現(xiàn)場總線知識點

現(xiàn)場總線定義按照國際電工委員會IEC標準的定義：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式，雙向傳輸，多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線的本質(zhì)含義表現(xiàn)在幾個方面1.現(xiàn)場通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場中的現(xiàn)場設備，是過去采用點到點式的模擬量信號傳輸或開關量信號的單點并行傳輸變?yōu)槎帱c一線的雙向串行數(shù)字傳輸。2.現(xiàn)場設備互聯(lián)?，F(xiàn)場設備是指位于生產(chǎn)現(xiàn)場的傳感器、變送器和執(zhí)行器等。這些現(xiàn)場設備可以通過現(xiàn)場總線直接在現(xiàn)場實現(xiàn)互聯(lián)，相互交換信息。在DCS中，現(xiàn)場設備之間是不能直接交換信息的。3.互操作性?；ゲ僮餍灾竵碜圆煌瑥S家的設備可以互相通信，并且可以在多廠家的環(huán)境中完成功能的能力。它體現(xiàn)在用戶可以自由的選擇設備，而這種選擇獨立于供應商、控制系統(tǒng)和通信協(xié)議；制造上具有增加新的、有用功能的能力，不需要專用協(xié)議和特殊定制驅(qū)動軟件和升級軟件。4.分散功能塊?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)把功能塊分散到現(xiàn)場儀表中執(zhí)行，因此可以取消傳統(tǒng)DCS的過程控制站。例如現(xiàn)場總線變送器還可以運行PID控制功能塊，現(xiàn)場總線執(zhí)行器還可以運行PID控制功能塊和輸出特性補償塊還可以實現(xiàn)閥門特性自校驗和閥門故障自診斷功能。5.現(xiàn)場總線供電?，F(xiàn)場總線完成為現(xiàn)場設備供電的功能?？偩€供電不僅簡化了系統(tǒng)的安裝布線，而且可以通過配套的安全柵實現(xiàn)本質(zhì)安全系統(tǒng)，為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在易燃易爆環(huán)境中的應用奠定了基礎。6.開放式互聯(lián)網(wǎng)絡。現(xiàn)場總線為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡，即可于同層網(wǎng)絡互連，也可與不同層網(wǎng)絡互聯(lián)?，F(xiàn)場總線協(xié)議是一個完全開放的協(xié)議，它不像DCS那樣采用封閉的、專用的通信協(xié)議，而是采用公開化、標準化、規(guī)范化的通信協(xié)議。這就意味著來自不同廠家的現(xiàn)場總線設備，只要符合現(xiàn)場總線協(xié)議，就可以通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡連接成系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合自動化?，F(xiàn)場總線通信系統(tǒng)組成由數(shù)據(jù)發(fā)送設備、接收設備、傳輸介質(zhì)、傳輸報文和通信協(xié)議等部分組成。幾種典型的現(xiàn)場總線（考名詞解釋）CAN控制局域網(wǎng)絡；PROFIBUS過程現(xiàn)場總線；WorldFIP世界工廠儀表協(xié)議；HART是可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)通路；ControlNet是IEC標準類型2，主要用于PLC與計算機之間的通信網(wǎng)絡，也可在邏輯控制或過程控制系統(tǒng)中用于連接串行、并行的I／O設備，人機接口等；DeviceNet是一種基于CAN技術的開放型通信網(wǎng)絡，主要用于構(gòu)建底層控制網(wǎng)絡，其節(jié)點由嵌入了CAN通信控制器芯片的設備組成；ASI執(zhí)行器或傳感器接口，它是一種用在控制器和傳感器/執(zhí)行器之間雙向交換信息的總線網(wǎng)絡，屬于底層自控設備的工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡；FF現(xiàn)場總線基金會。具有兩層結(jié)構(gòu)的FCS：現(xiàn)場設備和人機接口。具有三層結(jié)構(gòu)的FCS：現(xiàn)場設備，控制站/網(wǎng)關和人機接口。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點EQ\o\ac(○,1)一根雙絞線可連接多臺設備，從而減少導線數(shù)量，降低配線成本。EQ\o\ac(○,2)由于采用數(shù)字傳輸方式，可以實現(xiàn)高精度的信息處理，提高控制質(zhì)量。EQ\o\ac(○,3)由于實現(xiàn)了多重通信，除了可以傳送過程變量PV、控制變量MV值以外，還可以傳送大量的現(xiàn)場設備管理信息。EQ\o\ac(○,4)現(xiàn)場儀表之間可以通信，實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表的自律分散控制。EQ\o\ac(○,5)由于現(xiàn)場總線儀表具有互操作性，不同廠家的儀表可以自由組合，為用戶提供了更廣泛的選擇余地。EQ\o\ac(○,6)實現(xiàn)了測量儀表、電氣儀表、分析儀表的綜合化。EQ\o\ac(○,7)在控制室就可以對現(xiàn)場儀表進行調(diào)試、校驗、診斷和維護?，F(xiàn)場儀表有三種通信方式：模擬通信方式，混合通信方式和數(shù)字通信方式。模擬通信方式中產(chǎn)生誤差的原因：EQ\o\ac(○,1)現(xiàn)場儀表中D\A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差；EQ\o\ac(○,2)模擬信號產(chǎn)生誤差；EQ\o\ac(○,3)系統(tǒng)儀表的A\D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差。國際標準化組織IOS提出了OSI參考模型，該模型是將開放系統(tǒng)的通信功能分為七層，自下而上以次為物理層，鏈路層，網(wǎng)絡層，傳輸層，會話層，表達層和應用層。物理層：規(guī)定了用于建立、保持和斷開物理連接的機械、電氣、功能和規(guī)程特性。鏈路層：通信鏈路是由許多節(jié)點共享的。作用是確定在某一時刻有哪一個節(jié)點控制鏈路，即鏈路使用權的分配；確定比特級的信息傳輸結(jié)構(gòu)即這一級規(guī)定了信息每一位和每一個字節(jié)的格式，同時還確定了檢錯和糾錯方式，以及每一幀信息的起始和停止標記的格式。網(wǎng)絡層：處理信息的傳輸路徑問題。在由多個子網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中，這層協(xié)議還負責處理一個子網(wǎng)與另一個子網(wǎng)之間的地址變換和路徑選擇。傳輸層：確認兩個節(jié)點之間的信息傳輸任務是否已經(jīng)正確完成，其中包括信息的確認、誤碼的檢測、信息的重發(fā)、信息的優(yōu)先級調(diào)度等。會話層：用來對兩個節(jié)點之間的通信任務進行啟動和停止調(diào)度。表達層：這層協(xié)議的任務是進行信息格式的轉(zhuǎn)換，它把通信系統(tǒng)所用的格式轉(zhuǎn)換成它上一層即應用層所需的信息格式。應用層：召喚底層協(xié)議為其服務。在高級語言程序中，它可能是向另一節(jié)點請求獲得信息的語句；在功能塊程序中，他可能是一個請求從另一個基本控制單元中讀取過程變量的輸入功能塊?；饡F(xiàn)場總線的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)分為單鏈路拓撲和橋式拓撲兩種結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中，橋完成以下任務轉(zhuǎn)發(fā)；重發(fā)；分配數(shù)據(jù)鏈路時間；分配應用進程時間。鏈路活動調(diào)度器LAS在數(shù)據(jù)鏈路層中的作用是作為鏈路總仲裁器，他完成以下功能EQ\o\ac(○,1)識別和添加鏈路中的新設備；EQ\o\ac(○,2)刪除鏈路中無響應的設備；EQ\o\ac(○,3)分配數(shù)據(jù)鏈路時間和鏈路調(diào)度時間；EQ\o\ac(○,4)在受調(diào)度傳輸時，輪詢現(xiàn)場總線裝置，看緩沖區(qū)中是否有要發(fā)送的數(shù)據(jù)；EQ\o\ac(○,5)在兩次受調(diào)度傳輸?shù)闹虚g，為現(xiàn)場總線裝置分配令牌。物理層協(xié)議規(guī)定了機械特性，電氣特性，功能特性和過程特性機械特性：主要涉及連接器的規(guī)格，以及連接器的安裝。電氣特性：規(guī)定傳輸線上的數(shù)字信號電壓高低，傳輸距離和傳輸速率等。功能特性：定義連接器插腳的功能。過程特性：規(guī)定了信號的時序關系，以便正確的發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。13.LAS的五項主要功能①維護調(diào)度，發(fā)送強制數(shù)據(jù)CD給網(wǎng)絡設備，LAS的工作按預先安排好的調(diào)度時間表來進行。②發(fā)送傳遞令牌PT給設備，進行非調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸控制。③在鏈路上周期分配數(shù)據(jù)鏈路時間和鏈路調(diào)度時間。④探查未使用地址，將其分配給新設備，并加到活動表上。⑤監(jiān)視設備響應傳遞令牌，從活動表上刪掉不能使用或不能返回令牌的設備。DLL為上層提供了很多服務，主要有①管理數(shù)據(jù)鏈路服務訪問點DLSAP的地址、隊列，緩沖器。從隊列/緩沖器讀取數(shù)據(jù)，寫數(shù)據(jù)到緩沖器。②面向連續(xù)的傳輸服務。建立一對一、多對一的連接，采用隊列或緩沖器的數(shù)據(jù)傳輸方式，終止所建立的連接。③無連接數(shù)據(jù)傳輸服務。在無需事先建立連接的條件下，按隊列方式傳輸數(shù)據(jù)。④時間同步服務。提供時間源同步和對系統(tǒng)管理之間的時間同步。⑤為本地或遠程的數(shù)據(jù)發(fā)布者發(fā)布緩沖器提供強制發(fā)布服務。15.差壓變送器電路工作原理圖及各部分功能。①振蕩器，振蕩器產(chǎn)生一個頻率隨傳感器電容而變化的振蕩信號。②信號隔離器，將來自CPU的控制信號和來自振蕩器的信號相互隔離，以免共地干擾。③CPU，RAM，F(xiàn)LSAH和E2PROM。CPU是變送器的智能部件，他負責完成測量工作，執(zhí)行功能塊自診斷以及通信任務。FLASH作為程序儲存器，以便于升級，并且可以在掉電時保持數(shù)據(jù)。RAM是中間數(shù)據(jù)暫存用的數(shù)據(jù)存儲器，如果電源失去，RAM中的數(shù)據(jù)就會丟失，但CPU還有一個內(nèi)部非易失存儲器，在那里保存著那些必須要保留的數(shù)據(jù)。例如，調(diào)校，組態(tài)以及識別數(shù)據(jù)。④固件下載接口FDI，F(xiàn)DI是主電路板上用于下載固件的接口，通常是由制造商使用的。用戶也可以利用它完成固件的升級。⑤傳感器E2PROM。在傳感器部件中有另一個E2PROM，它保存著不同壓力和溫度下，傳感器的特性數(shù)據(jù)。每只傳感器都在制造廠進行特性記錄，主電路上的E2PROM，用來保存組態(tài)參數(shù)。⑥MODEM。監(jiān)測鏈路活動，調(diào)制和解調(diào)通信信號，插入和刪除起始標志及結(jié)束標志。⑦電源。由現(xiàn)場總線上獲得電源，為變送器的電路供電。⑧電源隔離器。與輸入部分的信號隔離類似，送至輸入部分的電源也必須隔離。⑨顯示控制器。接收來自CPU的數(shù)據(jù)，控制液晶顯示器各段的顯示，顯示控制器還提供各種驅(qū)動控制信號。⑩就地調(diào)整部件。就地調(diào)整部件有兩個可用磁性工具調(diào)整的磁性開關，他沒有機械和電氣接觸，可以有效的防止現(xiàn)場的灰塵和腐蝕性氣體進入變送器。16.現(xiàn)場總線差壓變送器，不僅僅是一個差壓變送器，而且是一個具有以下功能模塊的網(wǎng)絡節(jié)點：一個物理塊，一個輸入轉(zhuǎn)換塊，一個顯示轉(zhuǎn)換塊，一個模擬量輸入塊，一個PID控制塊，一個信號選擇器塊，一個信號特性描述塊，一個通用運算塊，一個積算塊。17.在功能塊中，有三種類型的參數(shù)。輸入?yún)?shù)：功能塊接收到要處理的值；輸出參數(shù)：可送給其他塊，硬件或使用者的處理結(jié)果；內(nèi)含參數(shù)：用于塊的組態(tài)，運行和診斷。18.溫度變送器的電路原理方框圖，其中各部分的敘述如下。①多路器MUX，多路器MUX用來切換若干路傳感器的輸入信號，將其分別送入信號調(diào)理部分，以便測量其電壓。②信號調(diào)理器，它的作用是對輸入信號進行適當?shù)姆糯螅员氵m應A/D轉(zhuǎn)換器的要求。③A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器，將輸入的模擬量信號轉(zhuǎn)換為CPU所用的數(shù)字量信號。④信號隔離器。它的作用是隔離輸入與CPU之間的控制和數(shù)據(jù)信號。⑤CPU，RAM，F(xiàn)LSAH和E2PROM。CPU是變送器的智能部件，他負責完成測量工作，執(zhí)行功能塊自診斷以及通信任務。FLASH作為程序儲存器，以便于升級，并且可以在掉電時保持數(shù)據(jù)。RAM是中間數(shù)據(jù)暫存用的數(shù)據(jù)存儲器，如果電源失去，RAM中的數(shù)據(jù)就會丟失，但CPU還有一個內(nèi)部非易失存儲器，在那里保存著那些必須要保留的數(shù)據(jù)。例如，調(diào)校，組態(tài)以及識別數(shù)據(jù)。⑥固件下載接口FDI，F(xiàn)DI是主電路板上用于下載固件的接口，通常是由制造商使用的。用戶也可以利用它完成固件的升級。⑦通信控制器MODEM。通信控制器監(jiān)測鏈路活動，調(diào)制和解調(diào)通信信號，插入和刪除起始標志及結(jié)束標志。⑧電源。由現(xiàn)場總線上獲得電源，為變送器的電路供電。⑨電源隔離器。與輸入部分的信號隔離類似，送至輸入部分的電源也必須隔離。⑩顯示控制器。接收來自CPU的數(shù)據(jù)，控制液晶顯示器各段的顯示，顯示控制器還提供各種驅(qū)動控制信號。EQ\o\ac(○,11)就地調(diào)整部件。就地調(diào)整部件有兩個可用磁性工具調(diào)整的磁性開關，他沒有機械和電氣接觸，可以有效的防止現(xiàn)場的灰塵和腐蝕性氣體進入變送器。19.現(xiàn)場總線溫度變送器，不僅僅是一個溫度變送器，而且是一個具有以下功能模塊的網(wǎng)絡節(jié)點：一個物理塊，兩個輸入轉(zhuǎn)換塊，一個顯示轉(zhuǎn)換塊，兩個模擬量輸入塊，一個PID控制塊，一個信號選擇器塊，一個信號特征化塊，一個通用運算塊，20.電流--現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換器工作原理，主要有輸入電路板和主電路板兩部分組成。在輸入電路板上，三路模擬量電流輸入信號在100Ω輸入電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)多路器MUX選擇后進入a/d轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后將信號隔離電路進行光電隔離后送往主電路板上的CPU，在CPU中通過組態(tài)好的功能塊對信號進行必要的轉(zhuǎn)換和處理。最后經(jīng)調(diào)制解調(diào)器MODEM和信號整形電路進入現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線—電流轉(zhuǎn)換器工作原理：現(xiàn)場總線—電流轉(zhuǎn)換器是由輸出電路板、主電路板和顯示板三部分所組成的。主電路板由現(xiàn)場總線獲得的信息經(jīng)接收濾波器和通信控制器（MODEM）進入CPU、由CPU送出的控制信號隔離器進行光電隔離之后分別送往三個D/A轉(zhuǎn)換器。控制信號在D/A轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換為模擬量信號之后，分別送往三個輸出電流控制電路，最后經(jīng)輸出端子送出4~20mA的電流信號。要把一個現(xiàn)場總線設備在線連接到現(xiàn)場總線上的時候，應按照以下步驟進行EQ\o\ac(○,1)在工作室將現(xiàn)場總線設備與帶有系統(tǒng)組態(tài)軟件的計算機單獨連接在一起，EQ\o\ac(○,2)為該現(xiàn)場總線設備分配一個標簽，EQ\o\ac(○,3)將該現(xiàn)場總線設備拆下并帶到現(xiàn)場，EQ\o\ac(○,4)將該現(xiàn)場總線設備連接到正在工作的現(xiàn)場總線上，EQ\o\ac(○,5)把組態(tài)下載到該現(xiàn)場總線設備上。電纜安裝步驟如下EQ\o\ac(○,11)安裝主干線電纜，（現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中最長的電纜）。EQ\o\ac(○,2)在主干線電纜的兩端安裝終端器，終端器應安裝在接線盒中，而不在設備中。終端器應清晰地標明。如果將終端器安裝在設備中時，技術人員維護設備時可能因疏忽而拆除，從而影響整個網(wǎng)絡。EQ\o\ac(○,3)安裝主干電纜上所有的分支線。EQ\o\ac(○,4)進行電纜阻抗和接地測試。EQ\o\ac(○,5)連接主干電纜的供電電源，功率調(diào)節(jié)器，接地和H1接口。EQ\o\ac(○,6)執(zhí)行基金會現(xiàn)場總線網(wǎng)絡/網(wǎng)段測試。EQ\o\ac(○,7)測試完網(wǎng)絡接線系統(tǒng)后，可以連上設備并調(diào)試回路。現(xiàn)場總線閥門定位器工作原理：現(xiàn)場總線閥門定位器是由主電路板、顯示板以及輸出組件等部分構(gòu)成。輸出組件由噴嘴擋板機構(gòu)、伺服機構(gòu)、霍爾傳感器和輸出控制電路等部分組