現(xiàn)場總線技術及其應用PPT學習教案

1、會計學12提綱提綱索引索引第1頁/共31頁31. 現(xiàn)場總線產生的歷史背景現(xiàn)場總線產生的歷史背景第一代工業(yè)控制體系結構(氣動信號標準：0.21kgf/cm2)；第二代工業(yè)控制體系結構ACS (電氣信號：420mA)；第三代工業(yè)控制體系結構CCS (集中式控制)；第四代工業(yè)控制體系結構DCS(分布式控制體系結構)；第五代工業(yè)控制體系結構FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))。2. 現(xiàn)場總線定義現(xiàn)場總線定義 現(xiàn)場總線是現(xiàn)場儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，主要用于工廠低層設備(傳感器及傳動裝置等)的數(shù)據(jù)通信。第2頁/共31頁43. 現(xiàn)場總線主要特點現(xiàn)場總線主要特點1) 系統(tǒng)可靠性

2、高； 2) 實現(xiàn)開放式互連網絡； 3) 安裝與接線費用低； 4) 調節(jié)性能提高； 5) 系統(tǒng)組態(tài)簡單。4. 現(xiàn)場總線國際標準化狀況現(xiàn)場總線國際標準化狀況 早在1985年，IEC(國際電工委員會)開始著手制訂國際性現(xiàn)場總線標準，并將此標準命名為FieldBus；之后，ISA(美國儀表學)SP50委員會也加入到此標準的制訂工作中。目前，較流行的現(xiàn)場總線主要有FF、Profibus、LonWorks、CAN、HART、P-Net等。 第3頁/共31頁55. 現(xiàn)場總線結構模型現(xiàn)場總線結構模型 現(xiàn)場總線的模型結構在低層 (1、2層 )是基本相同的，在上層各現(xiàn)場總線之間的功能有所不同。 IEC定義為 3層

3、，即采用ISO (國際標準化組織) 的OSI所規(guī)定的7層中的3層，分別為物理層、鏈路層、應用層。 ISA/ SP50委員會增加了用戶層，因此現(xiàn)場總線模型已統(tǒng)一為4層，即物理層、鏈路層、應用層和用戶層。第4頁/共31頁6第5頁/共31頁7 我國煤炭資源十分豐富，石油資源相對短缺，大力發(fā)展煤化工產業(yè)，是我國技術經濟發(fā)展過程中必須采取的一項措施。 在我國，中、小氮肥造氣工藝多數(shù)采用固定床間歇式造氣爐，五步循環(huán)的制氣控制直接影響煤氣的產量、質量及原料的消耗，長期一直受到業(yè)內的高度重視。 機械式水壓自動機 單回路數(shù)字調節(jié)器、PLC和集散控制系統(tǒng)(DCS) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS 第6頁/共31頁8煤氣空

4、氣1水蒸汽2347吹風氣56各階段氣體流向示意圖 階段1234567上吹下吹二上吹凈閥 門 開 閉 情 況吹風工作循環(huán)中各閥門開閉狀態(tài) 氣化層溫度將隨著空氣的加入而升高，隨著蒸氣的加入而氣化層溫度將隨著空氣的加入而升高，隨著蒸氣的加入而降低，呈現(xiàn)一定規(guī)律變化，該生產過程被稱為一個工作循環(huán)。降低，呈現(xiàn)一定規(guī)律變化，該生產過程被稱為一個工作循環(huán)。 第7頁/共31頁 工藝流程中必須安裝足夠的閥門，通過對閥門的閉啟來控制間歇制氣工藝生產過程，工藝流程如下圖所示：流程中必須安裝足夠的閥門，通過對閥門的閉啟來控制間歇制氣工藝生產過程，工藝流程如下圖所示： 爐況監(jiān)測探頭灰斗燃燒室蒸總閥放 空爐口上行測溫裝置

5、爐條空層干燥層干餾層氣化層灰渣層下行測溫裝置吹風閥上氮閥上吹閥下行閥下氮閥下吹閥上行閥蒸汽吹回閥煙囪閥煤總閥氣 柜第8頁/共31頁10CAN現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計 工業(yè)控制機(IPC)CAN適配器CAN總線打印機企業(yè)局域網InternetCAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐CAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐第9頁/共31頁11硬件節(jié)點設計硬件節(jié)點設計 RRCAN驅動器82C250CAN控制器SJA1000Intel 1680C196KC顯示器鍵盤報警輸出串行接口爐溫監(jiān)測探頭換向閥站調節(jié)閥常規(guī)儀表CAN Field Bus第10頁/共31頁12軟件節(jié)點設計軟件節(jié)點設計 各節(jié)點軟件

6、具體包括以下各軟件包：各節(jié)點軟件具體包括以下各軟件包： ( (1) ) RDSP-4型雷達信號處理軟件包；型雷達信號處理軟件包； ( (2) ) ZF-4S-BIOS型基本型基本I/O管理模塊；管理模塊； ( (3) ) ZF-4S-ZQC型造氣過程控制軟件包；型造氣過程控制軟件包； ( (4) ) ZF-4S-HN型氫氮比控制模塊。型氫氮比控制模塊。 第11頁/共31頁13l CAN現(xiàn)場總線技術應用于造氣爐控制系統(tǒng)，從根本上實現(xiàn)結現(xiàn)場總線技術應用于造氣爐控制系統(tǒng)，從根本上實現(xiàn)結 構分散、信息集中、管控一體化的全新分布式控制模式；構分散、信息集中、管控一體化的全新分布式控制模式；l 基于基于C

7、AN現(xiàn)場總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)的產業(yè)化發(fā)展，將現(xiàn)場總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)的產業(yè)化發(fā)展，將 為造氣爐的高水平自動化提供強有力的技術支持。為造氣爐的高水平自動化提供強有力的技術支持。 第12頁/共31頁141. 項目概述項目概述n我國的鍋爐產業(yè)發(fā)展迅猛，但運行熱效率低,浪費能源，污染環(huán)境，自動化改造的任務十分緊迫； n我國工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展大致經過五個階段：n手工控制階段；n專用儀表控制階段 ；n電動單元組合控制階段； n計算機控制階段（分布式控制系統(tǒng)DCS）； n現(xiàn)場總線控制階段 。n經典的PID 控制往往不易達到最佳的控制狀態(tài)采用更先進的控制策略勢在必行。第13頁/共31頁152. 工藝

8、流程簡介工藝流程簡介 n燃料和空氣按一定比例進入鍋爐內燃燒，生成熱量傳給蒸發(fā)系統(tǒng)產生飽和蒸汽，經過過熱器使飽和蒸汽成為有一定溫度和壓力的過熱蒸汽，并且匯集到過熱聯(lián)箱，經主氣閥供負荷設備使用；n燃燒過程中產生的煙氣除了將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，通過省煤器預熱鍋爐的給水，通過煙道引導，經過除塵器和引風機處理，達到國家排放標準，最后通過煙囪進入大氣。第14頁/共31頁爐 排煙囪省煤器煤斗主氣閥給煤機磨煤機二次風機下聯(lián)箱上聯(lián)箱水冷壁管上鍋筒下鍋筒對流管束除塵器引風機空氣預熱器送風機過熱聯(lián)箱過熱器蔗渣噴播器給水泵汽包第15頁/共31頁C A N 總 線總 控 制 臺( 主 、 輔 工 作 站 )一 體

9、化 操 作 站手 動 儀 表以 太 網模 擬 屏分 控 室中 心 控 制 室打 印 機企 業(yè) 服 務 器一 體 化 操 作 站手 動 儀 表一 體 化 操 作 站S Y - 2 0 0 8 G L鍋 爐 監(jiān) 控 器手 動 儀 表一 體 化 操 作 站手 動 儀 表S Y - 2 0 0 8 G L鍋 爐 監(jiān) 控 器S Y - 2 0 0 8 G L鍋 爐 監(jiān) 控 器S Y - 2 0 0 8 G L鍋 爐 監(jiān) 控 器執(zhí)行機構傳感器一 號 鍋 爐二 號 鍋 爐三 號 鍋 爐四 號 鍋 爐企 業(yè) M I S 系 統(tǒng)分 控 室執(zhí)行機構傳感器執(zhí)行機構傳感器執(zhí)行機構傳感器第16頁/共31頁按鍵測溫熱電阻

10、溫度變送器SY-2008GL 監(jiān)控器監(jiān)控器一體化操作站鍵盤鼠標顯示打印中心工作站測溫熱電偶壓力變送器流量變送器液位變送器液位開關含氧量變送器顯示手動/自動切換帶手操開關伺服放大器執(zhí)行器現(xiàn)場各電氣設備報警壓力傳感器流量傳感器鍋爐現(xiàn)場鍋爐現(xiàn)場控制室控制室第17頁/共31頁19三 現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用第18頁/共31頁20國內外配電自動化的發(fā)展現(xiàn)狀國內外配電自動化的發(fā)展現(xiàn)狀 配電是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電中直接面向電力用戶的重要環(huán)節(jié)。八十年代末，配電自動化在美國等工業(yè)發(fā)達國家逐步發(fā)展起來。配電自動化的內容大致分為四個方面：1) 饋線自動化; 2) 用戶自動化; 3) 變電站自動化; 4)

11、配電管理自動化。城市配電自動化是國家最近幾年重要的投資方向，配網自動化為電網的運行監(jiān)測、快速故障定位、故障隔離等提供了有力的保障措施。電力配電系統(tǒng)環(huán)境特殊，需要一種可靠性高、實時性強、容易操作的測控網，并能把上層的管理網和前端的測控網連接起來。主要用于低層設備通信的現(xiàn)場總線完全可以適用于這種要求。這對利用現(xiàn)有設備，進一步提高配電網的自動化水平，提高供電可靠性，增加電網經濟效益，都具有十分重要的意義。 第19頁/共31頁21 基于現(xiàn)場總線的電力配電監(jiān)控網絡構成基于現(xiàn)場總線的電力配電監(jiān)控網絡構成第20頁/共31頁22 系統(tǒng)主要特點系統(tǒng)主要特點友好的人機界面；強大的網絡通信；可靠的安全管理；實時的故

12、障報警和事件處理；完善的數(shù)據(jù)報表；系統(tǒng)內相關資源的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和共享；為各級電力系統(tǒng)的管理者提供的決策幫助；系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和可視化的明顯提高；對各個智能子系統(tǒng)的遠程監(jiān)控；第21頁/共31頁23 概述概述隨著計算機、控制與通信技術的飛速發(fā)展，特別是近年來房地產業(yè)的持續(xù)升溫，樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)技術也在不斷改善、更新。樓宇自動化管理著建筑物內大量分散的機電設備，使大樓變得更加安全、經濟與舒適。一般而言，樓宇自動化系統(tǒng)由暖通空調、變配電、給排水、照明、保安及消防等子系統(tǒng)組成；對其它獨立子系統(tǒng)，如電梯、廣播、電纜電視等系統(tǒng)，則可根據(jù)需要將工作狀態(tài)監(jiān)視及緊急狀態(tài)下越級控制權賦予BAS的監(jiān)控中心

13、。我國現(xiàn)有的智能建筑中，樓宇自動化程度普遍不高。國內絕大多數(shù)樓宇自動化系統(tǒng)一般由世界著名公司成套提供，包括傳感器、閥門、執(zhí)行器、控制器、上位機、監(jiān)控軟件等。第22頁/共31頁24 樓宇自動化中應用的主要現(xiàn)場總線技術樓宇自動化中應用的主要現(xiàn)場總線技術智能建筑中廣泛使用的主要有兩種：BACnet和LonWorks。1) BACnet： 1987年，美國暖通空調工程師協(xié)會(ASHRAE)組織成立SPC135開發(fā)；目前已成為美國和歐洲標準，并有20多家公司推出了60余種不同類型的BACnet；舊金山的金門大廈改造工程被認為是BACnet的標準應用范例。2) LonWorks: 1991年，美國Eche

14、lon公司推出的技術，該協(xié)議完全支持國際標準化組織ISO定義的OSI七層模型。由于其具有高可靠性、開放性和低成本的優(yōu)點，全世界數(shù)以千記的制造廠商在其控制網絡方案中紛紛采用。 LonWorks技術的核心是同時具有通信和控制功能的神經元(Neuron)芯片中有3個8位的CPU，其中2個中央處理器用于執(zhí)行通信協(xié)議，而另一個處理器用于執(zhí)行節(jié)點的監(jiān)控功能。第23頁/共31頁25 基于現(xiàn)場總線技術智能樓宇網絡系統(tǒng)構成基于現(xiàn)場總線技術智能樓宇網絡系統(tǒng)構成 本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對一棟23層高大樓的中央空調系統(tǒng)、排風機系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。第24頁/共31頁26LonWor

15、ks現(xiàn)場總線技術推出后，在樓宇自動化方面的應用特別廣泛，這也是國家建設部在樓宇自動化方面選擇LonWorks技術重點推廣的原因所在。 由于LonWorks技術的開放性.產品選擇的多樣化，網絡規(guī)模的靈活性，允許房屋開發(fā)商以最合理的價格組建符合要求的小區(qū)控制網絡，有效控制成本。無論是舊系統(tǒng)的升級，或是新系統(tǒng)設計，都可以根據(jù)客戶的需求提出最貼切的實施方案，滿足各層次用戶的需求，并能方便地對用戶節(jié)點進行修改和升級。利用LonWorks技術進行住宅小區(qū)智能化的建設，可以在特定的條件下實施特定范圍的智能化建設，并為以后更深入的發(fā)展奠定良好的基礎。因此LonWorks技術在住宅智能化建設中應用的前景是非常廣

16、闊的。 第25頁/共31頁27概述概述 為了大幅度提高公路交通的通行能力和安全度，采用智能交通(ITS)新技術改變現(xiàn)有公路交通技術面貌，是國際公路交通科學的發(fā)展方向。智能交通涉及交通、電子、計算機、信息科學以及自動控制、通信、檢測技術等諸多領域。 據(jù)統(tǒng)計，ITS技術的應用可以減少10的廢氣排量，20的交通延時，30的停車次數(shù)。美國Los Angeles地區(qū)和Texas州在ITS技術方面投資的效益成本比率分別是16:1和22:1。 我國的交通特點是：1) 機動車與非機動車混行；2) 自行車數(shù)量大；3) 機動車數(shù)量增長快；4) 國產機動車速度、網絡容納能力和交通宣傳力度都非常有限。發(fā)展ITS要適合

17、我國的交通特點，結合我國的國情，研究中國的智能交通系統(tǒng)。第26頁/共31頁28 智能交通信號控制系統(tǒng)介紹智能交通信號控制系統(tǒng)介紹PLC模擬屏上位機現(xiàn)場總線打印機1# 交通信號機基于現(xiàn)場總線的交通信號控制系統(tǒng)框圖2# 交通信號機N# 交通信號機PLCPLC第27頁/共31頁29交通信號控制系統(tǒng)說明交通信號控制系統(tǒng)說明 基于現(xiàn)場總線的的交通信號控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術，由以PLC控制為核心的路口級交通信號控制機、上位機組成。交通信號控制機通過現(xiàn)場總線其工作狀態(tài)、控制信息、診斷信息可實時上傳到上位機。在上位機控制下，多臺交通信號控制機可以完成綠波帶功能。路口級交通信號控制機與上位機的功能分別如下所示：路口級交通信號控制機功能: 上位機的功能: 1) 多時段控制; 1) 信號機配時; 2) 定周期控制; 2) 綠波帶控制; 3) 黃閃控制; 3) 流量分析; 4) 手動控制; 4) 路口狀態(tài)監(jiān)視; 5) 流量檢測;第28頁/共31頁30 現(xiàn)場總線技術是80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動化、制造自動化、電力自動化、樓宇自動化等領域的現(xiàn)場智能設備互連通信網絡