《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案,過程控制系統(tǒng)與儀表,過程,控制系統(tǒng),儀表,課件,教案 10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化10.10.3 3 現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線（fieldbus）是是用用于于智智能能現(xiàn)現(xiàn)場場儀儀表表與與控控制制室室系系統(tǒng)統(tǒng)之之間間的的一一種種全全開開放放、全全數(shù)數(shù)字字化化、雙雙向向、多多節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的的互互連連通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)，是是現(xiàn)現(xiàn)場場通通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)與與控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的結(jié)結(jié)合合。這這是是計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)技技術(shù)術(shù)、通通信信技技術(shù)術(shù)和和控控制制技技術(shù)術(shù)（3C）的的綜合與集成。綜合與集成?，F(xiàn)現(xiàn)場場總總線線不不單單純純是是一一種種通通信信技技術(shù)術(shù)，它它的的關(guān)關(guān)鍵鍵在在于于用用新新一一代代的的現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）代代替替?zhèn)鱾鹘y(tǒng)統(tǒng)的的集集散散控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)DCS，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化10.3.1 現(xiàn)場總線特點(diǎn)現(xiàn)場總線特點(diǎn)q現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線把把通通信信線線（雙雙絞絞線線或或同同軸軸電電纜纜或或光光纜纜等等）從從控控制制室室延延伸伸到到生生產(chǎn)產(chǎn)現(xiàn)現(xiàn)場場、變變送送器器、控控制制閥閥等等。它它們們都掛接在通信線上，如圖都掛接在通信線上，如圖10-7所示。所示。各節(jié)點(diǎn)可含有如各節(jié)點(diǎn)可含有如同同DCS中的功能中的功能塊，如塊，如PID算法、算法、線性化運(yùn)算線性化運(yùn)算模擬量輸入模擬量輸入（AI）模擬量輸出模擬量輸出（AO）可相互操作和組態(tài)，用戶可自可相互操作和組態(tài)，用戶可自由地集成由地集成FCS，并由通信線直并由通信線直接供電，可實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全防爆接供電，可實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全防爆還允許不同制造商的網(wǎng)絡(luò)互連還允許不同制造商的網(wǎng)絡(luò)互連10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化q現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 用用數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)完完全全取取代代420mA的的模模擬擬信信號(hào)號(hào)，不不僅提高了可靠性，使精度也從僅提高了可靠性，使精度也從0.5提高到提高到0.1。可可節(jié)節(jié)省省大大量量信信號(hào)號(hào)電電纜纜、隔隔離離器器、端端子子柜柜、I/O卡件等，減少投資卡件等，減少投資66。將將控控制制、報(bào)報(bào)警警、計(jì)計(jì)算算等等功功能能分分散散到到現(xiàn)現(xiàn)場場儀儀表表，控制更及時(shí)，改善于控制性能。控制更及時(shí)，改善于控制性能。由由于于互互操操作作性性好好，用用戶戶可可自自由由選選擇擇不不同同廠廠家家產(chǎn)產(chǎn)品構(gòu)成最佳系統(tǒng)。品構(gòu)成最佳系統(tǒng)。組態(tài)簡單，安裝、運(yùn)行和維修簡便。組態(tài)簡單，安裝、運(yùn)行和維修簡便。10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化10.3.2 現(xiàn)場總線的基本設(shè)備現(xiàn)場總線的基本設(shè)備 1 變送器變送器現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線的的變變送送器器（溫溫度度、壓壓力力、流流量量和和物物位位等等）已已經(jīng)經(jīng)不不是是傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的變變送送器器，它它是是帶帶CPU芯芯片片的的，用用數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)進(jìn)進(jìn)行行運(yùn)運(yùn)算算和和通通信信的的，不不僅僅含含有有檢檢測測、變變換換和和補(bǔ)補(bǔ)償償功能，還有功能，還有PID算法和運(yùn)算功能。算法和運(yùn)算功能。2 執(zhí)行器執(zhí)行器不不論論氣氣動(dòng)動(dòng)或或電電動(dòng)動(dòng)執(zhí)執(zhí)行行器器，也也都都是是帶帶CPU芯芯片片的的，可可實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)控控制制閥閥特特性性補(bǔ)補(bǔ)償償，PID控控制制和和運(yùn)運(yùn)算算功功能能，并并可可對(duì)閥特性作自校驗(yàn)和自診斷。對(duì)閥特性作自校驗(yàn)和自診斷。10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化3 服務(wù)器和網(wǎng)橋服務(wù)器和網(wǎng)橋向上可接局域網(wǎng)向上可接局域網(wǎng)LAN，向下可接各種現(xiàn)場總線。向下可接各種現(xiàn)場總線。4 輔助設(shè)備輔助設(shè)備H1（低速現(xiàn)場總線）低速現(xiàn)場總線）/氣壓、氣壓、H1/電流和電流電流和電流/H1轉(zhuǎn)換器、安全柵、總線電源和便攜式編程器等。轉(zhuǎn)換器、安全柵、總線電源和便攜式編程器等。5 監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控設(shè)備工工程程師師站站供供現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線組組態(tài)態(tài)使使用用，操操作作員員站站供供工工藝藝操作和監(jiān)視，計(jì)算機(jī)站可用于建模和優(yōu)化控制。操作和監(jiān)視，計(jì)算機(jī)站可用于建模和優(yōu)化控制。10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化10.3.3 基金會(huì)現(xiàn)場總線（基金會(huì)現(xiàn)場總線（FF）最最近近十十多多年年來來，由由于于現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線的的眾眾多多優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，研研究究開開發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線成成為為自自動(dòng)動(dòng)化化技技術(shù)術(shù)的的熱熱點(diǎn)點(diǎn)，從從而而在在世世界界上上出出現(xiàn)現(xiàn)了了多多種種現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線。由由于于技技術(shù)術(shù)原原因因和和商商業(yè)業(yè)利利益益，要要想想統(tǒng)統(tǒng)一一，尚尚須須待待以以時(shí)時(shí)日日。這這里里主主要要介介紹紹企企圖圖作作為為國國際際標(biāo)準(zhǔn)的基金會(huì)現(xiàn)場總線（標(biāo)準(zhǔn)的基金會(huì)現(xiàn)場總線（FF）。）。FF的的體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)參參照照國國際際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化組組織織（1SO）的的全全開開放放系系統(tǒng)統(tǒng)互互連連（OSl）的的七七層層參參考考模模型型協(xié)協(xié)議議，采采用用其其中中的的第第1、2和和7層層（物物理理層層、數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層和和應(yīng)應(yīng)用用層層），再再增加一層用戶層，如圖增加一層用戶層，如圖10-8所示。所示。10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化其其模模型型框框架架描描述述了了信信息息傳傳輸輸?shù)牡耐就緩綇胶秃头椒椒ǚ?，旁旁邊邊的注釋形象地以日常郵信方式來比喻各層之間的關(guān)系。的注釋形象地以日常郵信方式來比喻各層之間的關(guān)系。10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化1 物理層物理層（PL）物理層的任務(wù)是規(guī)定傳輸媒體種類和傳輸長度、物理層的任務(wù)是規(guī)定傳輸媒體種類和傳輸長度、傳輸速度、與現(xiàn)場儀表連接技術(shù)和連接臺(tái)數(shù)、供電方傳輸速度、與現(xiàn)場儀表連接技術(shù)和連接臺(tái)數(shù)、供電方式以及本質(zhì)安全隔離柵等問題。式以及本質(zhì)安全隔離柵等問題。FF提供兩種物理層提供兩種物理層（PL）標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：H1為用于過程控制的為用于過程控制的低速總線，速率為低速總線，速率為31.25kbps，傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)為雙絞線，傳輸距離為雙絞線，傳輸距離為為200m至至1900m，總總線供電，可支持本安線供電，可支持本安設(shè)備設(shè)備（26臺(tái)臺(tái)），非，非本安設(shè)備本安設(shè)備（232臺(tái)臺(tái)）H2為制造自動(dòng)化高為制造自動(dòng)化高速總線，傳輸介質(zhì)為速總線，傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜、雙絞線、同軸電纜、光纜和無線電、傳輸光纜和無線電、傳輸速率為速率為1Mbps（750m）和和2.5Mbps（500m）。每段可帶每段可帶124個(gè)節(jié)點(diǎn)個(gè)節(jié)點(diǎn)H1可以通可以通過網(wǎng)橋和過網(wǎng)橋和H2連接連接10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化2 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）這這一一層層的的作作用用是是對(duì)對(duì)總總線線上上傳傳輸輸數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的存存取取、控控制制方方式式和和錯(cuò)錯(cuò)誤誤鑒鑒別別進(jìn)進(jìn)行行規(guī)規(guī)定定。FF對(duì)對(duì)H1標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)采采用用總總線線仲仲裁方式，對(duì)裁方式，對(duì)H2正在制訂。正在制訂。3 應(yīng)用層應(yīng)用層（AL）主主要要是是為為設(shè)設(shè)備備間間和和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)間間數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)要要求求而而服服務(wù)務(wù)的的，包包括括發(fā)發(fā)送送變變送送器器來來的的信信息息和和操操作作員員報(bào)報(bào)文文信信息息、事事件件通通知知、趨趨勢勢報(bào)報(bào)告告和和發(fā)發(fā)布布上上裝裝及及下下裝裝的的命命令令。FF提提供供兩兩個(gè)個(gè)子子層層：現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線訪訪問問子子層層（FAS）和和現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線報(bào)報(bào)文文子子層層（FMS）。）。10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化4 用戶層用戶層（UL）將將數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)規(guī)規(guī)格格化化成成為為特特定定的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，決決定定現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線設(shè)設(shè)備備內(nèi)內(nèi)部部信信息息的的存存取取及及將將這這一一信信息息傳傳送送到到網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)內(nèi)內(nèi)同同一節(jié)點(diǎn)或不同節(jié)點(diǎn)上其他設(shè)備中去的方式。一節(jié)點(diǎn)或不同節(jié)點(diǎn)上其他設(shè)備中去的方式。其其他他現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線還還有有很很多多，如如PROFIBUS（過過程程現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線）、CAN（局局域域控控制制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)）、LONWORKS（局局部部操操作作網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)）、HART（可可尋尋址址遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程傳傳感感器器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)通通路路）等等，其其參參考考模模型型及及協(xié)協(xié)議議大大同同小小異異，各各有有特特點(diǎn)點(diǎn)，適用于不同行業(yè)和場合。適用于不同行業(yè)和場合。10.10.3 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)YXSH化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制系統(tǒng)系統(tǒng)（DDC）一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制盡可能多一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制盡可能多的控制回路，實(shí)現(xiàn)集中檢的控制回路，實(shí)現(xiàn)集中檢測、集中控制和集中管理測、集中控制和集中管理集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)（DCS）*控制分散，危險(xiǎn)分散；操作、控制分散，危險(xiǎn)分散；操作、監(jiān)測和管理集中監(jiān)測和管理集中全數(shù)字式、雙向傳輸、多節(jié)全數(shù)字式、雙向傳輸、多節(jié)點(diǎn)分支結(jié)構(gòu)的點(diǎn)分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)與控通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成制系統(tǒng)的集成本章小結(jié)本章小結(jié)現(xiàn)場總線控制現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（系統(tǒng)（FCS）