現(xiàn)場總線技術簡要概述

第6章現(xiàn)場總線技術簡介－附

IntroductionofFieldBus1/21/20231第5講現(xiàn)場總線技術簡介本講主要內(nèi)容現(xiàn)場總線概述簡介、發(fā)展與趨勢、技術特點、優(yōu)點、FCS現(xiàn)場總線標準七層模型、物理層標準、其它層次協(xié)議目前幾類有影響的現(xiàn)場總線FF、Lonworks、HART、CAN、Profibus等現(xiàn)場總線的應用舉例1/21/20232第5講現(xiàn)場總線技術簡介第一節(jié)Unit1

現(xiàn)場總線簡介IntroductionofFieldBus

1/21/20233第5講現(xiàn)場總線技術簡介本節(jié)主要內(nèi)容現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線發(fā)展背景與趨勢現(xiàn)場總線技術特點現(xiàn)場總線的優(yōu)點現(xiàn)場總線與計算機控制、DCS系統(tǒng)幾個有影響的現(xiàn)場總線標準化組織及標準1/21/20234第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線的發(fā)展與趨勢現(xiàn)場總線的主要技術特點現(xiàn)場總線的優(yōu)點計算機控制系統(tǒng)、DCS、FCS1/21/20235第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-1現(xiàn)場總線簡介（1）現(xiàn)場總線是用于自動化等領域最底層的、具有開放、統(tǒng)一的通信協(xié)議的通信網(wǎng)絡實現(xiàn)微機化的現(xiàn)場測量控制儀表或設備間的雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信現(xiàn)場總線技術現(xiàn)場總線技術把單個分散的儀表或設備變成了網(wǎng)絡的節(jié)點1/21/20236第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-1現(xiàn)場總線簡介（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS以現(xiàn)場總線為紐帶，連接分散的現(xiàn)場儀表或設備，使之成為可以相互溝通信息、共同完成自動控制任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)儀表的不同之處現(xiàn)場總線技術的關鍵使自動控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設備具有通信能力連接成網(wǎng)絡系統(tǒng)1/21/20237第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-1現(xiàn)場總線簡介（3）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的核心現(xiàn)場總線的優(yōu)點適應了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展的趨勢具有的開放性、數(shù)字化、多點通信等功能應用領域不斷擴大1/21/20238第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-2現(xiàn)場總線的發(fā)展與趨勢（1）歷史的回顧具備簡單測量控制功能的就地式氣動儀表氣動、電動單元組合式儀表和集中控制室集中式計算機控制系統(tǒng)計算機集散控制系統(tǒng)DCS現(xiàn)場總線的提出1/21/20239第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-2現(xiàn)場總線的發(fā)展與趨勢（2）現(xiàn)場總線是企業(yè)綜合自動化的發(fā)展需要企業(yè)綜合自動化是企業(yè)必然的選擇與趨勢DCS在實施企業(yè)綜合自動化時的缺陷通信是專用網(wǎng)絡的封閉系統(tǒng)，無互換性現(xiàn)場總線的解決方案基于公開化、標準化，遵守同一協(xié)議規(guī)程的產(chǎn)品具有互換性，可組成在同個系統(tǒng)中1/21/202310第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-2現(xiàn)場總線的發(fā)展與趨勢（3）智能儀表為現(xiàn)場總線的出現(xiàn)奠定了基礎智能化設備的提出模擬通信式的智能設備模擬-數(shù)字混合的智能設備現(xiàn)場總線的出現(xiàn)現(xiàn)場總線標準化的現(xiàn)狀1/21/202311第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-3現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術特點系統(tǒng)的開放性互可操作性與互換性現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性系統(tǒng)結(jié)構的高度分散性對現(xiàn)場環(huán)境的適應性1/21/202312第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-4現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點節(jié)省硬件數(shù)量與投資節(jié)省安裝費用節(jié)省維護開銷用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性提高了系統(tǒng)的可控性和可維護性1/21/202313第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-5現(xiàn)場總線與計算機控制系統(tǒng)、DCS現(xiàn)場設備現(xiàn)場總線技術將基本控制功能已完全下放到現(xiàn)場現(xiàn)場控制系統(tǒng)FCSFCS未來的趨勢1/21/202314第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-6現(xiàn)場總線標準化組織及標準(1)國際電工委員會（IEC）和美國儀表協(xié)會（ISA）IEC/ISA標準現(xiàn)場總線基金會（簡稱FF）采用IEC/ISA標準，未定義的采用自己的FF協(xié)議歐洲智能化作用和測量用戶集團（EIAMUG）1/21/202315第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-1-6現(xiàn)場總線標準化組織及標準(2)LonWorks（LocalOperatingNetwork，局部操作網(wǎng)絡)Profibus（ProcessFieldBus，過程現(xiàn)場總線）HART（HighwayAddressableRemoteTransducer，可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)通路）CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng)）1/21/202316第5講現(xiàn)場總線技術簡介第二節(jié)Unit2

現(xiàn)場總線標準StandardofFieldBus1/21/202317第5講現(xiàn)場總線技術簡介本節(jié)主要內(nèi)容現(xiàn)場總線的七層模型現(xiàn)場總線物理層標準簡介現(xiàn)場總線其它層次協(xié)議簡介1/21/202318第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-2-1現(xiàn)場總線的七層模型ISO/OSI七層參考模型物理層（PhysicalLayer）數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）網(wǎng)絡層（NetworkLayer）傳輸層（TransportLayer）會話層（SessionLayer）表示層（PresentationLayer）應用層（ApplicationLayer）1/21/202319第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-2-2現(xiàn)場總線物理層標準簡介（1）IEC定義的現(xiàn)場總線物理層標準傳輸線媒介媒介的主要區(qū)別物理層提供選擇現(xiàn)場總線是一種實時網(wǎng)絡現(xiàn)場總線物理層的作用是實現(xiàn)最終的信號收發(fā)1/21/202320第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-2-2現(xiàn)場總線物理層標準簡介（2）物理層的編碼方法曼徹斯特Ⅱ（ManchesterⅡ）編碼方法本層的控制信號為：前導碼、幀前定界碼、幀結(jié)束碼前導碼幀前定界碼幀結(jié)束碼現(xiàn)場總線分為高速和低速兩類規(guī)范1/21/202321第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-2-3現(xiàn)場總線其它層次協(xié)議簡介（1）數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）負責總線控制權的獲取，出錯檢查，出錯恢復以及仲裁、規(guī)劃、消息裝幀等鏈接活動調(diào)度器（Linkactivescheduler，LAS）允許一個網(wǎng)絡上有三種功能類型的設備存在基本設備橋鏈接主機1/21/202322第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-2-3現(xiàn)場總線其它層次協(xié)議簡介（2）應用層（ApplicationLayer）負責與用戶層的交互并負責對消息內(nèi)的命令的解釋，應用層取得數(shù)據(jù)并決定它們的組織和意義定義了每個消息的內(nèi)容和支持它們的服務，定義了消息中的每一個比特應用層還完成地址的自動分配用戶層定義了數(shù)據(jù)的類型以及如何使用這些數(shù)據(jù)1/21/202323第5講現(xiàn)場總線技術簡介第三節(jié)Unit3

幾類有影響的現(xiàn)場總線SomeImportantFieldBuses

1/21/202324第5講現(xiàn)場總線技術簡介基金會現(xiàn)場總線（FF）LonWork技術和LON總線HART通信協(xié)議CAN總線Profibus總線InterBus-S總線1/21/202325第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-3-1Profibus簡介（1）Profibus的特點可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間級網(wǎng)絡化Profibus的主站和從站Profibus協(xié)議的結(jié)構Profibus提供的三種類型的傳輸技術1/21/202326第5講現(xiàn)場總線技術簡介5-3-2Profibus簡介（2）三個兼容版本Profibus-DP為自動控制系統(tǒng)和設備級分散I/O之間通信設計Profibus-FMS解決車間級通用性通信任務Profibus-PA為過程自動化設計了標準的本質(zhì)安全的傳輸技術1/21/202327第5講現(xiàn)場總線技術簡介第四節(jié)Unit4

現(xiàn)場總線的應用舉例TheExamplesofFieldBus

1/21/202328第5講現(xiàn)場總線技術簡介S7-200系統(tǒng)變電所操作臺高壓開關柜ABB變頻器ACS627NPBA-12焦爐集氣管PS3