戴瑜兴《建筑智能化系统工程设计》3 第三章 现场总线技术及其应用.pptVIP

第三章 现场总线技术及其应用 现场总线技术(fieldbus)是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络，它是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通信为主要内容的综合技术，己受到世界范围的关注而成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 通常将用于楼宇自动化领域的现场总线，如LonWorks、EIB、CAN、BACnet、DeviceNet、Modbus等总线，称之为建筑电气总线。 3.1 概述 3.1.1 现场总线的演变过程 20世纪70年代以前，控制系统中多采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递。由于其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。 70年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统，控制效果得到提高，但是尽管如此，还是属于集中式控制系统。 20世纪80年代初期，计算机和微处理器有了突破性的发展，产生了直接数字技术（Direct Digital Control，DDC）技术。随后在计算机网络技术的带动下，产生了各种以DDC技术为基础的集散控制系统（Distributed Control System，DCS）。 随着控制技术、计算机网络技术和通信技术的成熟和发展，数字化作为一种趋势正在从工业生产过程的决策层、管理层、监控层和控制层一直渗透到现场设备。从而形成了新型的网络集成式全分布控制系统棗现场总线控制系统FCS（Fieldbus control system）。 3.1.2 现场总线技术的技术特点 1. 现场总线是开放互连网络 2. 现场总线是现场通信网络 3. 现场总线是数字通信网络 4. 现场总线是现场设备互连网络 5. 现场设备的互操作性与互用性 6. 现场总线是结构和功能高度分散的系统 7. 对现场环境的适应性 3.1.3 现场总线技术的优点 现场总线具有的数字化、开放性、分散性、互操作性和互换性及对现场设备环境的适应性等特点决定和派生了其一系列优点： 1.节省硬件数量与投资 2.节省安装费用 3.节省维护开销 4．系统具有优异的远程监控功能和强大的（远程）故障诊断功能 5．用户具有高度的系统集成主动权 6．现场设备更换和系统扩展更为方便 7．提高系统的准确性与可靠性 8．易于系统调整 9．为企业信息系统的构建创造了重要条件 3.1.4 现场总线技术的网络结构 现场总线是控制(Control)技术、计算机(Computer)与通信(Communication)（即3C技术）发展汇聚的结果。 现场总线的网络拓扑结构有点对点方式、树型方式、带桥方式3种。 其结构如图3-1所示。 图3-1 现场总线的几种连接方式 1. 点对点方式 每个现场仪表，包括智能变送器、支持维护的装置及手持通信器等，单独接到低速(31.25kbps)现场总线H1上，用于现场仪表比较分散或传输信息量大的场合，接法与4~20mA接线方式相似。 2. 树形方式 几个现场仪表，一般按地理区域进行集中，接到一根摼植吭诵袛 的现场总线上，然后再引到控制室中去。 3. 带桥方式 接到低速总线H1上的现场设备，通过撉艛和多路转换器合并接到高速总线H2上，然后再接到控制室中去。 3.1.5 现场总线的通信模型 现场总线网络互连模型既参照ISO／OSI模型（如图3-2所示），又具有自己的特点。协议是分层的，但层次之间的调用关系不一定象OSI那样严格，层次也可简化，以提高协议的工作效率；既要遵循OSI模型体系结构原则，又要考虑FCS的特点，满足FCS的特殊要求；在现场总线参数模型中，既遵循开放系统集成的原则，又充分体现FCS的特点和特殊要求。 应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 1 2 3 4 5 6 7 7 1 3 6 5 4 2 总线访问子层 物理层 应用层 数据链路层 图3.3 典型的现场总线协议模型 图3.2 ISO/OSI模型 典型的现场总线协议模型（见图3-3）采用OSI模型中的三个典型层：物理层、数据链路层和应用层，在省去3～6层后，考虑到现场总线的通讯特点，设置一个现场总线访问子层。它具有结构简单、执行协议直观、价格低廉等优点，也满足工业现场应用的性能要求。与OSI参考模型的相应层次相比，现场总线标准的物理层、数据链路层与