产品也有不少的差异。

但是，尽管种种的DCS千差万别，其核心却基本上是一致的，我们可以简单的将其归纳为“三点一线”式的结构。

“一线”是指DCS的骨架计算机网络，“三点”则是指连接在网络上的3个不同类型的节点。

这3种不同类型的节点是：面向被控制过程现场的IO控制站；面向操作人员的控制站；面向DCS监督管理人员的工程师站。

DCS主要的基本组成部分如下：的系统网络SNET用于DCS的计算机网络很多方面的要求不同于通用的计算机网络。

它是一个实时网络，也就是说，网络需要根据现场通信的实时性的要求，在确定的时限内完成信息的传送。

2.现场IO控制站现场IO控制站是完成对过程现场IO处理并实现直接数字控制（DDC）的网络节点。

特征
信息量大、易操作、容错性好等。
组成：由操作站、管理机和外部设备（如打印机）等组 成，相当于车间操作管理级和全厂优化及调度管理级， 实现人机接口。
1.2.1 DCS的结构
3.通信系统部分
连接分散过程控制装置以及集中操作和管理系统等 进行信息交换和数据共享的计算机通信网络，是DCS 控制系统的中枢。
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RS232/485）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。
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
1.1 自动控制系统的发展及体系结构
(4)现场总线控制系统Fieldbus Control System
操作站
通信接口
现场总线
监控网络
通信接口 现场总线接口
控制回路
1.1 自动控制系统的发展及体系结构
(4)现场总线控制系统Fieldbus Control System
FCS的新特征 FCS用现场总线替代DCS中的I/O总线，并且直接用
于生产现场； FCS用现场总线数字仪表替代DCS中的现场模拟仪表，
实现更复杂的功能。
1.1 自动控制系统的发展及体系结构
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24VDC开关量信号，并以此监控现场设备。 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。

二、几种典型的现场总线介绍
WorldFIP 传输媒体可以是屏蔽双绞线或光纤。 传输速率为： 31.25K bps用于过程控制；1M bps 用于加工制造系统；2.5M bps用于驱动系统。 标准速率为1M bps，使用光纤时最高速率可达5M bps。 目前WorldFIP的总线产品有法国Schneider公司的 Modicon-TBXplc系统；ALSTHOM公司的S－900 SCADA系统等。
二、几种典型的现场总线介绍
PROFIBUS现场总线 PROFIBUS有三个部分组成：
PROFIBUS-FMS（Field Message Specification）：主要 是用来解决车间级通用性通讯任务。可用于大范围和复杂的 通讯。总线周期一般小于100ms。 PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）：经过优化的 高速和便宜的通信总线，它的设计是专门为自动控制系统与 分散的I/O设备级之间进行通信使用的。总线周期一般小于 10ms。 PROFIBUS-PA（Process Automation）：专门为过程自 动化设计的，它可使传感器和执行器按在一根共用的总线 上，甚至在本质安全领域也可接上。根据IEC1158－2标 准，PROFIBUS-PA用双绞线进行总线供电和数据通信。
第一章 现场总线技术概述
主要内容
第一节 现场总线的产生 第二节 现场总线的概念及分类 第三节 现场总线的特点和优点 第四节 现场总线标准的制定 第五节 现场总线的现状
第一节 现场总线的产生
在过程控制领域： 从20世纪50年代至今的信号标准：4-2OmA （0-5V）的 模拟信号。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，进行 集中式控制处理。 20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，嵌入到 各种仪器设备，形成分布式(DCS)控制系统。

DCS与现场总线综述 DeviceNet现场总线数据的分析摘要：随着科技的进步、生产力的发展和信息时代的来临，社会对工业生产的需求变得日益迫切。

集散控制系统以其可靠、灵活、低成本、可适应性强等特点成为了工业控制领域占有主导地位的系统，已被广泛应用于化工、电力、石油、造纸等行业。

集散控制系统的发展经历了三个阶段，它是控制技术发展的一个里程碑。

现场总线自诞生以来一直受到国内外业界人士和企业的关注和重视，它为自动控制领域的变革带来了又一次飞跃。

现场总线所遵循的国际统一协议标准使得它在集散控制系统的基础之上发挥了强大的功能。

关键词： DCS；现场总线；DeviceNet现场总线数据；前言：DeviceNet是基于协议研制开发的现场总线。

由于采用了许多新技术及独特设计，如生产者／消费者的网络通信模式和非破坏性逐位仲裁技术等，与一般的通信总线相比，DeviceNet具有突出的可靠性、实时性和灵活性，特别适用于制造业、工业控制和电力系统等应用。

尤其是DeviceNet协议的开放性为研究DeviceNet协议和开发DeviceNet节点产品提供了条件。

然而目前对协议的研究还一直停留在理论层面，缺少相应的实验辅助手段，节点产品的开发也缺乏有力支持。

一、现场总线优势(1)微处理器的多种运算和故障诊断功能丰富了现场仪表的功能，提高了测量精度和传输过程中的抗干扰能力：(2)将原来由各种I／O单元和控制器来完成的功能交由每个现场仪表来完成，从而形成真正的分布式控制系统，实现控制风险的分散化。

(3)现场总线的数字通信功能使每个现场仪表通过底层现场总线网络将自身运行状况的诊断信息向上传递给控制系统的上层，同时还可以接受上层数字控制系统向其发送的信息，仪表可以和数字控制系统直接进行数字信号的传送，增加信息流通能力，提高信息的准确性，给系统的日常维护带来了方便。

(4)由于现场总线式现场仪表是按照国际统一的标准设计制造，它的通信协议一致公开，各个不同厂家的设备之间可实现信息交换，从而使用户在系统设计时可以选用最适于自己要求的产品来构建系统，提高了灵活性。