现场总线讲解选读.ppt

1.什么是现场总线 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。  2.现场总线的由来 集散控制系统DCS（distributed control system） 随着生产规模的扩大，操作人员需要综合掌握多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单元组合式仪表，出现了集中控制室。 生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如0.02～0.1MPa的气压信号，0～10mA、4～20mA的直流电流信号，1～5V直流电压信号等，送往集中控制室。 由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢，提高计算速度与精度的开销、难度都较大，信号传输的抗干扰能力也较差，人们开始寻求用数字信号取代模拟信号，出现了直接数字控制。 但是，在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系统早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。 新型的现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能； 同时把DCS集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。 智能仪表为现场总线的出现奠定了基础 1983年，Honeywell推出了智能化仪表——Smar变送器，这些带有微处理器芯片的仪表除了在原有模拟仪表的基础上增加了复杂的计算功能之外，还在输出的4～20mA直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接由模拟信号过渡到了数字信号。 现场总线之所以具有较高的测控能力指数，一是得益于仪表的微机化，二是得益于设备的通信功能。 把微处理器置入现场自控设备、使设备具有数字计算和数字通信能力，一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容，实现其远程传送创造了条件。 伴随着控制系统结构与测控仪表的更新换代，系统的功能、性能也在不断完善与发展，图4-1为各阶段测控仪表能力指数示意图。 它表明，测量控制系统从早期基地式模拟仪表只能实现单点、单控制回路的测控功能开始，逐渐发展到按装置或过程的多回路、多变量集中监控，整个装置或车间的优化控制，以致实现生产过程的控制与管理一体化。 每一代更新都带来能力指数的跃变，同时随着工具与功能开发的不断完善，每一代系统的测控能力指数会按各自的增长速率不断升高，为生产过程的控制与管理提供更为完善的服务，带来更大的经济效益。这里，图4-1中对能力指数的描述在数值上并不精确，不过是一种示意性的表达而已。 4 几种有影响的现场总线技术 自80年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的应用领域显示了自己的优势。它们具有各自的特点，也显示了较强的生命力。对现场总线技术的发展已经发挥并将会继续发挥较大作用。 (1)基金会现场总线 基金会现场总线(FF，Foundation Fieldbus)是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。 其前身是以美国Fisher—Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WorldFIP协议。 屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。 H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m(可加中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。 H2的传输速率可为1Mbps和2．5Mbps两种，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IECll58—2标准。 其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。 本质安全型电气设备的原理： 通过选择电气设备电路的各种参数或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下，产生的电火花的热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆。 这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是安全的，故称为本质安全型（本安型）。 基金会现场总线的主要技术内容，包括： FF通信协议； 用于完成开放互连模型中第2～7层通信协议的通信栈(Communication Stack)；