習(xí)題課12現(xiàn)場總線

1、燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院現(xiàn)場總線習(xí)題課1-2 主講人：何主講人：何 群群燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院1、什么是現(xiàn)場總線？、什么是現(xiàn)場總線？ 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)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)備與控制裝置之間進(jìn)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)、數(shù)字式備與控制裝置之間進(jìn)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)、數(shù)字式的數(shù)據(jù)交換的通信技術(shù)。的數(shù)據(jù)交換的通信技術(shù)。燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院2、與、與DCS系統(tǒng)相比，系統(tǒng)相比，F(xiàn)CS有哪些特點(diǎn)？有哪些優(yōu)越性？有哪些特點(diǎn)？有哪些優(yōu)越性？ 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)：現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)： （1）系統(tǒng)的開放性）系統(tǒng)的開放性

2、通信協(xié)議公開，各不同廠商的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換。通信協(xié)議公開，各不同廠商的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換。 （2）互可操作性與互用性）互可操作性與互用性 互可操作性是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；而互互可操作性是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；而互用性則意味著不同制造商性能類似的設(shè)備可進(jìn)行更換，實(shí)現(xiàn)相互替用性則意味著不同制造商性能類似的設(shè)備可進(jìn)行更換，實(shí)現(xiàn)相互替換。換。 （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 將傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場總線將傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場總線設(shè)備中完成。設(shè)備中完成。 （

3、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 現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了可現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了可靠性?？啃浴?（5）對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性）對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等多種傳輸可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等多種傳輸介質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電與通信，并可滿介質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求。足本質(zhì)安全防爆要求。燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)(優(yōu)越性優(yōu)越性) ：（1）F

4、CS實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通信實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通信 DCS采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，通信網(wǎng)絡(luò)分布于各層并采用數(shù)字通信采用層次化的體系結(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)模擬儀表仍然是方式，唯有生產(chǎn)現(xiàn)場層的常規(guī)模擬儀表仍然是對(duì)一模擬信號(hào)對(duì)一模擬信號(hào)(如如420 mA DC)傳輸方式，因此傳輸方式，因此DCS是一個(gè)是一個(gè)“半數(shù)字信號(hào)半數(shù)字信號(hào)”系統(tǒng)。系統(tǒng)。 FCS采用全數(shù)字化、雙向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。從最底層的傳感器、變采用全?shù)字化、雙向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。從最底層的傳感器、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送器和執(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)

5、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(duì)表，采用一對(duì)N連接。連接。 （2）FCS實(shí)現(xiàn)徹底的全分散式控制實(shí)現(xiàn)徹底的全分散式控制 在在DCS中，生產(chǎn)現(xiàn)場的多臺(tái)模擬儀表集中接于輸入輸出單元，每中，生產(chǎn)現(xiàn)場的多臺(tái)模擬儀表集中接于輸入輸出單元，每臺(tái)儀表只有單一的信號(hào)變換功能，而與控制有關(guān)的輸入、輸出、控臺(tái)儀表只有單一的信號(hào)變換功能，而與控制有關(guān)的輸入、輸出、控制、運(yùn)算等功能塊都集中于制、運(yùn)算等功能塊都集中于DCS的控制站內(nèi)。從這個(gè)意義上講，的控制站內(nèi)。從這個(gè)意義上講，DCS只是一個(gè)只是一個(gè)“半分散半分散”系統(tǒng)。系統(tǒng)。 F

6、CS廢棄了廢棄了DCS的輸入輸出單元，由現(xiàn)場儀表取而代之，即把的輸入輸出單元，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)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。從而構(gòu)成虛擬控制站，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。字儀表。從而構(gòu)成虛擬控制站，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院（3）FCS實(shí)現(xiàn)不同廠商產(chǎn)品互聯(lián)、互操作實(shí)現(xiàn)不同廠商產(chǎn)品互聯(lián)、互操作DCS系統(tǒng)的硬件、軟件甚至現(xiàn)場級(jí)設(shè)備都是各制造商自行研制開系統(tǒng)的硬件、軟件甚至現(xiàn)場級(jí)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，彼此難以發(fā)的，不同廠商

7、的產(chǎn)品由于通信協(xié)議的專有與不兼容，彼此難以互聯(lián)、互操作。而互聯(lián)、互操作。而FCS的現(xiàn)場設(shè)備只要采用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，不同的現(xiàn)場設(shè)備只要采用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，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)傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性。控制層的封閉性和專用性。FCS允許用戶選用各制造商允許用戶選用各制造商性能價(jià)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。性能價(jià)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。（4）FCS增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性 FCS采用總線連接方式替代傳統(tǒng)的采用總線連接方

8、式替代傳統(tǒng)的DCS一對(duì)一的一對(duì)一的I/O連線，對(duì)于大連線，對(duì)于大規(guī)模的規(guī)模的I/O系統(tǒng)來說，減少了系統(tǒng)來說，減少了DCS由接線點(diǎn)造成的不可靠因素。同由接線點(diǎn)造成的不可靠因素。同時(shí)，數(shù)字化的現(xiàn)場設(shè)備替代模擬儀表，時(shí)，數(shù)字化的現(xiàn)場設(shè)備替代模擬儀表，F(xiàn)CS具有現(xiàn)場設(shè)備的在線具有現(xiàn)場設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、故障診斷、報(bào)警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、參數(shù)修改等工作，因而增強(qiáng)系統(tǒng)的可維護(hù)性。參數(shù)修改等工作，因而增強(qiáng)系統(tǒng)的可維護(hù)性。 燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院（5）FCS降低系統(tǒng)工程成本降低系統(tǒng)工程成本FCS對(duì)于大范圍、大規(guī)模分布式控制系

9、統(tǒng)來說，對(duì)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/O裝置及電纜敷設(shè)費(fèi)用。以每裝置及電纜敷設(shè)費(fèi)用。以每23臺(tái)現(xiàn)場儀表接到一根電纜計(jì)算，平均可減少臺(tái)現(xiàn)場儀表接到一根電纜計(jì)算，平均可減少1/2到到2/3的輸入輸出卡、輸入輸出柜和隔離器等。因此，的輸入輸出卡、輸入輸出柜和隔離器等。因此，現(xiàn)場總線儀表與控制室間的電纜連接和安裝等費(fèi)現(xiàn)場總線儀表與控制室間的電纜連接和安裝等費(fèi)用估計(jì)可節(jié)約用估計(jì)可節(jié)約50。燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院3、何謂現(xiàn)場總線的主設(shè)備、從設(shè)備？、何謂現(xiàn)場總線的主設(shè)備、從設(shè)備？ 可在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備叫做可在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備叫做“總線總線

10、主設(shè)主設(shè)備備”(bus master) 。也就是說，主設(shè)備具備在總線上。也就是說，主設(shè)備具備在總線上主動(dòng)發(fā)起通信的能力，又稱命令者。主動(dòng)發(fā)起通信的能力，又稱命令者。不能在總線上主動(dòng)發(fā)起通信、只能掛接在總線上、不能在總線上主動(dòng)發(fā)起通信、只能掛接在總線上、 對(duì)總線信息進(jìn)行接收查詢的設(shè)備稱為總線對(duì)總線信息進(jìn)行接收查詢的設(shè)備稱為總線從設(shè)備從設(shè)備(bus slaver)，也稱基本設(shè)備。，也稱基本設(shè)備。燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院4、通信系統(tǒng)由哪幾部分組成、通信系統(tǒng)由哪幾部分組成?各自具有什么功能各自具有什么功能?通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)是傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。它一般是傳遞信息所需的一切技

11、術(shù)設(shè)備的總和。它一般由由信息源和信息接收者信息源和信息接收者，發(fā)送、接收設(shè)備，傳輸介質(zhì)發(fā)送、接收設(shè)備，傳輸介質(zhì)幾部幾部分組成。分組成。信息源和接收者是信息的產(chǎn)生者和使用者信息源和接收者是信息的產(chǎn)生者和使用者。發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來將信息源和傳輸媒介匹配起來，即，即將信息源產(chǎn)生的消息信號(hào)經(jīng)過編碼，并變換為便于傳送的將信息源產(chǎn)生的消息信號(hào)經(jīng)過編碼，并變換為便于傳送的信號(hào)形式，送往傳輸媒介。信號(hào)形式，送往傳輸媒介。傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)指指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳遞所經(jīng)媒介發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳遞所經(jīng)媒介。接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成的基本功能是完

12、成發(fā)送設(shè)備的反變換發(fā)送設(shè)備的反變換，即，即進(jìn)行解進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密調(diào)、譯碼、解密等。等。燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院5、差錯(cuò)控制的作用是什么、差錯(cuò)控制的作用是什么? 分布控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是在條件比較惡劣的工業(yè)環(huán)分布控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是在條件比較惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作的，因此，在信息傳輸過程中，各種各樣的境下工作的，因此，在信息傳輸過程中，各種各樣的干擾可能造成傳輸錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤輕則會(huì)使數(shù)據(jù)發(fā)生干擾可能造成傳輸錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤輕則會(huì)使數(shù)據(jù)發(fā)生變化，重則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程事故。因此必須變化，重則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程事故。因此必須采取一定采取一定的措施來檢測錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)統(tǒng)稱為差的措施

13、來檢測錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)統(tǒng)稱為差錯(cuò)控制錯(cuò)控制。 突發(fā)錯(cuò)誤突發(fā)錯(cuò)誤；由突發(fā)噪聲引起的，誤碼連續(xù)成片出現(xiàn)；由突發(fā)噪聲引起的，誤碼連續(xù)成片出現(xiàn)； 隨機(jī)錯(cuò)誤隨機(jī)錯(cuò)誤：由隨機(jī)噪聲引起的，誤碼與其前后的代碼：由隨機(jī)噪聲引起的，誤碼與其前后的代碼是否出錯(cuò)無關(guān)。是否出錯(cuò)無關(guān)。 差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)控制方法： 在傳輸信息中附加冗余度，在傳輸方在傳輸信息中附加冗余度，在傳輸方法中附加冗余度。法中附加冗余度。燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院6、簡述、簡述PROFIBUS三部分的通信模型？三部分的通信模型？燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院PROFIBUS通信模型參照了通信模型參照了ISO/OSI參

14、考模型的第參考模型的第1層層（物理層）和第（物理層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層），其中層（數(shù)據(jù)鏈路層），其中FMS還采用還采用了第了第7層（應(yīng)用層）層（應(yīng)用層）,另外增加了用戶層。另外增加了用戶層。PROFIBUSDP和和PROFIBUSFMS的第的第1層和第層和第2層層相同，相同， PROFIBUS-FMS有第有第7層，層，PROFIBUSDP無無第第7層。層。PROFIBUSPA有第有第1層和第層和第2層，但與層，但與DP/FMS有區(qū)別，無第有區(qū)別，無第7層。層。燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院7、PROFIBUS的總線存取控制中介質(zhì)控制的基本要求？的總線存取控制中介質(zhì)控制的基本要求？（1）主站（）主站（PLC或或PC）間的通信必須使每