本科生讲座——现场总线及其控制系统.ppt

现场总线、工业以太网与EPA 金 建 祥 浙江大学教授、浙大中控总工程师 报告提纲 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、工业以太网与EPA 六、结束语 一、什么是现场总线 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 FCS是新一代控制系统 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 现场总线系统 各阶段测控仪表能力指数 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： 现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System)代替传统控制系统DCS 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 现场总线控制系统FCS 采用开放式数字通信网络 突破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 二、现场总线的技术特点与优点 2.1 FCS的结构特点 2.2 现场总线系统的技术特点 全数字通信 多分支结构 系统的开放性 互可操作性和互用性 现场设备的智能化与功能自治性 系统结构的高度分散性 对现场环境的高度适应性 全数字通信 抗干扰能力和鲁棒性都比较高，传输精度也得到显著提高 信号的检错、纠错机制得以实现 可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈 现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央控制器等。 设备状态可控 操作员在控制室即可了解现场设备或现场仪表的工作状况 可对现场设备进行工艺参数调整、零点量程调校、组态信息调整等 通过对现场设备状态趋势分析预测故障 发生故障时能及时找到故障点，及时替换新的设备，即：现场设备始终处于操作员的远程监视与可控状态，提高了系统的可靠性和可维护性。 一对多的总线型结构 现场总线是多分支结构，其网络拓扑可为总线型、星型、树形等多种形式，以总线型为主。 传统控制系统中设备的连接都是一对一的 布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便 很强的系统扩展性 主机能自动识别设备的增加或删减 无需架设新的线缆 无需系统停机 互换与互可操作 不同设备间，除了能实现信息互访外，还能理解信息的含义，并能根据信息要求进行操作 不同厂家的相同类型的设备可以互相替换 可统一组态，无需专用的驱动程序 解决了设备的垄断性和产品故障处理的时效性 为系统集成的自主性提供了产品保障 用户可选择性价比高的产品 现场设备的智能化和综合功能 测量，包括多变量测量与处理 多参数补偿 工程量处理 设备自诊断 设备状态的控制 控制算法可在现场设备中实现 根据远程命令进行仪表调校 ——集多种功能于一身，一表多用 分散控制 开放式系统 通信协议完全公开，任何人、任何单位均可采用 不同厂家的设备遵守相同的技术规范 不同厂家的设备可实现信息互访（即互操作） 用户可按需要，选用不同厂家的现场总线设备 不同设备之间可实现资源共享 与其他网络（如互联网）相联，可实现网络与数据库共享 对环境的高度适应 专为现场环境设计 可支持多种传输介质 双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等 可两线制供电 支持本质安全与防爆 2.3 现场总线带来的益处 节省硬件数量与投资 节省安装费用 节省维护开销 用户具有系统集成自主权 提高了系统的准确性和可靠性 用户具有系统集成的主动权 无需专用的驱动程序 不必为传输协议的不兼容而一筹莫展 不必为接口的不公开而担心系统的扩展和集成 不必被某一品牌的产品所“框死” 可以选择性价比高、服务质量好的产品 用户是真正的“上帝”，拥有真正的选择主动权 三、现场总线的产生与发展趋势 现场总线技术产生的背景 现场总线技术产生于二十世纪八十年代 是为满足日益急迫的企业综合自动化的需求 开放性 通用性 可靠性 智能仪表为现场总线的出现奠定了基础 现场总线的产生 成为控制领域的研究方向 现场总线研究开发之热始于20世纪90年代中期 信息时代各项技术发展对测控系统提出的要求 计算机技术 网络与通信技术 自动控制技术 网络化、信息化给自控技术的发展提供的机遇 各国投入巨额资金与人力在开发这一技术，形成了企业、