第4章 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)

1、安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程1第4章 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)周鳴爭安徽工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程2主要內(nèi)容1 概述2 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)3 FCS的軟件結(jié)構(gòu)4 FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)5 FCS的布線與安裝6 FCS的發(fā)展趨勢安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程31 概 述第4章 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程41 現(xiàn)場總線的定義 應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行數(shù)字通信的總線，也有把它稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 現(xiàn)場總線是工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的代名詞

2、，是測控領(lǐng)域的通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題，所以現(xiàn)場總線既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是自控網(wǎng)絡(luò)。 概 述安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程5（1）ISA SP50（美國儀表協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)）中對現(xiàn)場總線的定義 現(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路，它溝通了過程控制領(lǐng)域的基本控制設(shè)備（即場地級設(shè)備）之間以及與更高層次自動控制領(lǐng)域的自動化控制設(shè)備（即車間級設(shè)備）之間的聯(lián)（2）國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會FF的定義 現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的

3、通信網(wǎng)絡(luò)概 述安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程6現(xiàn)場總線的本質(zhì)特征 現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián) 互操作性 分散功能塊 通信線供電 開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)概 述安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程7概 述安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程8概 述2 發(fā)展歷程： 現(xiàn)場總線技術(shù)的開發(fā)始于20世紀(jì)80年代但對該項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)之熱是近年之舉。n與PLC同時出現(xiàn)的Culter-Hammer推出的Directrol安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程9概 述 由于行業(yè)、地域、經(jīng)濟(jì)利益等多種原因，本應(yīng)是唯一的一個標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、開放互連的控制通信網(wǎng)絡(luò)，目前情況卻是在不同領(lǐng)域形成多

4、個頗具影響力的總線標(biāo)準(zhǔn)。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程10 概 述安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程11概 述安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程12（2）最早成為國際標(biāo)準(zhǔn)的是CAN，它屬于ISO標(biāo)準(zhǔn)：ISO11898 （3）IEC/17B為負(fù)責(zé)制定低壓開關(guān)裝置與控制裝置用控制設(shè)備之間的接口標(biāo)準(zhǔn)的組織,已通過的IEC 62026國際標(biāo)準(zhǔn)包括：第2部分ASI、第3部分 DeviceNet、第4部分智能分布式系統(tǒng)SDS（Smart Distributed System）、第5部分Seriplex （4）其它有實(shí)力、有發(fā)展前景的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 工業(yè)以太網(wǎng)；LonW

5、orks；Modbus；藍(lán)牙、無線局域網(wǎng)；消費(fèi)電子總線CEBus；光總線等； （過渡型總線HART）概 述安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程135 5 特點(diǎn)特點(diǎn)（1）技術(shù)特點(diǎn) 系統(tǒng)的開放性 互操作性和互用性 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 一對N結(jié)構(gòu) 可控狀態(tài) 互換性 綜合功能 統(tǒng)一組態(tài)概 述安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程14（2）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 節(jié)省硬件數(shù)量與投資 節(jié)省安裝費(fèi)用 節(jié)省維護(hù)開銷 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán) 提高了信號的測量、控制和傳輸精度概 述安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程152 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)第4章 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)安徽工程

6、大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程161 1 定義定義 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)亦稱現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System, FCS），是由現(xiàn)場總線和現(xiàn)場設(shè)備組成的控制系統(tǒng)，這是繼電式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS后的新一代控制系統(tǒng)。2組成 （1）從物理結(jié)構(gòu)來看，現(xiàn)場總線系統(tǒng)有兩個主要組成部分：現(xiàn)場設(shè)備和傳輸介質(zhì)，其中現(xiàn)場設(shè)備由現(xiàn)場微處理芯片及外圍電路構(gòu)成，傳輸介質(zhì)可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖等 （2）現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，如總線型、環(huán)型、樹型、星型、菊花鏈型等現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究

7、生課程研究生課程17現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程18現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)（3）從系統(tǒng)層次看FCS由以下部分組成u控制系統(tǒng)：監(jiān)控組態(tài)軟件、維護(hù)軟件仿真軟件等；u測量系統(tǒng)：完成參數(shù)測量；u設(shè)備管理系統(tǒng)：提供設(shè)備自身及過程的診斷、管理信息。u網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)u數(shù)據(jù)庫（4）從功能結(jié)構(gòu)上看，F(xiàn)CS由設(shè)備層、回路控制層、現(xiàn)場優(yōu)化控制層和現(xiàn)場管理層組成。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程19現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)操作站模擬量輸出功能塊控制功能塊H1現(xiàn)場總線差壓變送 器模擬量輸入功能塊PIDI10 .AOI10AI110H1H1網(wǎng)橋H2現(xiàn)場總線 . 現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)服務(wù)器LAN（局域網(wǎng)

8、）FCS結(jié)構(gòu)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程20現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)3 3 現(xiàn)場總線設(shè)備的類型現(xiàn)場總線設(shè)備的類型（1）臨時設(shè)備 工作在現(xiàn)場總線上的設(shè)備，占用一個地址。（2）靜態(tài)塊現(xiàn)場設(shè)備 包含功能塊應(yīng)用的設(shè)備，占用一個永久地址。（3）靜態(tài)塊現(xiàn)場設(shè)備 具有靜態(tài)塊現(xiàn)場設(shè)備的功能，同時有對功能塊進(jìn) 行動態(tài)安裝或刪除的能力。（4）接口設(shè)備 完成設(shè)備之間的接口功能，不包含功能塊應(yīng)用進(jìn)程。（5）監(jiān)視設(shè)備 監(jiān)聽數(shù)據(jù)傳送不能向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程214 4 現(xiàn)場總線的協(xié)議現(xiàn)場總線的協(xié)議 現(xiàn)場總線一般采用國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）協(xié)議，OSI協(xié)

9、議是為計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)而制定的7層參考模型，只要網(wǎng)絡(luò)中所有要處理的要素都是通過共同的路徑進(jìn)行通信的，那么不管它是不是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都可以使用該協(xié)議 各廠家在實(shí)際制定自己的通信協(xié)議時，往往依據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同，僅實(shí)現(xiàn)該7層協(xié)議的子集現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程22現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場總線通信協(xié)議有如下要求： 通信介質(zhì)的多樣性：支持多種通信介質(zhì)，以滿足不同現(xiàn)場環(huán)境的要求。實(shí)時性：信息的傳輸不允許有較大時延或時延的不確定性。 信息的完整性、精確性：要確保通信質(zhì)量。 可靠性：具備抗各種干擾的能力和完善的檢錯、糾錯能力。 可互操作性：不同制造商制造的現(xiàn)場儀表可在同一總線上互相通信和

10、操作。 數(shù)字特征：數(shù)據(jù)在各設(shè)備間以及網(wǎng)絡(luò)上以0或1的數(shù)字信息串行地進(jìn)行傳輸。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程233 FCS的軟件結(jié)構(gòu)第4章 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程24FCS的軟件結(jié)構(gòu)1 FCS1 FCS軟件的組成軟件的組成 FCS軟件一般包含有 實(shí)施時數(shù)據(jù)庫 組態(tài)軟件（通信組態(tài)、控制組態(tài)、監(jiān)控軟件） 維護(hù)軟件 仿真軟件 現(xiàn)場設(shè)備管理軟件安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程25FCS的軟件結(jié)構(gòu)2 2 實(shí)時數(shù)據(jù)庫實(shí)時數(shù)據(jù)庫 實(shí)時數(shù)據(jù)庫作為其它應(yīng)用軟件平臺和現(xiàn)場儀表、控制器和數(shù)據(jù)收集器，負(fù)責(zé)實(shí)時數(shù)據(jù)的讀寫、管理、歸檔和維護(hù)。3 3 組態(tài)

11、軟件組態(tài)軟件 組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，擁有豐富的工具箱、圖庫和操作向?qū)?，使系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體的計(jì)算機(jī)語言，只需通過可視化的組態(tài)方式，就可完成控制策略的設(shè)計(jì)。已成為監(jiān)控系統(tǒng)主要的軟件開發(fā)工具之一。以控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，配以成熟的組態(tài)軟件，是目前控制領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程26FCS的軟件結(jié)構(gòu) FCS組態(tài)包括硬件和軟件組態(tài)。 硬件組態(tài)包括操作員站的選擇及硬件配置、控制站的選擇等； 軟件組態(tài)包括基本配置組態(tài)和應(yīng)用軟件組態(tài)。基本配置組態(tài)是給系統(tǒng)一個配置信息；應(yīng)用軟件組態(tài)包括控制策略組態(tài)和控制算法組態(tài)

12、。 系統(tǒng)監(jiān)控軟件組態(tài)的任務(wù)就是完成應(yīng)用軟件的組態(tài)。 （1）控制策略組態(tài)的功能 提供多種器件庫以及圖形控制和功能組件（如PID等）； 可組態(tài)各種顯示功能；完成信息的顯示、記錄與處理 創(chuàng)建畫面，提供友好的人機(jī)界面。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程27FCS的軟件結(jié)構(gòu)（2 2）控制算法組態(tài)）控制算法組態(tài) 其組態(tài)方法是把用戶常用的一些算法，編成一個個功能模塊存儲在系統(tǒng)中，用戶根據(jù)需要從模塊庫中選取所需的功能模塊和連接線，構(gòu)成系統(tǒng)的控制回路。 控制算法組態(tài)在用戶編輯完成系統(tǒng)的控制回路后，在進(jìn)行編譯生成相應(yīng)的組態(tài)目標(biāo)文件，即執(zhí)行信息文件。把該文件讀入內(nèi)存，即可在控制站上運(yùn)行。因此，算法模塊編

13、寫的是否合理，以及編譯器的功能是否完善都影響到系統(tǒng)性能。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程28FCS的軟件結(jié)構(gòu)4 監(jiān)控系統(tǒng)軟件（1）功能 提供系統(tǒng)的人機(jī)接口 構(gòu)成工業(yè)過程的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場進(jìn)行操作與監(jiān)控。 實(shí)現(xiàn)與信息管理網(wǎng)絡(luò)的互連。 實(shí)時趨勢顯示與事件報警。（2）組成 組態(tài)開發(fā)平臺軟件：具有流程頁面組態(tài)、動態(tài)報表組態(tài)、工藝參數(shù)報警組態(tài)、實(shí)時數(shù)據(jù)趨勢、動畫定義、數(shù)據(jù)顯示等。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程29FCS的軟件結(jié)構(gòu)運(yùn)行平臺軟件：對組態(tài)開發(fā)平臺所產(chǎn)生的工程文件進(jìn)行解釋并執(zhí)行。遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件：實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程傳輸、顯示、處理與控制（如Web)安徽工程大學(xué)安徽工程大

14、學(xué) 研究生課程研究生課程304 FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)第4章 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程311 FCS1 FCS軟件模塊的類型軟件模塊的類型 在FCS系統(tǒng)中。采用功能塊作為描述控制策略的基本方法，從用戶角度看，F(xiàn)CS中有如下三種軟件模塊：（1）功能塊功能塊：提供一個通用的結(jié)構(gòu)來規(guī)定輸入、輸出、算法和控制參數(shù)；把輸入?yún)?shù)通過這種模塊化的函數(shù)，轉(zhuǎn)化為輸出參數(shù)。實(shí)現(xiàn)基本的自動化功能。常見的有：AI、PID、AO、AR等。（2）轉(zhuǎn)換塊轉(zhuǎn)換塊：將功能塊與I/O設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行器等）隔離開來，它通過與設(shè)備獨(dú)立的接口來訪問I/O設(shè)備。將I/O數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為與I/O設(shè)備無

15、關(guān)的表達(dá)方式。同時完成I/O數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)和線性化功能。FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程32（3）資源塊：用于定義功能塊應(yīng)用的一些硬件特性。將功能塊與實(shí)際的物理硬件隔離，提供一套與硬件參數(shù)無關(guān)的執(zhí)行過程。2 功能塊的屬性功能塊的屬性（1）按信息類型分： 輸入屬性：來自操作員、現(xiàn)場設(shè)備或者其它功能塊輸入到本功能塊的值。 輸出屬性：本功能塊的輸出值 內(nèi)合屬性：僅在功能塊內(nèi)部所使用的，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、控制策略以及狀態(tài)表達(dá)的一組參數(shù)。 方式屬性：用于表達(dá)功能塊工作方式的屬性。FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程33（2）按存儲方式分：按存儲

16、方式分： 動態(tài)屬性：由功能塊的算法計(jì)算出來的值具有動態(tài)屬性。這類屬性的值在斷電時不需保存，電源恢復(fù)時可重新計(jì)算。 靜態(tài)屬性：靜態(tài)屬性的值具有確定的值。斷電時必須保存。電源恢復(fù)時重新使用。 非易失屬性：非易失屬性的值是按一定頻率改寫的值。斷電時必須將其最新的值保存在設(shè)備中。 每一個屬性都可以按照一定的數(shù)據(jù)格式在用于控制、趨勢、報警以及診斷的功能塊之間進(jìn)行傳輸。3 3 功能塊的工作方式功能塊的工作方式FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程34 工作方式?jīng)Q定了功能塊由誰來控制以及進(jìn)行什么樣的控制。有時也決定了信息的處理方法和信息來源。一般有如下7種： （1）離線方式（

17、O/S）：功能塊停止運(yùn)算。輸出保持離線前的值或者預(yù)先設(shè)置的安全值?，F(xiàn)場總線上所有的功能塊都支持這種方式。 （2）初始化手動（Iman)：該方式下功能塊的輸出跟隨外部跟蹤信號。 （3）本地超馳（LO)：應(yīng)用于控制或者輸出功能塊，以便跟蹤某一信號。在該方式下，功能塊的輸出被設(shè)置為跟蹤輸入?yún)?shù)值。FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程35 （4）手動(Man）：功能塊的輸出不是控制算法計(jì)算出來的，而是操作員手動設(shè)置的。 （5）自動（Auto）：功能塊采用本身的給定值（內(nèi)給定），以及預(yù)定的控制算法來計(jì)算功能塊的輸出。本地給定值可以由操作員通過接口設(shè)備輸入。 （6）串級（

18、Cas）：功能塊的輸出按功能塊的正常功能進(jìn)行運(yùn)算。如果該塊有給定值，那么該給定值通過功能塊連接來自另一個功能塊。在該方式下，操作員不能改變給定值。 （7）遠(yuǎn)方串級(Raas）：功能塊的輸出按功能塊的正常功能進(jìn)行運(yùn)算。如果該塊有給定值，那么該給定值來自另一個控制設(shè)備。FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程36FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn) 通常將需要確定功能塊所希望的工作方式稱為正常方式。而將功能塊實(shí)際所處的方式稱為實(shí)際方式。將功能塊在實(shí)際運(yùn)行時允許出現(xiàn)的方式稱為允許方式。當(dāng)將功能塊的工作方式從一種方式切換到另一種方式，則將后一種方式稱為目標(biāo)方式。目標(biāo)方式可以手動設(shè)置也

19、可以在運(yùn)行期間由另一個功能塊設(shè)置。目標(biāo)方式必須包含在允許方式中，否則不允許設(shè)置。初始化手動和本地超馳方式不能設(shè)置為目標(biāo)方式。 一個功能塊對象被組態(tài)時，它的默認(rèn)方式是離線方式。當(dāng)功能塊組態(tài)完成之后，最終的有效目標(biāo)方式將會被重新啟動。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程37FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)輸入獲取處理算法輸出獲取執(zhí)行控制功能塊控制輸入?yún)?shù)輸入?yún)?shù)（從其它（從其它功能塊連功能塊連接過來）接過來）輸出參數(shù)輸出參數(shù)（連接到其（連接到其它功能塊）它功能塊）內(nèi)含參數(shù)內(nèi)含參數(shù)事件輸入事件輸出4 4 功能塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與連接功能塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與連接（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程

20、研究生課程38FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)（2）連接變換塊1功能塊1觀測表傳感器1趨勢對象安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程395 FCS的布線與安裝第4章 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程401 FCS1 FCS的設(shè)計(jì)步驟的設(shè)計(jì)步驟（1）確定控制方案（2）根據(jù)方案選擇現(xiàn)場智能儀表（3）選擇總線網(wǎng)絡(luò)及器件（4）選擇開發(fā)組態(tài)軟件（5）根據(jù)控制策略，分配功能塊位置；（6）通過組態(tài)軟件完成功能塊之間的連接（7）根據(jù)功能塊的要求，確定各功能塊相應(yīng)參數(shù)（8）網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，分配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)號，決定鏈路活動的主管（9）下載組態(tài)信息，并啟動現(xiàn)場總線系統(tǒng)運(yùn)行。FCS的布線與安裝安徽

21、工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程41FCS的布線與安裝2布線與安裝 現(xiàn)場總線對傳輸線的電氣特性有一些特殊的要求。現(xiàn)場總線裝置是通過總線供電的，需要考慮如何避免電源對數(shù)字信號傳輸所造成的影響（1）FCS的網(wǎng)絡(luò)部件現(xiàn)場總線上連接的部件除了各種各樣的現(xiàn)場總線設(shè)備，還包含如下一些輔助部件：電源現(xiàn)場總線電源分為4種：安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程42FCS的布線與安裝 非本安的現(xiàn)場總線電源 電源調(diào)理器和標(biāo)準(zhǔn)電源一起使用 非本安的現(xiàn)場總線電源外接本安柵 本質(zhì)安全的現(xiàn)場總線電源 用總線供電的現(xiàn)場設(shè)備，應(yīng)確保有足夠的電壓驅(qū)動配置網(wǎng)段時應(yīng)考慮以下情況： 每個設(shè)備的功耗情況； 設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)

22、中的位置； 電源在網(wǎng)絡(luò)中的位置； 每段電纜的阻抗； 電源的電壓；安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程43FCS的布線與安裝電源阻抗器 電源阻抗器接在電源與現(xiàn)場總線之間，防止電源將現(xiàn)場總線上的信號短路，還可以調(diào)整電源電壓，實(shí)現(xiàn)主電源與后備電源之間的自動無擾切換。終端器 終端器是在現(xiàn)場總線傳輸媒體的末端。每個網(wǎng)段有且只能有2個終端器，分別接在該段的兩端，有時一個放在電源阻抗器或安全柵中。它有兩個功能： 電流/電壓轉(zhuǎn)換 防止信號反射，提高信息傳輸可靠性。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程44FCS的布線與安裝電纜 一般推薦使用屏蔽雙絞線。電纜的允許長度與電纜的類型有關(guān)。其中IE

23、C/ISA物理層標(biāo)準(zhǔn)中指定的電纜類型如下表，推薦使用A、B型。電纜型號特性規(guī)格號最大長度A型屏蔽雙絞線（31.25kbs）#18AWG1900mB型多股屏蔽雙絞線H1（31.25kbs）#22AWG1200mC型非屏蔽雙絞線（31.25kbs）#22AWG400mD型多芯屏蔽線（31.25kbs）#16AWG200m安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程45FCS的布線與安裝（2）布線與安裝電纜總長度的限制 這些限制主要取決于電纜的類型、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和掛接設(shè)備的數(shù)量與類型?？傞L度是指干線長度與支線長度之和。在混合使用不同電纜時一般要求： L1/L1max+L2/L2max+Ln/Ln

24、max1PC機(jī)控制器設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備3干線支線1支線2支線3設(shè)備4安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程46FCS的布線與安裝 分支線越短越好，分支的總長度取決于分支數(shù)目和每個分支上的設(shè)備個數(shù)，建議按下表取值。設(shè)備總數(shù)設(shè)備總數(shù)1 1個設(shè)備個設(shè)備/ /分支分支2 2個設(shè)備個設(shè)備/ /分支分支3 3個設(shè)備個設(shè)備/ /分支分支4 4個設(shè)備個設(shè)備/ /分支分支25321m1m1m1m192430m1m1m1m151860m30m1m1m131490m60m30m1m112120m90m60m30m安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程47FCS的布線與安裝網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充 如果網(wǎng)絡(luò)總線長度超

25、過1900米，使用中繼器進(jìn)行擴(kuò)充。但在任何兩個設(shè)備之間最多可以使用4個中繼器（受現(xiàn)場總線物理層協(xié)議中前導(dǎo)碼個數(shù)的限制），構(gòu)成5個網(wǎng)段?？傻玫?500米總長。屏蔽、接地與極性 當(dāng)使用屏蔽電纜時，要將各支線的屏蔽與干線的屏蔽連接在一起，最后集中于一點(diǎn)進(jìn)行接地。屏蔽層不能當(dāng)作電源線。 在總線供電的網(wǎng)絡(luò)中，信號電壓是疊加在供電的直流電壓之上，應(yīng)將所有設(shè)備當(dāng)作有極性的要求，雙絞線和所有的連接點(diǎn)都應(yīng)注明極性。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程48FCS的布線與安裝本質(zhì)安全 本質(zhì)安全技術(shù)是在易燃易爆環(huán)境下使用電氣設(shè)備時保證安全的一種方法。其基本思想是限制電氣設(shè)備中的能量，使其所產(chǎn)生的電火花或發(fā)熱

26、量不足以點(diǎn)燃易燃易爆物質(zhì)。因此現(xiàn)場總線需要使用專用的安全柵或電流隔離器。對本質(zhì)安全系統(tǒng)，由每個安全柵引出的現(xiàn)場總線只能安裝26臺設(shè)備 電流隔離器采用了變壓器或光/電隔離器，將危險場所的電路與地完全隔離。 安全柵和電流隔離器一般是不允許安裝在危險場所的位于危險場所的終端器必須是本質(zhì)安全的，對于電纜的電氣特性都有一定的要求。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程49FCS的布線與安裝在線安裝與拆除 在拆除現(xiàn)場設(shè)備時，應(yīng)注意避免總線的短路、碰屏蔽或接地。 把一個現(xiàn)場設(shè)備在線連接到總線上，應(yīng)按照以下步驟進(jìn)行： 在工作室將設(shè)備與帶有系統(tǒng)組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)連接； 為該設(shè)備分配一個標(biāo)簽。 將設(shè)備拆下計(jì)

27、算機(jī)，安裝到現(xiàn)場與正在工作的現(xiàn)場總線連接。 把組態(tài)下載到該設(shè)備上。啟動工作。 安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程50FCS的布線與安裝實(shí)際安裝的一些要求 選擇類型恰當(dāng)、尺寸合理的電纜； 從整體上確定連接箱的位置； 合理地選擇每網(wǎng)段上的電源和終端器 盡量將同一個控制回路的設(shè)備安排在同一網(wǎng)段上； 總線網(wǎng)段或各支線網(wǎng)段不宜過長； 同一網(wǎng)段上不宜接過多的設(shè)備； 避免多級配線； 通信速度不同的設(shè)備不能連接在同一網(wǎng)段上； 非現(xiàn)場設(shè)備不允許連接在現(xiàn)場總線上； 在查找故障時，應(yīng)使用高阻抗的儀表。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程516 FCS的發(fā)展趨勢第4章 現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)安徽工程大

28、學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程52FCS的發(fā)展趨勢1.注重系統(tǒng)開放性，封閉、自成一體的系統(tǒng)定會消亡。2.注重應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)備間的互操作性n早期的總線技術(shù)多注重在通信協(xié)議上，而近年來其技術(shù)發(fā)早期的總線技術(shù)多注重在通信協(xié)議上，而近年來其技術(shù)發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)向應(yīng)用與用戶層的相關(guān)規(guī)范，如設(shè)備描述、標(biāo)準(zhǔn)功展逐漸轉(zhuǎn)向應(yīng)用與用戶層的相關(guān)規(guī)范，如設(shè)備描述、標(biāo)準(zhǔn)功能塊等。能塊等。n應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)備間的互連不只要完成數(shù)據(jù)通信，還要構(gòu)成控應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)備間的互連不只要完成數(shù)據(jù)通信，還要構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)，形成測量控制應(yīng)用系統(tǒng)，而制網(wǎng)絡(luò)，形成測量控制應(yīng)用系統(tǒng)，而應(yīng)用與用戶層規(guī)范與設(shè)應(yīng)用與用戶層規(guī)范與設(shè)備間的互可操作性直接相關(guān)備間的互可操作性直接相關(guān)。設(shè)備間的互操作依靠應(yīng)用層協(xié)設(shè)備間的互操作依靠應(yīng)用層協(xié)議議nCANCAN是封裝在芯片中的通信協(xié)議；是封裝在芯片中的通信協(xié)議；n485485只是物理層的電氣接口規(guī)范，只是物理層的電氣接口規(guī)范，n由它們構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)還需借助另外的協(xié)議規(guī)范由它們構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)還需借助另外的協(xié)議