以现场总线为基础的工业控制网络.pptVIP

第9章 以现场总线为基础的工业控制网络 主要内容 9.1 控制系统的网络化发展 9.2 FCS概述 9.3 FCS技术的主要内容 9.4 计算机控制系统设计 9.5 现场总线控制系统设计 9.6 现场总线控制系统（FCS）应用实例 9.1 控制系统的网络化发展 9.1.1 计算机控制系统的发展回顾 20世纪60年代，数字计算机进入控制领域，产生了第一代集中计算机控制系统（CCS, Computor Control System），如图所示。 9.1 控制系统的网络化发展 人们利用微处理器和一些外围电路构成了数字式仪表以取代模拟仪表，这种控制方式也被称为直接数字控制系统（DDC，Direct Digital Cotrol），该控制方式提高了系统的控制精度和控制的灵活性，而且在多回路的巡回采样及控制中具有传统模拟仪表无法比拟的性能价格比。 在CCS中，数字计算机取代了传统的模拟仪表，从而能够使用更为先进的控制技术，例如复杂控制算法和协调控制。从而使自动控制发生了质的飞跃。 但是CCS在集中控制的同时也集中了危险，系统可靠性很低。由于只有一个CPU工作，实时性差。系统越大，上述缺点越突出。 9.1 控制系统的网络化发展 第二代计算机控制系统是七十年代出现的分级计算机控制系统。七十年代中期出现的分散型控制系统（也称集散控制系统，DCS，Distributed Control System）也属于分级计算机控制系统。 9.1 控制系统的网络化发展 典型的DCS可分为操作站级、过程控制级和现场仪表三级。这种控制系统的特点是“集中管理，分散控制”。其基本控制功能在过程控制级中，工作站级的主要作用是监督管理。分散控制使得系统由于某个局部的不可靠而造成对整个系统的损害降到很低的程度，加之各种软硬件技术不断走向成熟，极大地提高了整个系统的可靠性，因而迅速成为工业自动控制系统的主流。 90年代DCS正处于鼎盛时期，我国冶金、石化、发电厂等企业中，大量使用了外国公司（如横河、罗斯蒙特、贝利等）的DCS。表9―1、表9―2中所列为一些典型产品。 9.1 控制系统的网络化发展 表9―1 国外DCS系统典型产品 9.1 控制系统的网络化发展 9.1 控制系统的网络化发展 表9―2 部分国产DCS系统 9.1 控制系统的网络化发展 DCS的缺点 它是一种数字-模拟混合系统 各厂家的DCS自成标准，不能互换， DCS不具备开放性，布线复杂，费用高。 9.2 FCS概述 9.2.1 基本概念 现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System）被誉为新一代控制系统。它采用了基于公开化、标准化的开放式解决方案，实现了真正的全分布式结构，将控制功能下放到现场，使控制系统更加趋向于分布化、扁平化、网络化、集成化和智能化。下图是两种控制模式的比较。 9.2 FCS概述 9.2.2 FCS的分类 现场总线控制系统FCS根据应用领域的不同，可以分为五大类： ① 数字控制（Numerical Control） ② 机器人控制（Robotics） ③ 物料经营控制（Materials Handing Control） ④ 批量过程控制（Batch Process Control） ⑤ 连续过程控制（Continuous Process Control） FCS在制造领域 、物业领域 、过程领域得到广泛的应用。 9.2 FCS概述 9.2.3现场总线控制系统的体系结构 现场总线控制系统的体系结构如图所示。 9.2 FCS概述 与传统的集散控制系统相比，现场总线控制系统有两个新特征： 1．现场总线控制系统是将传统集散控制系统中的控制器、I/O卡及模拟信号传输线四部分用统一标准的现场总线来替代，减少了层次传递，使控制系统的结构更趋于扁平化。 2．现场总线控制系统用智能现场仪表替代传统集散系统中的模拟现场仪表，其智能体现在：变送器不仅仅具有信号变换、补偿、累加功能，而且具有诸如PID等运算控制功能；执行器不仅具有驱动和调节功能，而且有特性补偿、自校验和自诊断功能。 9.2 FCS概述 9.2.4 现场总线控制系统的技术特点 (1）系统的开放性。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可互联为系统并实现信息交换。 （2）互可操作性与互用性。 互可操作性，是指实现互联设备间、系统间的信息传送与沟通； 互用则意味着对不同生产厂家的性能类似的设备可进行更换而实现相互替换。 9.2 FCS概述 （3）现场设备的智能化与功能自治性。 将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。 （4）系统结构