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現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)圖 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是最底層的系統(tǒng) 用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的直接控制 1 現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生 現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生可歸結(jié)為以下四個(gè)因素 1 傳統(tǒng)模擬儀表的缺點(diǎn) 2 現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字儀表的優(yōu)點(diǎn) 3 計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 4 用戶需求 1 傳統(tǒng)模擬儀表的缺點(diǎn) 一對(duì)一結(jié)構(gòu) 一個(gè)儀表 一對(duì)傳輸線 單向傳遞一個(gè)信號(hào) 造成接線龐雜 費(fèi)用高 維護(hù)難 單一功能 僅具有信號(hào)的檢測(cè)和變換功能 可靠性差 模擬信號(hào)傳輸精度低 易受干擾 失控狀態(tài) 操作員不了解現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作狀態(tài) 也無(wú)法進(jìn)行參數(shù)調(diào)整 更不能預(yù)測(cè)故障 互換性差 雖然模擬儀表統(tǒng)一了信號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 例如4 20mA 可是大部分參數(shù)仍有廠商自定 使得不同廠家的同類儀表無(wú)法互換 2 現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字儀表的優(yōu)點(diǎn) 一對(duì)N結(jié)構(gòu) 多個(gè)儀表 一對(duì)傳輸線 雙向傳遞信號(hào) 接線簡(jiǎn)單 費(fèi)用低 維護(hù)容易 綜合功能 除了具有信號(hào)的檢測(cè)和變換功能外 又有控制和運(yùn)算功能 可靠性高 數(shù)字信號(hào)的精度高 抗干擾能力強(qiáng) 可控狀態(tài) 操作員了解現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作狀態(tài) 也可以進(jìn)行參數(shù)調(diào)整 互換性好 用戶可以選擇不同廠家的儀表互換連接 2 現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字儀表的優(yōu)點(diǎn) 互操作性好 用戶把不同廠商的儀表集成在一起 對(duì)功能塊進(jìn)行統(tǒng)一組態(tài) 構(gòu)成所需要的控制回路 實(shí)現(xiàn) 即接即用 分散控制 控制功能分散在現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字儀表中 通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成回路 實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制 提高了系統(tǒng)的可靠性 自治性和靈活性 3 計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字儀表都是一臺(tái)微處理器 既有CPU 內(nèi)存和通信等數(shù)字信號(hào)處理 還有非電量的檢測(cè) 變換和放大等模擬信號(hào)的處理 現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng) 而且工作環(huán)境十分惡劣 常處于易燃易爆的場(chǎng)合 所以必須提供總線供電的本質(zhì)安全 這就要求集成電路的體積小 功能全 可靠性高和耗電少 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表分布于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有互換性和互操作性 這就要求采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 4 用戶需求 由于傳統(tǒng)的模擬儀表存在諸多缺點(diǎn) 傳統(tǒng)的DDC和DCS也無(wú)法擺脫模擬儀表的束縛 致使其性能無(wú)法充分發(fā)揮 體系結(jié)構(gòu)也難以更新 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的優(yōu)點(diǎn)使得儀表和DCS制造商研究現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表 以滿足市場(chǎng)的需求 科技迅速發(fā)展的今天 提高產(chǎn)品的質(zhì)量 降低產(chǎn)品的成本 簡(jiǎn)化產(chǎn)品的維護(hù) 完善產(chǎn)品的服務(wù)才能在激勵(lì)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地 3 現(xiàn)場(chǎng)總線的概念 現(xiàn)場(chǎng)總線 Fieldbus 是用于過(guò)程自動(dòng)化或制造自動(dòng)化中的 實(shí)現(xiàn)智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 例如 變送器 執(zhí)行器 控制器 與高層設(shè)備 例如主機(jī) 網(wǎng)關(guān) 人機(jī)接口設(shè)備 之間互聯(lián)的 全數(shù)字 串行 雙向的通信系統(tǒng) 通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的分布式控制 按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線基全會(huì)FF的定義 現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)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(luò) 3 現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)含義 1 現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)將過(guò)去點(diǎn)到點(diǎn)的模擬量的傳輸或開(kāi)關(guān)量信號(hào)的單向并行傳輸變?yōu)槎帱c(diǎn)一線的雙向串行數(shù)字式傳輸 2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是指位于現(xiàn)場(chǎng)的傳感器 變送器和執(zhí)行器等 這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)互連 相互交換信息 而在DCS控制系統(tǒng)中 這些設(shè)備是無(wú)法直接交換信息的 3 現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)含義 3 互操作性 指來(lái)自不同廠家的設(shè)備可以相互通信 并且可以在多廠家的環(huán)境中完成功能的能力 主要體現(xiàn)在 a 用戶可以自由選擇設(shè)備 而這種選擇獨(dú)立于供應(yīng)商 控制系統(tǒng)和通信協(xié)議 b 制造商具有增加新的 有用的功能的能力 c 不需要專有協(xié)議和特殊定制的驅(qū)動(dòng)軟件和升級(jí)軟件 3 現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)含義 4 分散控制功能現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)把功能塊分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表中執(zhí)行 取消了DCS中的過(guò)程控制站 例如 現(xiàn)場(chǎng)總線執(zhí)行器除了具有一般執(zhí)行器的功能外 還可以運(yùn)行PID控制功能塊和輸出特性補(bǔ)償塊 甚至還可以實(shí)現(xiàn)閥門(mén)特性自校驗(yàn)和閥門(mén)故障自診斷功能 問(wèn)題 現(xiàn)場(chǎng)總線是不是從物理結(jié)構(gòu)和傳輸速度上和常見(jiàn)的通信線路大不相同呢 現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸介質(zhì) 雙絞線同軸電纜光纜無(wú)線方式動(dòng)力電纜 例如樓宇照明電纜 現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸速度 低速總線的傳輸速度為幾十 幾百K中速總線的傳輸速度為幾百 幾千K高速總線的傳輸速度為幾M 幾十M 現(xiàn)場(chǎng)總線和一般通信線路的本質(zhì)區(qū)別 通信協(xié)議控制協(xié)議或應(yīng)用功能塊 4 FCS和DCS控制系統(tǒng)的區(qū)別 數(shù)據(jù)采集設(shè)備 A D 壓力表 數(shù)據(jù)輸出設(shè)備 D A 閥門(mén) 過(guò)程控制站PLCorPC 模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 管道 DCS模型中 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間一般是不能直接通信的 控制 軟件 模塊在過(guò)程控制站中 現(xiàn)場(chǎng)傳感器將信號(hào)傳入過(guò)程控制站 過(guò)程控制站根據(jù)預(yù)先編制好的控制程序計(jì)算輸出 再發(fā)送到執(zhí)行器 從而實(shí)現(xiàn)控制 工程師 操作員站 4 FCS和DCS控制系統(tǒng)的區(qū)別 壓力表 閥門(mén) 數(shù)字信號(hào) 管道 工程師 操作員站 AIPT123 OUT PIDPC123 OUT AOPV123 IN IN 功能塊 可在此處用組態(tài)軟件對(duì)三個(gè)功能塊進(jìn)行組態(tài) 形成組態(tài)文件 在下裝到現(xiàn)場(chǎng)儀表上 在現(xiàn)場(chǎng)總線上構(gòu)成壓力控制回路 返回 4 FCS和DCS控制系統(tǒng)的區(qū)別 全數(shù)字化信號(hào)傳輸全分散式的控制結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的互操作性 5 現(xiàn)場(chǎng)總線的分類 低速 FF H1 HART ASI中速 Profibus FMS DP LON CAN高速 FF HSE EPA 現(xiàn)場(chǎng)總線的中繼器和終端器 T T S S M R T T S S M T 終端器 防止信號(hào)失真及終端產(chǎn)生反射波 R 中繼器 用于擴(kuò)展現(xiàn)場(chǎng)總線段