現(xiàn)場總線技術(shù)概述匯總

1、現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線課件課件機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 教師教師: 劉望生劉望生 Email: Office: 機控樓機控樓222室室一、考試與成績評定 平時（點名、小測驗） 40 期末（開卷）考試 60二、聯(lián)系方式 QQ ： 147865851 Tel：一章第一章 現(xiàn)場總線技術(shù)概述現(xiàn)場總線技術(shù)概述主要內(nèi)容n1.0 DCS1.0 DCS的結(jié)構(gòu)及其分類的結(jié)構(gòu)及其分類n1.1 1.1 現(xiàn)場總線的產(chǎn)生現(xiàn)場總線的產(chǎn)生n1.2 1.2 現(xiàn)場總線的概念及分類現(xiàn)場總線的概念及分類n1.3 1.3 現(xiàn)場總線的特點和優(yōu)點現(xiàn)場總線的特點和優(yōu)點n1.4 1.4 現(xiàn)場總線標準的制定現(xiàn)場總線標準

2、的制定n1.5 1.5 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀1.0 DCS的結(jié)構(gòu)及其分類n1.0.1 DCS1.0.1 DCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) n從系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)分析，它們都是由三部分組成（硬件組成）：n 分散過程控制分散過程控制裝置部分n 操作管理操作管理裝置部分n 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)部分 n （1 1）分散過程控制裝置部分）分散過程控制裝置部分n 由多回路控制器、多功能控制器、可編程序邏輯控制器及數(shù)據(jù)采集裝置等組成。n 主要功能是分散的過程控制，是系統(tǒng)與過程之間的接口。其結(jié)構(gòu)特征如下：n 需適應(yīng)惡劣的工業(yè)生產(chǎn)過程環(huán)境需適應(yīng)惡劣的工業(yè)生產(chǎn)過程環(huán)境n 分散控制分散控制n 實時性實時性 n

3、 獨立性獨立性 n（2 2）集中操作和管理系統(tǒng)部分）集中操作和管理系統(tǒng)部分n 該部分的主要功能是匯集各分散過程控制裝置送來的信息，通過監(jiān)視和操作，把操作和命令下送各分散控制裝置。信息用于分析、研究、打印、存儲并作為確定生產(chǎn)計劃、調(diào)度的依據(jù)。n特征：信息量大信息量大、易操作易操作、容錯性好容錯性好等。n 主要由操作站、管理機和外部設(shè)備（如打印機）等組成，相當于車間操作管理級和全廠優(yōu)化及調(diào)度管理級，實現(xiàn)人機接口。n （3 3）通信系統(tǒng)部分）通信系統(tǒng)部分n連接分散過程控制裝置分散過程控制裝置以及集中操作和管理系集中操作和管理系統(tǒng)統(tǒng)等進行信息交換和數(shù)據(jù)共享的計算機通信網(wǎng)絡(luò)，是DCS控制系統(tǒng)的中樞。n特

4、點：實時性好實時性好、動態(tài)響應(yīng)快動態(tài)響應(yīng)快，可靠性高可靠性高，適適應(yīng)性強應(yīng)性強等。n對通信系統(tǒng)的要求除了傳輸速率傳輸速率和傳輸距離傳輸距離外，還有開放性開放性，所謂“開放性”，就是允許不同廠商的DCS互相通信，各廠商產(chǎn)品的通信應(yīng)符合國際標準。 1.0.2 DCS的結(jié)構(gòu)分類n根據(jù)分散過程控制裝置、集中操作和管理裝置根據(jù)分散過程控制裝置、集中操作和管理裝置和通信系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)，和通信系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)，DCSDCS控制系統(tǒng)的分類：控制系統(tǒng)的分類：n（1 1）模件化控制站）模件化控制站+ +與與MAPMAP兼容的寬帶、基帶局兼容的寬帶、基帶局域網(wǎng)域網(wǎng)+ +信息綜合管理系統(tǒng)信息綜合管理系統(tǒng)n最新結(jié)構(gòu)的大型

5、集散控制系統(tǒng)，通過寬帶和基帶網(wǎng)絡(luò)，可在很廣的地域內(nèi)應(yīng)用。通過現(xiàn)場總線，系統(tǒng)可與現(xiàn)場總線儀表通信和操作，從而形成真正的開放互連、互操作性的系統(tǒng)。將成為分布式控制系統(tǒng)的主流結(jié)構(gòu)，也是第三代第三代DCSDCS控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。 n（2 2）分散過程控制站）分散過程控制站+ +局域網(wǎng)局域網(wǎng)+ +信息管理系統(tǒng)信息管理系統(tǒng)n由于采用局域網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)技術(shù)，使通信能力增強。這是第二代第二代DCSDCS控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。n（3 3）分散過程控制站）分散過程控制站+ +高速數(shù)據(jù)公路高速數(shù)據(jù)公路+ +操作站操作站+ +上位機上位機n第一代集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)第一代集散控制系

6、統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。經(jīng)過對操作站、過程控制站、通信系統(tǒng)性能的改善和擴展，系統(tǒng)的性能已有較大提高。n（4 4）PLC +PLC +通信系統(tǒng)操作管理站通信系統(tǒng)操作管理站n在制造業(yè)廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，尤其適用于有大量邏輯順序控制的過程。分布式控制系統(tǒng)制造商為適應(yīng)邏輯順序控制的特點，現(xiàn)已有不少產(chǎn)品可以下掛各種PLC，組成PLCPLC十十DCSDCS形式，應(yīng)用于既有邏輯順序控制又有連續(xù)控制的場合。n（5 5）單回路控制器）單回路控制器+ +通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)+ +操作管理站操作管理站n適用于中、小企業(yè)的小型集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它用單回路控制器(或雙回路、四回路控制器)作為盤裝儀表、信息的監(jiān)視由操作管理站或儀表面板實施

7、，有較大靈活性和較高性價比。1.1 現(xiàn)場總線的產(chǎn)生n在過程控制領(lǐng)域中：n從20世紀50年代至今一直都在使用著一種信號標準，那就是 4-2O mA 4-2O mA 的模擬信號標準。n20世紀70年代，數(shù)字式計算機引入到測控系統(tǒng)中，而此時的計算機提供的是集中式控制處理集中式控制處理。n20世紀80年代，微處理器在控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，微處理器被嵌入到各種儀器設(shè)備微處理器被嵌入到各種儀器設(shè)備中，形成了分布分布式控制系統(tǒng)式控制系統(tǒng)。n隨著微處理器的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了以ICIC代替常規(guī)電子線路代替常規(guī)電子線路，以微處理器為核微處理器為核心心，實施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)化控制等功能的智能設(shè)備。一些

8、具有專家輔助推斷分析與決策能力的數(shù)字式智能數(shù)字式智能化儀表化儀表產(chǎn)品，其本身具備了諸如自動量程轉(zhuǎn)換、自動調(diào)零、自校正、自診斷等功能，還能提供故障診斷、歷史信息報告、狀態(tài)報告、趨勢圖等功能。n通信技術(shù)的發(fā)展，促使傳送數(shù)字化信息的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始得到廣泛應(yīng)用。與此同時，基于質(zhì)量分析的維護管理、與安全相關(guān)系統(tǒng)的測試記錄、環(huán)境監(jiān)視需求的增加，都要求儀表能在當?shù)靥幚硇畔x表能在當?shù)靥幚硇畔?，并在必要時允許被管理和訪問必要時允許被管理和訪問，這些也使現(xiàn)場現(xiàn)場儀表與上級控制系統(tǒng)的通信量大增儀表與上級控制系統(tǒng)的通信量大增。n另外，從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護性、可移植性控制精度、

9、可操作性、可維護性、可移植性等方面提出新需求。由此，導(dǎo)致了現(xiàn)場總線的產(chǎn)生導(dǎo)致了現(xiàn)場總線的產(chǎn)生。n1.2.1 現(xiàn)場總線的定義(四種)n用于現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表與控制主機控制主機系統(tǒng)之間的一種開放的、開放的、全數(shù)字化的、雙向、多站的通信系統(tǒng)全數(shù)字化的、雙向、多站的通信系統(tǒng)；n廣義上是控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)與現(xiàn)場檢測儀表現(xiàn)場檢測儀表、執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置進行雙向數(shù)字通信的串行總線系統(tǒng)雙向數(shù)字通信的串行總線系統(tǒng)；n基于智能化儀表及現(xiàn)場總線智能化儀表及現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)FCS；n一種數(shù)字化的串行雙向通信數(shù)字化的串行雙向通信系統(tǒng)。 1.2 現(xiàn)場總線的概念及分類IEC定義：n一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與

10、控制裝置之間進行雙雙向、串行、多節(jié)點、數(shù)字式向、串行、多節(jié)點、數(shù)字式的數(shù)據(jù)交數(shù)據(jù)交換的通信技術(shù)換的通信技術(shù)。1.2.2 現(xiàn)場總線的分類n總線總線按照按照長度分類長度分類: （1）毫米級毫米級：芯片內(nèi)總線 （2）厘米級厘米級：芯片間總線、元件總線 （3）分米級分米級：機箱內(nèi)總線（Multi-bus、STD、PCL、ISA、PCI等） （4）十米級十米級：機柜間總線（RS232、GPIB、VME、VXI等） （5）千米級千米級：現(xiàn)場總線（FF、Profibus等）現(xiàn)場總線按照數(shù)據(jù)通信寬度分類現(xiàn)場總線按照數(shù)據(jù)通信寬度分類n（1）傳感器現(xiàn)場總線傳感器現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為位位）： 適用于簡單的開關(guān)裝置和

11、輸入輸出位的這類通信：AS-i總線等。n（2）裝置現(xiàn)場總線裝置現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為字節(jié)字節(jié)）： 適用于以字節(jié)為單位的裝置類通信：InterbusInterbus總線總線和CANCAN總線總線等。 n（3）全服務(wù)的現(xiàn)場總線全服務(wù)的現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為數(shù)數(shù)據(jù)流據(jù)流或模塊模塊BlockBlock）： 以報文通信報文通信為主，除了對裝置進行讀取數(shù)據(jù)外，還包括一些對裝置的操作和控制功能：FFFF總線總線、LonworksLonworks總線總線等?，F(xiàn)場總線按照應(yīng)用行業(yè)分類現(xiàn)場總線按照應(yīng)用行業(yè)分類n（1）過程控制過程控制（連續(xù)生產(chǎn)過程）用現(xiàn)場總線：FF的HI、Profibus-PAProfibus-PA等

12、n（2）離散控制離散控制用現(xiàn)場總線：Profibus-DPProfibus-DP、Device-NET等n（3）樓宇自動化樓宇自動化用現(xiàn)場總線：Lonworks等n（4）車輛制造業(yè)車輛制造業(yè)用現(xiàn)場總線：CAN等n（5）飛機制造業(yè)飛機制造業(yè)用現(xiàn)場總線：SwiftNet等n（6）農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)用現(xiàn)場總線：P-Net等1.2.3 現(xiàn)場總線的本質(zhì)n（1 1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò) 用于過程過程以及制造自動化制造自動化的現(xiàn)場設(shè)現(xiàn)場設(shè)備備或現(xiàn)場儀表互連現(xiàn)場儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)。n（2 2）現(xiàn)場設(shè)備互連）現(xiàn)場設(shè)備互連 傳感器傳感器、變送器變送器和執(zhí)行器執(zhí)行器等，這些設(shè)備通過一對傳輸線互連一對傳輸線

13、互連。n（3 3）互操作性）互操作性 現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表種類繁多，互相連接不同制造商的產(chǎn)品不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的。性能價格比最優(yōu)的產(chǎn)品，并將其集成集成在一起，實現(xiàn) “即接即接即用即用”;用戶希望對不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一組統(tǒng)一組態(tài)態(tài)，構(gòu)成所需要的控制回路。n（4 4）分散功能塊）分散功能塊 FCS廢棄了DCS的輸入輸入/ /輸出單元輸出單元和控制站控制站，把DCSDCS控制站的功能塊控制站的功能塊分散地分散地分配給現(xiàn)場儀表分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成就地控制站就地控制站。n例如：流量變送器流量變送器不僅具有流量信號變換流量信號變換、補償和累加輸入模塊、補償和累加輸入模塊，而且有PIDPID控制

14、控制和運算運算功能塊。調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥的基本功能是信號驅(qū)信號驅(qū)動動和執(zhí)行執(zhí)行，還內(nèi)含輸出特性補償模塊補償模塊，也可以有PIDPID控制控制和運算運算模塊，甚至有閥門特性自檢驗自檢驗和自診斷自診斷功能。由于功能塊分散在多臺現(xiàn)場儀表中，并可統(tǒng)一組態(tài)并可統(tǒng)一組態(tài)，供用戶靈活選用各種功能塊，構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)徹底的分散控制徹底的分散控制。n（5 5）通信線供電）通信線供電 通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上現(xiàn)場儀表直接從通信線上獲取能量獲取能量，對于要求本征安全本征安全的低功耗現(xiàn)場儀表低功耗現(xiàn)場儀表，可采用這種供電方式。( 30 mA, 30 V )n（6 6）開放式互連網(wǎng)絡(luò)）開放式互連網(wǎng)絡(luò)

15、既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享。不同制造商的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連，用戶通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備和功能塊統(tǒng)一組態(tài)，把不同廠商的網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備融為一體，構(gòu)成統(tǒng)一的FCS。1.3 現(xiàn)場總線的特點和優(yōu)點n1.3.1 現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點n現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由于采用了現(xiàn)場總線設(shè)備現(xiàn)場總線設(shè)備，能夠把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、輸入輸出模塊置于現(xiàn)場總線設(shè)備，加上現(xiàn)場總線設(shè)備具有通信能力具有通信能力，現(xiàn)場的測量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行器直接傳送信號，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的

16、分散控制場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。n由于采用數(shù)字信號替代模擬信號，因而可實現(xiàn)一對電線上傳輸多個信號傳輸多個信號(包括多個運行參數(shù)值、多個設(shè)備狀態(tài)、故障信息)，同時又為多個現(xiàn)場總線設(shè)備提供電源提供電源；現(xiàn)場總線設(shè)備以外不再需要A/D、D/A轉(zhuǎn)換部件。這樣就為簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約硬件設(shè)備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護費用創(chuàng)造了條件。 FCS和DCS的詳細對比FCSDCS(1)結(jié)構(gòu) 一對多一對多：一對傳輸線接多臺儀表，雙雙向傳輸多個信號向傳輸多個信號。一對一一對一：一對傳輸線接一臺儀表，單向傳單向傳輸一個信號輸一個信號。(2)可靠性可靠性好可靠性好：數(shù)字信號傳輸抗干擾能力強，精度高?？煽啃圆羁煽啃?/p>

17、差：模擬信號傳輸不僅精度低，而且容易受干擾。FCSDCS（3）失控狀態(tài)操作員在控制室既可以了解現(xiàn)場設(shè)備及現(xiàn)場儀表的工作情況，也能對設(shè)備進行參數(shù)調(diào)整，還可以預(yù)測或?qū)ふ夜收希乖O(shè)備始終處于操作員的過程監(jiān)控與可控狀態(tài)之中。操作員在控制室既不了解模擬儀表的工作情況，也不能對其進行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測故障，導(dǎo)致操作員對儀表處于“失控”狀態(tài)。（4）控制控制功能分散在各個智各個智能儀器能儀器中。所有的控制功能集中在控制站控制站中。FCSDCS（5）互換性用戶可以自由選擇不同制造事故內(nèi)提供的性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備和儀表，并將不同品牌的儀表互連，實現(xiàn)“即插即用即插即用”。盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號標準（420mA

18、 DC），可是大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造廠自定，致使不同品牌的儀表不能互換。（6）儀表智能儀表除了具有模擬儀表的檢測、變換、補償?shù)裙δ芡猓€具有數(shù)字通信數(shù)字通信能力，并且具有控制控制和運算運算能力。模擬儀表只具有檢測檢測、變換、補償、變換、補償?shù)裙δ堋?.3.2 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點n（1 1）系統(tǒng)的開放性系統(tǒng)的開放性n通信協(xié)議公開通信協(xié)議公開，各不同廠商的設(shè)備之間可實現(xiàn)信息交換。n（2 2）互可操作性與互用性）互可操作性與互用性 n互可操作性是指實現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息信息傳送與溝通傳送與溝通；而互用性則意味著不同制造商性能類似的設(shè)備可進行更換，實現(xiàn)相互替換相互替換。n（3

19、3）現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性）現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性 n將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場總線設(shè)備現(xiàn)場總線設(shè)備中完成。n（4 4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性n現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分散性控制系統(tǒng)全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。n（5 5）對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性）對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 n可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線、電力線等多種傳輸介質(zhì)，具有較強的抗干擾能力，采用兩線制兩線制實現(xiàn)供電與通信供電與通信，并可滿足本質(zhì)滿足本質(zhì)安全防爆要求安全防爆要求。1.3.3 現(xiàn)場總線的優(yōu)點(優(yōu)越性)n（1

20、 1）FCSFCS實現(xiàn)全數(shù)字化通信實現(xiàn)全數(shù)字化通信nDCS采用層次化的體系結(jié)構(gòu)層次化的體系結(jié)構(gòu)，通信網(wǎng)絡(luò)分布于各層并采用數(shù)字通信方式，唯有生產(chǎn)現(xiàn)場層的常規(guī)模擬儀表仍然是一對一模擬信號(如420 mA DC)傳輸方式，因此DCS是一個“半數(shù)字信號半數(shù)字信號”系統(tǒng)。nFCS采用全數(shù)字化全數(shù)字化、雙向傳輸雙向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健淖畹讓拥膫鞲衅?、變送器和?zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直到最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。多條分支通信線延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場，用來連接現(xiàn)場數(shù)字儀表，采用一對N連接。n（2 2）FCSFCS實現(xiàn)徹底的全分散式控制實現(xiàn)徹底的全分散式控制n 在DCS中，生產(chǎn)現(xiàn)場的多臺模擬儀表集中接

21、于輸入輸出單元輸入輸出單元，每臺儀表只有單一的信號變換功能，而與控制有關(guān)的輸入、輸出、控制、運算等功能塊都集中于DCSDCS的控制站的控制站內(nèi)。從這個意義上講，DCS只是一個“半分散半分散”系統(tǒng)。nFCS廢棄了DCS的輸入輸出單元，由現(xiàn)場儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，功能塊分散地分配給現(xiàn)場總線上的數(shù)字儀表分散地分配給現(xiàn)場總線上的數(shù)字儀表。從而構(gòu)成虛擬控制站，實現(xiàn)徹底的分散控制。n（3 3）FCSFCS實現(xiàn)不同廠商產(chǎn)品互聯(lián)、互操作實現(xiàn)不同廠商產(chǎn)品互聯(lián)、互操作nDCS系統(tǒng)的硬件、軟件甚至現(xiàn)場級設(shè)備都是各制造商自行研制開發(fā)的，不同廠商的產(chǎn)品由于通信協(xié)議的專有與不兼容通信協(xié)議的專有與不

22、兼容，彼此難以互聯(lián)、互操作。而FCS的現(xiàn)場設(shè)備只要采用同一總線標采用同一總線標準準，不同廠商的產(chǎn)品既可互聯(lián)也可互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，從而徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性。FCS允許用戶選用各制造商性能價格比最優(yōu)的產(chǎn)品集成控制系統(tǒng)，因而具有很好的可集成性。n（4 4）FCSFCS增強系統(tǒng)的可靠性、可維護性增強系統(tǒng)的可靠性、可維護性nFCS采用總線連接方式總線連接方式替代傳統(tǒng)的DCS一對一的一對一的I/OI/O連線連線，對于大規(guī)模的I/O系統(tǒng)來說，減少了DCS由接線點造成的不可靠因素。同時，數(shù)字化的現(xiàn)場設(shè)備替代模擬儀表，F(xiàn)CSFCS具有現(xiàn)場設(shè)備具有現(xiàn)場設(shè)備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可

23、完成現(xiàn)的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠程參數(shù)設(shè)定、參數(shù)修改等工作，因場設(shè)備的遠程參數(shù)設(shè)定、參數(shù)修改等工作，因而增強系統(tǒng)的可維護性。而增強系統(tǒng)的可維護性。n（5 5）FCSFCS降低系統(tǒng)工程成本降低系統(tǒng)工程成本nFCS對于大范圍、大規(guī)模分布式控制系統(tǒng)來說，節(jié)省了電纜、節(jié)省了電纜、I/OI/O裝置及電纜敷設(shè)費用裝置及電纜敷設(shè)費用。以每2 23 3臺現(xiàn)場儀表接到一根電纜計算臺現(xiàn)場儀表接到一根電纜計算，平均可減少1/2到2/3的輸入輸出卡輸入輸出卡、輸入輸出柜輸入輸出柜和隔隔離器離器等。因此，現(xiàn)場總線儀表與控制室間的電纜連接和安裝等費用估計可節(jié)約節(jié)約5050。1.4 現(xiàn)場總線標準的制

24、定n標準化的重要性標準化的重要性：n標準化是經(jīng)濟建設(shè)、科技進步、國際貿(mào)易和社會發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。它不僅與人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，也與國際貿(mào)易和科技合作的開展密切相關(guān)，標準化是實現(xiàn)現(xiàn)代化大規(guī)標準化是實現(xiàn)現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)的重要保證模生產(chǎn)的重要保證，是規(guī)范市場秩序，連接國內(nèi)外市場的重要手段。因此，現(xiàn)場總線的標準，特別是國際標準受到了大家的重視。一、制訂標準的機構(gòu)n(一)世界上n國際標準化組織ISOISO (International Standard Organization)n國際電工委員會IECIEC (International Electrotechnical Commission)

25、及國際電信聯(lián)盟ITUITU （ International Telegraphy Union）n歐洲電工標準化委員會CENELECCENELEC（歐洲標準ENEN）n(二)國內(nèi)n制訂國家標準GB的組織是全國標準化委員會全國標準化委員會二、制訂現(xiàn)場總線標準的機構(gòu)n(一)IEC/TC65/SC65C/WG6IEC/TC65/SC65C/WG6n(1)IEC/TC65IEC/TC65是國際電工委員會第65分技術(shù)委員會，它成立于1969年。其工作任務(wù)是制訂有關(guān)連續(xù)和批量過程的工業(yè)過程測量和系統(tǒng)的元件的標準，協(xié)調(diào)影響測量和控制系統(tǒng)匹配的相關(guān)元件特性的標準化工作，在國際領(lǐng)域內(nèi)對采用電動、氣動、液動、機械的

26、方式工作的裝置和系統(tǒng)或其他測量和 (或)控制系統(tǒng)開展上述標準化工作。n(2)SC65CSC65C是IEC/TC65下的分委員會 (SC是SubCommittee的縮寫，而SC65C是SC65下邊的一個組織)，負責測量和控制系統(tǒng)的數(shù)字數(shù)據(jù)通測量和控制系統(tǒng)的數(shù)字數(shù)據(jù)通信的標準化工作信的標準化工作。n(3)WG6WG6是SC65C下的工作組 (WG是WorkingGroup的縮寫，WG6是第6工作組)，成立于1988年，負責工業(yè)過程計算機子系統(tǒng)間的通信的標準化工作。現(xiàn)場總線技術(shù)標準化的具體現(xiàn)場總線技術(shù)標準化的具體工作是由工作是由WG6WG6來負責的。來負責的。n(二)IEC/TCl7/SCl7BIE

27、C/TCl7/SCl7BnIEC/TCl7是分管電器分管電器的標準化委員會，其下的SCl7B是負責低壓電器的分委員會，也制訂了與之有關(guān)的現(xiàn)場總線的標準。n(三)IEC/TC22IEC/TC22是分管電力電子分管電力電子的標準化委員會三、制訂現(xiàn)場總線的程序和階段n現(xiàn)場總線標準的制訂需經(jīng)歷若干階段n(l)NPNP階段階段:相當于國內(nèi)標準制定過程中的上上計劃計劃階段;n(2)CDCD階段階段:相當于國內(nèi)的征求意見征求意見階段; n(3)CDVCDV階段階段:相當于國內(nèi)送審送審階段;n(4)FDISFDIS階段階段:相當于國內(nèi)報批報批階段。 四、有關(guān)投票表決的規(guī)定n根據(jù)IEC的有關(guān)章程，投票表決是否有

28、效須符合以下規(guī)定:n(1)參加投票表決的國家有兩類，即有投票權(quán)資格的國家稱為P P成員國成員國;及有觀察員資格的國家稱為O O成員國成員國。n(2)投票表決需要有75%75%以上的贊成率以上的贊成率方能通過 (只計P成員國)。n(3)若反對率超過反對率超過25%(25%(計P與0成員國)則反對有效，標準不能通過。五、制訂國際標準的歷程n(1)1983年現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線的概念首先在歐洲興起首先在歐洲興起。n(2)1984年IEC就開始制訂現(xiàn)場總線的國際標準，稍后即成立了推廣及試用的組織IFC。n(3)1989年P(guān)rofibusProfibus成為德國國家標準德國國家標準。n(4)1990年FIP

29、成為法國國家標準。n(5)1992年ISP成立。ISP是可互操作系統(tǒng)協(xié)議 (Interoperable System Protocol)的簡稱。n(6)1993年IEC61158-2物理層規(guī)范通過表決成為國際標準，但關(guān)鍵的鏈路層因與Profibus有分歧，遭到德國與歐洲一些小國的抵制而未獲通過，理由是LAS(鏈路活動調(diào)度器Linkage Active Scheduler)沒有冗余。n(7)1993年WorldFIP成立。WorldFIP是世界工廠儀表協(xié)議 (World Factory Instrumentation protocol)簡稱。它基于法國的FIP,它也有100多家公司參加,由Hon

30、eywell公司牽頭。n(8)1994年6月，ISPISP與與WorldFIPWorldFIP感到二大陣營旗鼓相當，誰也勝不了誰，于是握手言和，合并成為現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線基金會 (FieldbusFoundation)簡稱FF，它推出的基金會現(xiàn)場總線(FoundationFieldbus)也簡稱FF，但前者代表一個組織;而后者代表現(xiàn)場總線。二者不可混淆起來。當時，WorldFIP的北美部分參加了現(xiàn)場總線基金會FF，但WorldFIP的歐洲部分仍保持獨立。n(9)1994年因FF已成立，IFC解散了?，F(xiàn)場總線基金會FF成立以后，現(xiàn)場總線國際標準理應(yīng)順利產(chǎn)生，但事實并非如此。n(10)1996

31、年12月30日，對經(jīng)過改進后的鏈路層又進行了一次投票表決，但還是因為與還是因為與ProfibusProfibus不不一致而遭到德國與一些歐洲小國家的反對一致而遭到德國與一些歐洲小國家的反對，投票結(jié)果是贊成率為75，理應(yīng)通過;但反對率為27，超過了25，又不能通過。n對數(shù)據(jù)鏈路層標準進行重新表決，投票截止日期為1997年10月31日。n1998年2月20日由執(zhí)委會的15個成員國投票表決，這樣就便鏈路層及應(yīng)用層的4個規(guī)范及服務(wù)定義 (IEC61158-3-6)進人了FDIS階段，如果這次表決成功，就成為國際標準了。n(11)1998年9月30日經(jīng)過投票表決，結(jié)果是68贊成，32反對，由于反對率又超

32、過25,因此又被否決了。1998年10月在IEC/TC65于美國休斯敦召開的年會上，IEC/SC65/WG6組長RHCaro以投反對票中的6個國家 (丹麥、波蘭、斯洛伐克、羅馬尼亞、盧森堡與捷克)所附的意見為非技術(shù)性意見為由，要求TEC在統(tǒng)計最終投票表決結(jié)果時， 不計入上述6國的反對票。1998年11月SC65秘書長向IEC/65C各成員國發(fā)出“65C/210/ Q”文件，要求各成員國對上述6個國家的反對意見是否有技術(shù)理由進行表態(tài)，再次投票 進行表決，若有50%以上的國家支持不計入這6個國家的反對票，則就可以通過成為國 際標準。1999年1月投票結(jié)果為15票贊成，9票反對，2票缺席，1票棄權(quán)，

33、此結(jié)果向 IEC有關(guān)部門報告，以期作出最后的裁決。n(12)1999年6月15日TEC執(zhí)委會作出決議，即修改現(xiàn)有技術(shù)報告包括構(gòu)筑不同框架的協(xié)議以及其所需的服務(wù)，并且至少應(yīng)包括一種其他協(xié)議，在4個月內(nèi)作為FDIS遞交投票。執(zhí)委會同意省略CDV階段以滿足目標設(shè)定時間，并提出若4個月后有可能準備不好文件，或在投票階段最后投票失敗，現(xiàn)有的技術(shù)報告 (指FF的HI)將轉(zhuǎn)化為IEC標準。n(13)2000年7月SC65/Wm在加拿大渥太華召開了現(xiàn)場總線標準制定工作會議，會議決定保留IEC技術(shù)報告并作為類型1，其他行規(guī)將按照技術(shù)報告的格式作為類型2-8加人IEC61158。n (14)2000年底對IEC6

34、1158進行了投票表決。根據(jù)2000年1月4日IEC中央辦公室公布投票表決的結(jié)果，顯示經(jīng)過修改后的IEC61158己正式獲得通過。投票情況如下:P成員國投票99個，95票贊成，4票反對 (法國、加拿大、日本與俄羅斯)，1票棄權(quán) (意大利)。長達15年之久的，環(huán)繞著國際標準的現(xiàn)場總線大戰(zhàn)以妥協(xié)而告終，結(jié)果是出現(xiàn)了多種多種標準。標準。六、現(xiàn)有的現(xiàn)場總線國際標準n2004年4月，IEC公布了現(xiàn)場總線標準第三版（即IEC61158 Ed3），規(guī)定了10種類型的現(xiàn)場總線，分別是：nType1 TS61158 現(xiàn)場總線nType2 ControlNet 和 Ethernet/IP 現(xiàn)場總線nType3 P

35、rofibus現(xiàn)場總線nType4 P-NET現(xiàn)場總線nType5 FF HSE現(xiàn)場總線nType6 Swift-Net 現(xiàn)場總線nType7 WorldFIP現(xiàn)場總線nType8 INTERBUS現(xiàn)場總線nType9 FF H1現(xiàn)場總線nType10 PROFInet現(xiàn)場總線七、產(chǎn)生多標準的原因n(1)各種現(xiàn)場總線都是受國際上一些處于壟斷地位的跨跨國大公司國大公司所支持。n(2)跨國大公司為了他們的長遠利益和保持他們的壟斷地位又不得不去開發(fā)現(xiàn)場總線，以領(lǐng)導(dǎo)新潮流。n(3)有的公司早期投人大量資金使得產(chǎn)品問世較早。n(4)一些小國家在技術(shù)上和經(jīng)濟上很大程度地依賴于一些跨國的大公司。n(5)IE

36、C是多極化的組織，其代表都來自各個國家的一些大公司，不可避免地出現(xiàn)斗爭的復(fù)雜性和反復(fù)性。1.5 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀n（1）多種總線共存多種總線共存n（2）每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域n（3）每種總線各有其國際組織國際組織n（4）每種總線均有其支持背景支持背景n（5）設(shè)備制造商參加多個總線組織多個總線組織n（6）多種總線均作為國家和地區(qū)標準n（7）協(xié)調(diào)共存n（8）工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)引入工業(yè)領(lǐng)域八. 多種現(xiàn)場總線標準并存帶來的問題 n現(xiàn)場總線自出現(xiàn)以來，一直以開放性、全數(shù)字化開放性、全數(shù)字化、互可操作性、智能化、互可操作性、智能化等特點著稱，用戶對現(xiàn)場總線的應(yīng)用與推廣充滿信心。而現(xiàn)場總線標準的門戶

37、之爭日見白熱化，多種現(xiàn)場總線互不兼容，不同協(xié)議的產(chǎn)品之間無法實現(xiàn)高速的實時數(shù)據(jù)傳輸，“自動化孤島現(xiàn)象并未真正得到解決。而且近20年的標準之爭和市場大戰(zhàn)最終形成了多種標準共存的局面，這種情況無論在技術(shù)層面還是市場層面都給用戶帶來了疑問和困惑。 （1）多標準共存與現(xiàn)場總線的開放性相背離多標準共存與現(xiàn)場總線的開放性相背離n 一般認為DCS和PLC屬于封閉性系統(tǒng)，而FCS是開放性系統(tǒng)，所以它一出現(xiàn)就受到用戶的肯定。但實際上FCS的開放性是針對自己來說是開放的，異種現(xiàn)場總線之間卻不是開放的。因此，多種標準現(xiàn)場總線的共存使得現(xiàn)場總線事實上并不具備開放性的特點。（2）多標準共存難以體現(xiàn)現(xiàn)場總線的互操作性多標

38、準共存難以體現(xiàn)現(xiàn)場總線的互操作性 現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，一個制作商不可能提供生產(chǎn)過程的全部設(shè)備，同時，用戶也不希望受制于某一個制作商。現(xiàn)場總線的主要特點之一互可操作性無疑受到用戶青睞，但現(xiàn)有的10種現(xiàn)場總線國際標準中，不同種類的現(xiàn)場級現(xiàn)場總線之間是不能進行互操作的。雖說可以通過網(wǎng)關(guān)（Gateway）通信或通過OPC協(xié)議進行互操作，但這種互操作不能直接在現(xiàn)場儀表間進行，而且不能滿足系統(tǒng)對實時性的要求。 （3）現(xiàn)場總線的局限性現(xiàn)場總線的局限性過程控制層PCS（Process Control System）包含了現(xiàn)場總線；中間的制造執(zhí)行層MES（Manufacturing Execution Syste

39、m）主要用于監(jiān)控、優(yōu)化和調(diào)度，在管控一體化中起到承上啟下的作用；最上層是企業(yè)資源規(guī)劃管理層ERP（Enterprise Resource Planning）用于企業(yè)的計劃、銷售、庫存、財務(wù)、人事及企業(yè)的經(jīng)營、管理和決策等。（4）多標準共存阻礙現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣多標準共存阻礙現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣 目前的現(xiàn)場總線國際標準IEC61158 Ed3規(guī)定中7類經(jīng)典現(xiàn)場總線，它們各具特點，但又都有不足之處，沒有一種能覆蓋所有的應(yīng)用范圍。因此，可以說多標準形同無標準，在這種情況給儀表制造商、設(shè)計部門和用戶帶來了很大不便。用戶要隨時注意國際上各種現(xiàn)場總線及相關(guān)技術(shù)的動態(tài)，承擔著由國際標準的變化給用戶帶來的風險，這種態(tài)勢使得一些打算進行技術(shù)改造的企業(yè)處于觀望狀態(tài)，這樣勢必影響現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣。AIAO DIDO總線