计算机控制技术 第10章 现场总线控制系统.pptVIP

第10章现场总线控制系统 主要内容 现场总线技术及其通信模型 现场总线控制系统及其结构 现场总线控制系统的特点 现场总线控制系统的应用 10.1 概述 现场总线是在20世纪80年代中期发展起来的。随着微处理器和计算机功能不断增强和价格的降低，计算机和网络系统得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，采用一对一设备连线，用电压、电流的模拟信号进行测量控制等，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，容易使自动化系统成为“信息孤岛”。现场总线正是为实现整个企业的信息集成，实施综合自动化而开发的一种通信系统，它是开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。基于现场总线技术构建的控制系统称为现场总线控制系统（Fieldbus Control System，简称FCS）。 现场总线控制系统 10.1 概述 FCS是将挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及管控一体化的综合自动化功能。 这是继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、集散控制系统后的新一代控制系统。 作为新一代控制系统，一方面FCS突破了DCS采用专用通信网络的局限，采用了基于开放式、标准化的通信技术，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面FCS进一步变革了DCS中“集散”系统结构，形成了全分布式系统架构，把控制功能彻底下放到现场。 10.2 现场总线及其通信模型 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。 （1） 现场总线国际标准 在现场总线开发和研究过程中，出现了多种总线标准，它们的结构、特性各异，通信协议也不相同，都有自己特定的应用背景和市场竞争力。但是既然现场总线是开放的，应该有一个统一的国际标准，只有大家都遵守相同的标准，现场总线才能发挥其优越性，得到健康、快速的发展。 10.2 现场总线及其通信模型 （1） 现场总线国际标准 早在1984年，国际电工委员会（IEC），便成立IEC/TC65/SC65C/WG6工作组，起草现场总线标准，但是由于各大集团公司从自身的利益出发参与讨论，意见难以统一，工作进展缓慢。经过长期争论和反复修改，直到1993年，现场总线的物理层规范IEC61158.2才正式成为国际标准，1997年应用层服务定义IEC61158.5和应用层协议规范IEC61158.6成为国际标准最终草案，1998年现场总线的链路层服务定义IEC61158.3和链路层协议规范IEC61158.4成为国际标准最终草案。1999年，渥太华会议纪要将原IEC61158.3-IEC61158.6的技术规范作为新标准IEC61158的类型1（Type 1），而其它总线按原技术规范作为新标准的类型2-类型8（Type 2-Type 8），修改后的现场总线国际标准于2000年初获得通过。 IEC61158现场总线标准 10.2 现场总线及其通信模型 （1） 现场总线国际标准 10.2 现场总线及其通信模型 （1） 现场总线国际标准 在上述8种类型的现场总线中，Type 4 p-Net和Type 6 Swift Net是用于有限领域的专用现场总线，考虑到所使用对象的特定要求，这两种总线的功能相对比较简单。Type 2 Control Net、Type 3 Profibus、Type 7 World FIP和Type 8 Interbus是由PLC为基础的控制系统发展而来的现场总线。如果进一步划分，Type 2只是监控级总线，Type 8仅是现场级总线，Type 3和Type 7则是包括两个层次的总线。Type 1 FF-H1总线和Type 5 FF HSE总线是由传统DCS发展而来的，充分考虑了向现场仪表两线制供电和本质安全的要求，功能较为复杂，主要用于过程自动化。 10.2 现场总线及其通信模型 （1） 现场总线国际标准 注意，IEC 61158并非是单一的现场总线标准，而是包括了从Type 1至Type 8总共8种类型总线标准，这是因为它要兼顾到众多厂商的投资利益和考虑现场总线的实际使用情况。在很长一段时间内，会出现多种现场总线共存，甚至同一生产现场有几种总线标准的设备互连通信的情况。但是，发展共同遵守的统一的标准规范，形成真正的开放式互连系统是大势所趋，众望所归。 除了纳入IEC 61158国际标准的8种总线外，还有多种有影响的现场总线应用于自控系统，据不完全统计，已出现过的现场总线有近200种之多。总线标准是由国家、地区或专业标准化组织制定的。这些现场总线