现场总线课件第1章(免费阅读).ppt

1.1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 （1-5V）的模拟信号; 气动仪表压力信号：20—100KPa。 过去还有0-20mA,0-10mA.0-10V,0-5V等信号，现在逐渐被淘汰，采用上述3种信号. 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，形成分布式控制系统。 1.现场总线技术的产生和发展 1.1 控制系统的发展 ? 基地式气动仪表控制系统 ? 电动单元组合式模拟仪表控制系统 ? 集中式数字控制系统 ? 集散式控制系统（DCS） ? 现场总线控制系统（FCS） 随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能的智能设备。一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图等功能。 通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开始得到广泛应用。与此同时，基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记录、环境监视需求的增加，都要求仪表能在当地处理信息，并在必要时允许被管理和访问，这些也使现场仪表与上级控制系统的通信量大增。 从实际应用性能的角度出发，控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。由此，导致了现场总线的产生。 进人20世纪90年代，工业生产的规模越来越大，生产的过程也日益强化;并且人们对环境保护和生产安全的意识也更加提高，国家也制订了与之有关的规程或法令。此外，随着经济的国际化，企业之间的竞争不可避免，这就迫使企业的生产向着稳产、高效、优质、低耗、节能、环保与安全的方向发展。因此对生产过程进行检测与控制的点数与质量要求也越来越高。以钢铁企业为例，4000立方米以上的大型炼铁高炉，其检测点已在5000以上。随着测点的增加，所需的控制电缆数势必随之增涨，以发电量为30万kW的电站为例，其所需的电缆长度达5OOkm以上，试想在电站的锅炉房内，空间有限，已密布着各种水、蒸汽、空气与燃料的管道，还要布置如此众多的电缆，不仅给工程设计带来了困难，而且对安装及维修也带来了极大的不便，而更重要的是如此大量的信息通道涌向DCS的人口，不可避免地出现了“瓶颈”堵塞的现象，严重地威胁着DCS的正常运行。因此，寻求现场仪表的数字化、智能化，使大量的一般控制功能下放到现场去解决，以减少主机的负担；同时通向控制室的电缆数量也要求减少。 1.2 现场总线的概念及分类 一、现场总线的定义(四种) 用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化的、双向、多站的通信系统； 广义上是控制系统与现场检测仪表、执行装置进行双向数字通信的串行总线系统； 基于智能化仪表及现场总线的控制系统FCS； 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、数字式的数据交换的通信技术。 1.3 现场总线的分类 1、按照长度分类: （1）毫米级：芯片内总线 （2）厘米级：芯片间总线、元件总线 （3）分米级：机箱内总线（Multi-bus、STD、PCL、 ISA、PCI等） （4）十米级：机柜间总线（RS232、GPIB、VME、VXI 等） （5）千米级：现场总线（FF、Profibus 、Lonworks 等） 2、按照数据通信宽度分类 （1）传感器现场总线（数据宽度为位）： 适用于简单的开关装置和输入输出位的通信：Seriplex总线、AS-i总线等。 （2）装置现场总线（数据宽度为字节）： 适用于以字节为单位的装置类通信：Interbus总线、DriveNET总线和CAN总线等。 （3）全服务的现场总线（数据宽度为数据流或模块Block）： 以报文通信为主，除了对装置进行读取数据外，还包括一些对装置的操作和控制功能：FF总线、Lonworks总线、Hart总线等。 3、按照应用行业分类 （1）过程控制（连续生产过程）：FF的HI、Profibus-PA等 （2）离散控制：Profibus-DP、Device-NET等 （3）楼宇自动化：Lonworks 、Bacnet 、EIB等 （4）车辆制造业：CAN等 （5）飞机制造业：SwiftNet等 （6）农业及养殖业：P-Net等 1.4 现场总线的本质 （1）现场通信网络 用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通信网络。 （2）现场设备互连 传感器、变送器和执