授课讲义(研究生课程：现代电力系统现场总线控制)精选.pdfVIP

研究生课程 “现代电力系统现场总线控制” 授课报告 学 科： 电气工程 授 课 教 师： 李文华 I 目 录 1 现场总线技术研究概况及发展趋势1 1.1 现场总线的产生 1 1.2 现场总线的国际标准 3 1.3 现场总线的国家标准和行业标准 5 1.4 几种流行的现场总线简介 5 1.5 现场总线的发展趋势7 2 总线技术在电力系统的应用与发展9 2.1 工业现场总线技术9 2.2 工业以太网技术9 1 现场总线技术研究概况及发展趋势 现场总线是 3C 技术(计算机、通信、控制) 的融合。简单地概括现场总线技术的特 点：信号传输全数字、控制功能全分散、标准统一全开放。现场总线是低带宽的底层控 制网络，以此为纽带，进一步构造了新型的、开放的自动化系统。它可与因特网(Internet) 以及企业内联网(Intranet)相连，且位于生产控制和网络结构的底层，因而又称之为底层 网(Infranet ，也称为基础网) 。 1984 年，现场总线的概念得到正式提出。国际电工委员会 IEC （International Electrotechnical Commission ）对现场总线 （Fieldbu s ）的定义为：现场总线是一种应用 于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串行、多节点的数 字通信网络。 现场总线与工厂现场设备直接连接，一方面将现场测量控制设备互连为通信网络， 实现不同网段、不同现场通信设备间的信息共享；同时又将现场运行的各种信息传送到 远离现场的控制室，并进一步实现与操作终端、上层控制管理网络的连接和信息共享。 在把一个现场设备的运行参数、状态以及故障信息等送往控制室的同时，又将各种控制、 维护、组态命令，乃至现场设备的工作电源等送往各相关的现场设备，沟通了生产过程 现场级控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。 1.1 现场总线的产生 20 世纪60 年代，过程控制的体系结构是基于4~20 mA 的模拟标准信号，出现了 模拟式电子仪表与电动单元组合的自动控制系统。后来到了20 世纪70 年代，人们在测 量、模拟和逻辑控制领域率先使用了电子数字计算机，从而产生了集中式数字控制 （又 称直接数字控制，Direct Digital Control——DDC ），简称集中控制。集中控制以一台控 制器为中心，通过扩展的I ／O 接口实现各个传感器、执行器之间的通信。当然控制器 最早采用个人计算机或通用的工业控制计算机，后来随着可编程序[逻辑]控制器 （Programmable Logic Control—PLC ），以及使用单片机作为控制器。其扩展的I/O 接口 模板按所适用总线分成不同的系列，从最初的S— 100 总线、PC 总线到后来被广泛采用 的STD 总线和Mu ltibu s 等。集中控制在控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模 拟仪表控制系统中模拟信号精度低、易受干扰的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。它的 主要缺点是对控制器要求很高，并且一旦控制器瘫痪，会导致整个系统不能工作。 集散控制系统(Distributed Control System —DCS) ，又称为分散控制系统，最早出现 于20 世纪70 年代后期，在20 世纪80 年代以后占据主导地位。其核心思想是集中管理、 分散控制，即管理与控制相分离，把上位机控制站用于集中监视管理，而把若干台下位 机下放到现场实现分布式控制，上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传 第 1 页 递。因此，这种分布式的控制系统克服了集中控制对控制器处理能力和可靠性要求高的 缺陷。但是，它也有自身难以克服的缺点。首先，不同的D