1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)講座現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)講座第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 幾種流行的現(xiàn)場總線幾種流行的現(xiàn)場總線第三節(jié)第三節(jié) 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)第四節(jié)第四節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)什么是現(xiàn)場總線？什么是現(xiàn)場總線？它是現(xiàn)場儀表之間以及現(xiàn)場儀表與監(jiān)控計(jì)算它是現(xiàn)場儀表之間以及現(xiàn)場儀表與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的全數(shù)字、串行雙向、多站點(diǎn)的開放機(jī)之間的全數(shù)字、串行雙向、多站點(diǎn)的開放型通信系統(tǒng)。型通信系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 現(xiàn)場總線是企業(yè)實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化、信息化、現(xiàn)場總線是企業(yè)實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化、信息化、 管控一體化的需要管控一體化的需要 。（TQCSE）現(xiàn)場總線的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)場總線的產(chǎn)生和發(fā)展

2、 高新技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)場總線的產(chǎn)生奠定了基高新技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)場總線的產(chǎn)生奠定了基 礎(chǔ)礎(chǔ) 。 現(xiàn)場總線是數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化向現(xiàn)場現(xiàn)場總線是數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化向現(xiàn)場 設(shè)備發(fā)展的產(chǎn)物。設(shè)備發(fā)展的產(chǎn)物。4.20 mA現(xiàn)場儀表信號：從現(xiàn)場儀表信號：從模模擬擬混合混合全全數(shù)字信號數(shù)字信號現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)開放性：現(xiàn)場總線的一致性、公開性。開放性：現(xiàn)場總線的一致性、公開性。 互操作與互用性：現(xiàn)場設(shè)備間的信息溝通、互操作與互用性：現(xiàn)場設(shè)備間的信息溝通、互可操作及不同廠家設(shè)備的相互替換?；タ刹僮骷安煌瑥S家設(shè)備的相互替換。 功能自治性：傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、信息功能自治性：傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、信

3、息處理與控制功能在現(xiàn)場儀表中完成。處理與控制功能在現(xiàn)場儀表中完成。 高度分散性：構(gòu)成一種全分散性的控制高度分散性：構(gòu)成一種全分散性的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 環(huán)境適應(yīng)性：支持各種傳輸介質(zhì)、兩線制環(huán)境適應(yīng)性：支持各種傳輸介質(zhì)、兩線制和本安防爆。和本安防爆。 豐富的現(xiàn)場信息和智能化提高了設(shè)備診斷、維護(hù)、管理能力，豐富的現(xiàn)場信息和智能化提高了設(shè)備診斷、維護(hù)、管理能力，減少卡件、機(jī)柜、端子、線纜，節(jié)省開支，提高了可靠性。減少卡件、機(jī)柜、端子、線纜，節(jié)省開支，提高了可靠性。各行業(yè)使用現(xiàn)場總線設(shè)備情況各行業(yè)使用現(xiàn)場總線設(shè)備情況化工石油天然氣能源醫(yī)藥食品造紙教育材料行業(yè)百分比其它29%22%13%9%9%4

4、%3%3%8%工程費(fèi)用工程費(fèi)用engineering調(diào)試費(fèi)用調(diào)試費(fèi)用commissioning硬件費(fèi)用硬件費(fèi)用Hardware51%23%27%22%22%12%0%50%100%硬件硬件調(diào)試調(diào)試工程工程100%57%4.20mAPROFIBUS安裝安裝費(fèi)用可節(jié)省費(fèi)用可節(jié)省40%左右左右現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)勢現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)勢幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明現(xiàn)場總線技術(shù)是現(xiàn)場總線技術(shù)是DCS技術(shù)的繼承和發(fā)展，而不技術(shù)的繼承和發(fā)展，而不是對是對DCS的否定或取代。工業(yè)上已出現(xiàn)的否定或取代。工業(yè)上已出現(xiàn)DCS與與現(xiàn)場總線系統(tǒng)混合使用的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)混合使用的控制系統(tǒng)。 。 現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)主要是儀表的智能化、網(wǎng)

5、絡(luò)化、現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)主要是儀表的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、控制的分散化等先進(jìn)技術(shù)所帶來的好處，而不控制的分散化等先進(jìn)技術(shù)所帶來的好處，而不單單是節(jié)省電纜。單單是節(jié)省電纜。 現(xiàn)場總線不能解決企業(yè)自動(dòng)化的所有問題，例現(xiàn)場總線不能解決企業(yè)自動(dòng)化的所有問題，例如如ESD、MES、ERP等等，而是作為底層網(wǎng)絡(luò)等等，而是作為底層網(wǎng)絡(luò)與其它自動(dòng)化裝置一起更好地實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自與其它自動(dòng)化裝置一起更好地實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)化。動(dòng)化。 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制總線標(biāo)準(zhǔn)主要由工業(yè)控制總線標(biāo)準(zhǔn)主要由IEC 的幾個(gè)技術(shù)委的幾個(gè)技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)。員會(huì)負(fù)責(zé)。IEC TC65 制訂了用于工業(yè)控制制訂了用于工業(yè)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)的IEC

6、61158。目前流行的目前流行的PROFIBUS、FF等現(xiàn)場總線也納入了等現(xiàn)場總線也納入了IEC標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。IEC TC17B制訂了用于低壓開關(guān)和電氣控制制訂了用于低壓開關(guān)和電氣控制裝置的裝置的IEC 62026。廣為使用的廣為使用的DEVICENET、AS-I等總線也納入了等總線也納入了IEC標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作起步很早，各大集現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作起步很早，各大集團(tuán)公司意見不一，經(jīng)多年?duì)幷?，團(tuán)公司意見不一，經(jīng)多年?duì)幷摚?000年頒布年頒布了涵蓋多種規(guī)范的總線標(biāo)準(zhǔn)，了涵蓋多種規(guī)范的總線標(biāo)準(zhǔn)，2003年擴(kuò)展為年擴(kuò)展為10種類型的現(xiàn)場總線。種類型的現(xiàn)場總線。 IEC 61158 的

7、標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線 Type1：IEC 61158 技術(shù)報(bào)告技術(shù)報(bào)告。 Type2：ControlNet，得到得到CI組織的支持。組織的支持。 Type3：Profibus，得到得到PNO組織的支持。組織的支持。 Type4：P - NET，得到該總線用戶組織的支持。得到該總線用戶組織的支持。 Type5：FF - HSE，由由FF組織制定。組織制定。 Type6：Swiftnet，得到美國波音公司的支持。得到美國波音公司的支持。 Type7：WorldFIP，屬歐洲標(biāo)準(zhǔn)屬歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170。 Type8：Interbus，得到得到Interbus Club支持支持。 Type9：

8、FF H1，由由FF組織制定。組織制定。 Type10：Profinet，得到得到PNO組織的組織的支持支持。由上可知由上可知, IEC 61158標(biāo)準(zhǔn)考慮到各種不同的標(biāo)準(zhǔn)考慮到各種不同的需求，一些大公司和集團(tuán)也能以此為基礎(chǔ)再需求，一些大公司和集團(tuán)也能以此為基礎(chǔ)再圖發(fā)展，開拓市場。圖發(fā)展，開拓市場。實(shí)際上，目前在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域使用較多的實(shí)際上，目前在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域使用較多的是是FF、PROFIBUS、ControlNet 和和 Interbus，以及未被納入以及未被納入61158標(biāo)準(zhǔn)的一些現(xiàn)場總線。標(biāo)準(zhǔn)的一些現(xiàn)場總線。從從2001年開始，現(xiàn)場技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)已不是年開始，現(xiàn)場技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)已不是

9、去追求統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；而是集中在如何合理應(yīng)用去追求統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；而是集中在如何合理應(yīng)用, 發(fā)現(xiàn)并解決問題發(fā)現(xiàn)并解決問題,切實(shí)地推動(dòng)切實(shí)地推動(dòng)FCS的實(shí)際應(yīng)用。的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)在推廣應(yīng)用過程中確定不同現(xiàn)場總線的同時(shí)在推廣應(yīng)用過程中確定不同現(xiàn)場總線的適用場合、性能價(jià)格比等適用場合、性能價(jià)格比等,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。以下將通過一些流行的現(xiàn)場總線說明特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信模型和應(yīng)用實(shí)例。隨著現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，隨著現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，IEC TC65 /SC65C的兩個(gè)工作組又研究制定的兩個(gè)工作組又研究制定了新的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)了新的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) 61158 和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)

10、和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)61784 -2。新版本總線標(biāo)準(zhǔn)新版本總線標(biāo)準(zhǔn) 是以是以2003版本為基礎(chǔ)版本為基礎(chǔ)，加入加入實(shí)時(shí)以太網(wǎng)解決方案。它共包含實(shí)時(shí)以太網(wǎng)解決方案。它共包含14類技術(shù)。類技術(shù)。IEC 61158新標(biāo)準(zhǔn)于新標(biāo)準(zhǔn)于2007年公布年公布。我國具有自我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EPA標(biāo)準(zhǔn)被列為標(biāo)準(zhǔn)被列為61158 Type14。第二節(jié)第二節(jié) 幾種流行的現(xiàn)場總線幾種流行的現(xiàn)場總線- Foundation Fieldbus- Profibus（Process Fieldbus）- LonWorks（Local Operating Networks）- CAN（Control Area N

11、etwork）- HART（Highway Addressable Remote T Transducer）FF總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn)Foundation Fieldbus用于現(xiàn)場級控制的用于現(xiàn)場級控制的FF-H1傳輸速率傳輸速率32.25Kbps,直接通信距離達(dá)直接通信距離達(dá)1900 m，其現(xiàn)場儀表可完成其現(xiàn)場儀表可完成檢測、變送、調(diào)節(jié)、計(jì)算、報(bào)警、故障診斷檢測、變送、調(diào)節(jié)、計(jì)算、報(bào)警、故障診斷等控制與信息處理任務(wù)。等控制與信息處理任務(wù)。 FF-H1采用令牌傳遞的總線控制方式采用令牌傳遞的總線控制方式, 令牌傳令牌傳遞由鏈路活動(dòng)調(diào)度器遞由鏈路活動(dòng)調(diào)度器(LAS) 控制控制, 以確保信息以確保信

12、息傳遞的及時(shí)性。傳遞的及時(shí)性。在應(yīng)用層之上增加了用戶層，用戶層的功能在應(yīng)用層之上增加了用戶層，用戶層的功能塊和設(shè)備描述使儀表的現(xiàn)場控制功能與儀表塊和設(shè)備描述使儀表的現(xiàn)場控制功能與儀表設(shè)備的互操作易于實(shí)現(xiàn)。設(shè)備的互操作易于實(shí)現(xiàn)。 為現(xiàn)場儀表提供兩種供電方式：非總線供電為現(xiàn)場儀表提供兩種供電方式：非總線供電和總線供電；支持本質(zhì)安全防爆，可用于易和總線供電；支持本質(zhì)安全防爆，可用于易燃、易爆的場合。燃、易爆的場合。 基于以太網(wǎng)的基于以太網(wǎng)的FF-HSE,在上層與在上層與H1基本一致，基本一致，在底層則采用了流行的以太網(wǎng)在底層則采用了流行的以太網(wǎng)+TCP/IP協(xié)議，協(xié)議，HSE充分利用現(xiàn)有以太網(wǎng)技術(shù)，

13、它滿足了最充分利用現(xiàn)有以太網(wǎng)技術(shù)，它滿足了最終用戶對互操作性、低成本和高速現(xiàn)場總線終用戶對互操作性、低成本和高速現(xiàn)場總線解決方案的要求。解決方案的要求。 HSE支持支持H1的所有功能，而且其功能模塊中的所有功能，而且其功能模塊中還包括新的應(yīng)用于離散和還包括新的應(yīng)用于離散和I/O子系統(tǒng)的子系統(tǒng)的 “柔性柔性功能模塊功能模塊”，使用標(biāo)準(zhǔn)語言，使用標(biāo)準(zhǔn)語言(IEC 61131)編程。編程。 FF總線的通信模型總線的通信模型 FF-H1：用戶層（應(yīng)用程序） 現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范子層FMS 現(xiàn)場總線訪問子層FAS數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 用戶層物理層 通信棧7216543物理層規(guī)定物理連接性能物理層規(guī)定物理連接性

14、能,符合符合IEC61158-2標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)，通信?？刂茍?bào)文在現(xiàn)場總線的傳輸。鏈路層通過通信?？刂茍?bào)文在現(xiàn)場總線的傳輸。鏈路層通過LAS來管理對總線的訪問，來管理對總線的訪問，F(xiàn)AS為報(bào)文規(guī)范子層為報(bào)文規(guī)范子層提供服務(wù)，后者為用戶層提供服務(wù)和報(bào)文格式。提供服務(wù)，后者為用戶層提供服務(wù)和報(bào)文格式。 FF-HSE：用戶層FDAIEEE 802.2 應(yīng)用層應(yīng)用層物理層物理層 物理層符合物理層符合IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層符合標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層符合IEEE 802.2規(guī)范。規(guī)范。 TCP/UDPIPIEEE 802.3u 傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是IPV

15、.4 標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)， 傳輸層傳輸層TCP是面向連接的是面向連接的協(xié)議，協(xié)議， UDP是無連接協(xié)議。是無連接協(xié)議。FDA的作用與的作用與H1的的FMS相似。相似。 FF總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)操作站操作站.交換機(jī)交換機(jī)其它總線網(wǎng)絡(luò)其它總線網(wǎng)絡(luò)HSE鏈接設(shè)備鏈接設(shè)備網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)H1總線總線HSE鏈接設(shè)備鏈接設(shè)備路由器路由器HSE子網(wǎng)子網(wǎng)HSE現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場設(shè)備H1總線總線ProfibusProfibus總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn)Profibus包括包括Profibus-DP、-FMS、-PA，傳輸傳輸速率速率9.6Kbps12Mbps,相應(yīng)通信距離為相應(yīng)通信距離為1200 100m,可實(shí)現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全

16、防爆可實(shí)現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆(PA)。 Profibus-DP用于現(xiàn)場控制器與分散用于現(xiàn)場控制器與分散I/O之間的之間的數(shù)據(jù)通信；數(shù)據(jù)通信； Profibus-FMS 用來解決車間級通用來解決車間級通信任務(wù)，此層將被信任務(wù)，此層將被Ethernet取代；取代；Profibus PA用于過程自動(dòng)化用于過程自動(dòng)化, 可連現(xiàn)場變送器可連現(xiàn)場變送器、執(zhí)行執(zhí)行器。器。 Profibus采取主站之間的令牌傳遞方式和主從采取主站之間的令牌傳遞方式和主從站之間的主、從通信方式。站之間的主、從通信方式。 Profibus-DP允許允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。 Profibus行規(guī)行規(guī)

17、 (用戶接口用戶接口) 可使不同廠商生產(chǎn)的可使不同廠商生產(chǎn)的零部件互換使用零部件互換使用, 從而保證各家廠商的現(xiàn)場設(shè)從而保證各家廠商的現(xiàn)場設(shè)備的互換性和互操作性。備的互換性和互操作性。PA 行規(guī)包括各種設(shè)行規(guī)包括各種設(shè)備功能備功能、行為的必要規(guī)范以及描述各類設(shè)備組行為的必要規(guī)范以及描述各類設(shè)備組態(tài)信息的數(shù)據(jù)單。態(tài)信息的數(shù)據(jù)單。Profibus總線協(xié)議芯片已形成系列總線協(xié)議芯片已形成系列, 有多種集有多種集成芯片可供使用成芯片可供使用, 以滿足不同需要，構(gòu)成復(fù)雜以滿足不同需要，構(gòu)成復(fù)雜程度各異的程度各異的Profibus總線?？偩€。Siemens公司的公司的 SPM2單片可用來構(gòu)成簡單的單片可用

18、來構(gòu)成簡單的DP從站從站, ASPC2可構(gòu)成可構(gòu)成DP主站主站, SIM1與與SPC4可實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)PA的功能。的功能。應(yīng)用行規(guī)應(yīng)用行規(guī)2應(yīng)用行規(guī)應(yīng)用行規(guī)1通信協(xié)議通信協(xié)議傳輸特性傳輸特性專用應(yīng)用行規(guī)通用應(yīng)用行規(guī)（可選）PROFIBUS DP-V0V2RS 485(PROFIBUS DP)IEC 61158-2(PROFIBUS PA)傳輸特性傳輸特性( (物理層物理層) )的的DP采用采用RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)，通信標(biāo)準(zhǔn)，PA采用采用IEC 61158-2( (MBP) )傳輸技術(shù)。傳輸技術(shù)。通信協(xié)議通信協(xié)議( (數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層) ):采用采用DP-V0V2。應(yīng)用行規(guī)說明各種設(shè)備的功能和行

19、為，。應(yīng)用行規(guī)說明各種設(shè)備的功能和行為，有通用和專用應(yīng)用行規(guī)。有通用和專用應(yīng)用行規(guī)。 Profibus總線的通信模型總線的通信模型通信協(xié)議通信協(xié)議有有DP-V0、 DP-V1 和和DP-V0三種版本三種版本 ：DP-V0 提供提供DP基本功能基本功能，包括主站和從站的包括主站和從站的循環(huán)數(shù)據(jù)交換，以及站診斷、模塊診斷等循環(huán)數(shù)據(jù)交換，以及站診斷、模塊診斷等。 DP-V1 依據(jù)過程自動(dòng)化的需求提供主、依據(jù)過程自動(dòng)化的需求提供主、 從站從站間的非循環(huán)數(shù)據(jù)交換功能間的非循環(huán)數(shù)據(jù)交換功能, 用于參數(shù)賦值用于參數(shù)賦值、操操作作、現(xiàn)場設(shè)備的可視化和報(bào)警處理等現(xiàn)場設(shè)備的可視化和報(bào)警處理等。 DP-V2 依據(jù)驅(qū)

20、動(dòng)技術(shù)的需求提供同步從站模依據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的需求提供同步從站模式和從站對從站的通信功能式和從站對從站的通信功能, 通過發(fā)布通過發(fā)布(生產(chǎn)生產(chǎn))者者/預(yù)定預(yù)定(消費(fèi)消費(fèi))者的廣播者的廣播 方式進(jìn)行通信方式進(jìn)行通信。 Profibus總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)PROFIBUS-DP單主站系統(tǒng)單主站系統(tǒng)PLC或或PCDP從站從站Profibus-DPDP主站主站1個(gè)DP主站1125個(gè)從站PROFIBUS-DP多主站系統(tǒng)多主站系統(tǒng)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)Profibus-DPPLC從站從站PLC主站主站采用主站之間的令牌傳遞和主從站之間的主、采用主站之間的令牌傳遞和主從站之間的主、從通信方式。從通信方式。令牌傳遞令

21、牌傳遞Publisher (z.B. Lichtgitter)Slave DP-從站從站2PROFIBUSDP-MasterPROFIBUS-DP1類主站類主站PROFIBUSDP-MasterPROFIBUS-DP2類主站類主站Publisher (z.B. Lichtgitter)Slave DP-從站從站1Publisher (z.B. Lichtgitter)Slave DP-從站從站3令牌令牌循環(huán): 從站1從站2從站3從站31 類主站的循環(huán)訪問2類主站的非循環(huán)訪問DP-V1中的循環(huán)和非循環(huán)通信中的循環(huán)和非循環(huán)通信PROFIBUS-DPMasterClass1PROFIBUS-DP1

22、類主站類主站發(fā)布者發(fā)布者(e.g. light array)從站從站預(yù)訂者預(yù)訂者 (e.g. drive) 預(yù)訂者預(yù)訂者(e.g. drive) 從站從站 從站對從站通信從站對從站通信 從站從站輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù) 通過廣播的輸入數(shù)據(jù)通過廣播的輸入數(shù)據(jù) DP-V2中的從站對從站的數(shù)據(jù)交換中的從站對從站的數(shù)據(jù)交換通過通過DP/PA Coupler連接連接Profibus-PA計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)Profibus-DP從站從站Profibus-PADP/PA耦合器耦合器PLC主站主站PROFIBUS-PA有樹結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)和兩者的有樹結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)和兩者的混合結(jié)構(gòu)?；旌辖Y(jié)構(gòu)。演示演示LonWorksLonWo

23、rks總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn)LonWorks采用采用OSI 的全部的全部7層通信規(guī)范，傳層通信規(guī)范，傳輸速率輸速率300bps1 .5Mbps,通信距離為通信距離為2700 m，它提供完整的開發(fā)平臺(tái)和神經(jīng)元芯片它提供完整的開發(fā)平臺(tái)和神經(jīng)元芯片。 現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)的核心器件是神經(jīng)元芯片，同現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)的核心器件是神經(jīng)元芯片，同時(shí)具備通信和控制功能，一個(gè)神經(jīng)元芯片加時(shí)具備通信和控制功能，一個(gè)神經(jīng)元芯片加上收發(fā)器即可構(gòu)成典型的現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)上收發(fā)器即可構(gòu)成典型的現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)。 MC143150/20Neuron芯片芯片EEPROM/ROM(僅對MC143150)I/O電路電路Lon收發(fā)器收發(fā)器檢測控制檢測控

24、制裝置裝置網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)LonWorks 使用開放式通信協(xié)議使用開放式通信協(xié)議 LonTalk, 是是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議, 它發(fā)送的報(bào)文都是它發(fā)送的報(bào)文都是很短的數(shù)據(jù)，可靠性、實(shí)時(shí)性較高。很短的數(shù)據(jù)，可靠性、實(shí)時(shí)性較高。LonWorks 采用的編程語言采用的編程語言 Neuron C 是轉(zhuǎn)為是轉(zhuǎn)為神經(jīng)元芯片所設(shè)計(jì)神經(jīng)元芯片所設(shè)計(jì), 它刪除了標(biāo)準(zhǔn)它刪除了標(biāo)準(zhǔn)C中一些不中一些不需要的功能需要的功能, 增加了用于網(wǎng)絡(luò)操作的語句和內(nèi)增加了用于網(wǎng)絡(luò)操作的語句和內(nèi)部函數(shù)。部函數(shù)。LonWorks技術(shù)為用戶提供了一個(gè)簡潔的訪問技術(shù)為用戶提供了一個(gè)簡潔的訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)工具網(wǎng)絡(luò)服務(wù)工具

25、 實(shí)施網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù),其功能為網(wǎng)其功能為網(wǎng)絡(luò)安裝、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。絡(luò)安裝、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。LonWorks總線的通信模型總線的通信模型數(shù)據(jù)表示作用作用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型LON提供的服務(wù)提供的服務(wù)表示層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 OSI模型模型應(yīng)用層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)變量外部幀傳輸遠(yuǎn)程傳送控制請求/響應(yīng)，認(rèn)證端對端可靠傳輸應(yīng)答，非應(yīng)答，認(rèn)證傳輸分組地址，路由幀傳輸,介質(zhì)訪問 數(shù)據(jù)解碼,CRC糾錯(cuò),優(yōu)先級電氣連接介質(zhì)，電氣接口物理層支持多種介質(zhì)，鏈路層的介質(zhì)訪問控制采用改物理層支持多種介質(zhì)，鏈路層的介質(zhì)訪問控制采用改進(jìn)的進(jìn)的CSMA協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層管理網(wǎng)絡(luò)地址分配，傳輸層協(xié)議

26、，網(wǎng)絡(luò)層管理網(wǎng)絡(luò)地址分配，傳輸層管理報(bào)文執(zhí)行順序管理報(bào)文執(zhí)行順序, 會(huì)話層提供傳輸?shù)恼埱髸?huì)話層提供傳輸?shù)恼埱?響應(yīng)機(jī)制響應(yīng)機(jī)制, 表示、應(yīng)用層提供網(wǎng)絡(luò)變量等服務(wù)。表示、應(yīng)用層提供網(wǎng)絡(luò)變量等服務(wù)。 LonWorks總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)78Kbps雙絞線路由器路由器1.25Mbps雙絞線主干通道10Kbps電力線網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)其它總線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)路由器路由器現(xiàn)場現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)HARTHART總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn)HART使用使用OSI參考模型的第參考模型的第1、2、7三層三層, 傳傳輸速率較低輸速率較低，一般為一般為1200

27、bps，新版本新版本6.0已提已提高到高到9600bps，通信距離可達(dá)通信距離可達(dá)3000 m。 HART總線采用基于總線采用基于Bell 202 通信標(biāo)準(zhǔn)的通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK技術(shù)，在技術(shù)，在420mA的模擬信號上疊加了一個(gè)頻的模擬信號上疊加了一個(gè)頻率信號率信號, 因此能同時(shí)傳送模擬和數(shù)字信號而不因此能同時(shí)傳送模擬和數(shù)字信號而不相互干擾。相互干擾。 HART支持多主站通信支持多主站通信, 在一根總線上也可連在一根總線上也可連接多個(gè)現(xiàn)場智能儀表接多個(gè)現(xiàn)場智能儀表, 它能實(shí)現(xiàn)總線供電和本它能實(shí)現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆。質(zhì)安全防爆。 HART總線的通信模型總線的通信模型HRAT命令內(nèi)內(nèi) 容容 數(shù)據(jù)鏈路

28、層 物理層 模型分層模型分層應(yīng)用層HART通信協(xié)議規(guī)則電氣特性，介質(zhì)物理層規(guī)定了信號傳輸方式、電氣特性、介質(zhì)等；物理層規(guī)定了信號傳輸方式、電氣特性、介質(zhì)等；數(shù)據(jù)鏈路層定義了數(shù)據(jù)鏈路層定義了HART 通信協(xié)議規(guī)則，包括信息通信協(xié)議規(guī)則，包括信息格式及信息的接收與發(fā)送處理；格式及信息的接收與發(fā)送處理；應(yīng)用層規(guī)定了三類應(yīng)用層規(guī)定了三類HART命令：命令： 通用命令、普通應(yīng)通用命令、普通應(yīng)用命令和專用命令，為解決不同廠家設(shè)備的互換性用命令和專用命令，為解決不同廠家設(shè)備的互換性及互操作問題，及互操作問題，HART也采用設(shè)備描述語言。也采用設(shè)備描述語言。 基本主設(shè)備基本主設(shè)備安全柵安全柵現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表H

29、ART總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表副主設(shè)備副主設(shè)備HART至少需要一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)現(xiàn)場儀表；至少需要一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)現(xiàn)場儀表； 現(xiàn)現(xiàn)場儀表和副主設(shè)備均為并聯(lián)，連接點(diǎn)可置于網(wǎng)絡(luò)場儀表和副主設(shè)備均為并聯(lián)，連接點(diǎn)可置于網(wǎng)絡(luò)的任意位置；的任意位置； 網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)，現(xiàn)場儀表可被更換，網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)，現(xiàn)場儀表可被更換，副主設(shè)備也可被連到網(wǎng)上。副主設(shè)備也可被連到網(wǎng)上。 小結(jié)小結(jié)上述幾種現(xiàn)場總線均可構(gòu)成現(xiàn)場控制系統(tǒng)上述幾種現(xiàn)場總線均可構(gòu)成現(xiàn)場控制系統(tǒng), 但但只有只有 FF-H1、Profibus-PA、HART 三種總線三種總線可用于過程控制可用于過程控制 (總線供電和本安防爆總線供

30、電和本安防爆)。從發(fā)。從發(fā)展趨勢看，展趨勢看，EPA有良好的應(yīng)用前景。有良好的應(yīng)用前景。能用現(xiàn)場儀表能用現(xiàn)場儀表(變送器、執(zhí)行器變送器、執(zhí)行器) 構(gòu)成就地控制構(gòu)成就地控制回路的只有回路的只有FF-H1總線，因其功能模塊具有變總線，因其功能模塊具有變送、調(diào)節(jié)、計(jì)算、報(bào)警、故障診斷等功能。送、調(diào)節(jié)、計(jì)算、報(bào)警、故障診斷等功能。適用于過程控制的現(xiàn)場總線適用于過程控制的現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線的選擇現(xiàn)場總線的選擇從性能和成本綜合考慮、是否要求由現(xiàn)場儀表從性能和成本綜合考慮、是否要求由現(xiàn)場儀表實(shí)現(xiàn)就地控制以及控制設(shè)備來源實(shí)現(xiàn)就地控制以及控制設(shè)備來源(歐洲或歐洲或美日美日)。現(xiàn)場設(shè)備比較分散、需要就地控制。這是使

31、用現(xiàn)場設(shè)備比較分散、需要就地控制。這是使用現(xiàn)場總線技術(shù)的關(guān)鍵，因?yàn)槠鋬?yōu)勢是可節(jié)省大現(xiàn)場總線技術(shù)的關(guān)鍵，因?yàn)槠鋬?yōu)勢是可節(jié)省大量現(xiàn)場布線開支，系統(tǒng)易于維護(hù)。量現(xiàn)場布線開支，系統(tǒng)易于維護(hù)。系統(tǒng)對信息集成有較高的要求。在底層使用現(xiàn)系統(tǒng)對信息集成有較高的要求。在底層使用現(xiàn)場總線技術(shù)可將大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)集成到管理層，場總線技術(shù)可將大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)集成到管理層，為管理系統(tǒng)為管理系統(tǒng)(CIMS)提供底層數(shù)據(jù)。提供底層數(shù)據(jù)。在實(shí)時(shí)性要求高的場合，應(yīng)使用較高的數(shù)據(jù)傳在實(shí)時(shí)性要求高的場合，應(yīng)使用較高的數(shù)據(jù)傳輸率。根據(jù)防爆要求選用相應(yīng)等級的總線供電輸率。根據(jù)防爆要求選用相應(yīng)等級的總線供電方案。方案。FCS的應(yīng)用場合的應(yīng)用場合

32、Ethernet的特點(diǎn)的特點(diǎn)以太網(wǎng)是以太網(wǎng)是IEEE 802.3支持的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它支持的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層, 其上是網(wǎng)絡(luò)其上是網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層層和傳輸層(TCP/IP) 。以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)與速率分別為：以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)與速率分別為： 10BASE - 5 (粗纜，粗纜，10Mbps)； 10BASE - 2 (細(xì)纜，細(xì)纜，10Mbps)； 10BASE-T、F(雙絞線雙絞線、光纖，光纖，10Mbps)；100BASE-X(雙絞線雙絞線、光纖光纖, 100Mbps)；1000BASE-T(雙絞線，雙絞線，1000Mbps) 1000BASE-X (光纖

33、，光纖，1000Mbps) 第三節(jié)第三節(jié) 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)術(shù), 幾乎所有的編程語言都支持幾乎所有的編程語言都支持Ethernet的應(yīng)的應(yīng)用開發(fā)。用開發(fā)。以太網(wǎng)的硬件產(chǎn)品價(jià)格低廉以太網(wǎng)的硬件產(chǎn)品價(jià)格低廉,其網(wǎng)卡的價(jià)格只其網(wǎng)卡的價(jià)格只有有Profibus、FF等現(xiàn)場總線的十分之一。等現(xiàn)場總線的十分之一。人們對以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用積累了許多經(jīng)驗(yàn)人們對以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用積累了許多經(jīng)驗(yàn),軟硬件資源豐富，技術(shù)十分成熟。軟硬件資源豐富，技術(shù)十分成熟。工業(yè)界對以太網(wǎng)的發(fā)展予以高度重視，工業(yè)界對以太網(wǎng)的發(fā)展予以高度重視， 并

34、給并給以大量的以大量的 技術(shù)投入，保證了以太網(wǎng)技術(shù)的持技術(shù)投入，保證了以太網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)向前發(fā)展。續(xù)向前發(fā)展。以太網(wǎng)易于與以太網(wǎng)易于與Internet連接連接, 能實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)能實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無縫連接?；W(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。Ethernet用于工控網(wǎng)要解決的關(guān)鍵技術(shù)用于工控網(wǎng)要解決的關(guān)鍵技術(shù)通信的實(shí)時(shí)性即確定性通信的實(shí)時(shí)性即確定性。 以太網(wǎng)采用介質(zhì)控制以太網(wǎng)采用介質(zhì)控制方式為方式為CSMA/CD, 在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時(shí)在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時(shí), 將影響數(shù)將影響數(shù)據(jù)的傳輸效率?？赏ㄟ^提高通信速率據(jù)的傳輸效率?？赏ㄟ^提高通信速率, 限制通信限制通信負(fù)荷以及采用交換式集線器和全雙工通

35、信負(fù)荷以及采用交換式集線器和全雙工通信, 使碰使碰撞機(jī)率大大降低撞機(jī)率大大降低。通信的穩(wěn)定性和可靠性。通信的穩(wěn)定性和可靠性。以太網(wǎng)所用的接插件、以太網(wǎng)所用的接插件、集線器集線器、交換機(jī)交換機(jī)、電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計(jì)電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計(jì)的的，不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求。應(yīng)設(shè)計(jì)用不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求。應(yīng)設(shè)計(jì)用于工業(yè)現(xiàn)場、抗干擾性能好的產(chǎn)品。于工業(yè)現(xiàn)場、抗干擾性能好的產(chǎn)品?？偩€供電和本質(zhì)安全防爆問題?？偩€供電和本質(zhì)安全防爆問題。目前以太網(wǎng)設(shè)目前以太網(wǎng)設(shè)備功耗都比較大備功耗都比較大, 只能采用非總線供電只能采用非總線供電(或利用通或利用通信電纜中的另一對雙絞線信電纜中的另一對雙絞線

36、)和隔離防爆的方法和隔離防爆的方法, 應(yīng)應(yīng)盡力研制低功耗的設(shè)備。盡力研制低功耗的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)的安全性問題。網(wǎng)絡(luò)的安全性問題。 以太網(wǎng)有可能受到病毒、以太網(wǎng)有可能受到病毒、黑客的入侵與非法操作的威脅黑客的入侵與非法操作的威脅，應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)隔離應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)隔離方法將控制網(wǎng)絡(luò)與外部信息網(wǎng)分開，同時(shí)可采取方法將控制網(wǎng)絡(luò)與外部信息網(wǎng)分開，同時(shí)可采取用戶密碼、防火墻等多種安全措施。用戶密碼、防火墻等多種安全措施。通信的一致性和互可操作性。通信的一致性和互可操作性。以太網(wǎng)只定義了以太網(wǎng)只定義了物理層物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及其上的數(shù)據(jù)鏈路層以及其上的 TCP/IP, 而沒有而沒有工業(yè)控制現(xiàn)場設(shè)備通信所需的高層協(xié)議，應(yīng)

37、當(dāng)建工業(yè)控制現(xiàn)場設(shè)備通信所需的高層協(xié)議，應(yīng)當(dāng)建立完整的、有效的應(yīng)用層與用戶層規(guī)范，以滿足立完整的、有效的應(yīng)用層與用戶層規(guī)范，以滿足開放系統(tǒng)互操作的要求開放系統(tǒng)互操作的要求。FTP,SMTP,HTTPEthernet用于工控網(wǎng)絡(luò)的幾種技術(shù)方案用于工控網(wǎng)絡(luò)的幾種技術(shù)方案lEthernet/IP (the ControlNet /DeviceNet objects on TCP/IP) (CI, Rockwell Automation等)lFF HSE (High Speed Ethernet) (FF, Emerson等)lProfinet (Profibus on Ethernet) (PI,

38、Siemens等)lModbus IDA (Modbus Interface for Distributed Automation) (IDA，Schneider Automation等)lEtherCAT (Ethernet Control Automation Techlnology) (ETG, Beckhoff)lEPA (Ethernet for Plant Automation)EPA的進(jìn)展的進(jìn)展EPA=以太網(wǎng)（物理層鏈路層）以太網(wǎng)（物理層鏈路層） TCP / IP ( (網(wǎng)絡(luò)層傳輸層）應(yīng)用層用戶層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層）應(yīng)用層用戶層2001年年11月成立課題攻關(guān)小組月成立課題攻關(guān)小組 (

39、(浙大中控、浙大中控、中科院沈陽所、清華大學(xué)等組成中科院沈陽所、清華大學(xué)等組成) )。經(jīng)過一年半時(shí)間的攻關(guān)基本解決了：以太網(wǎng)實(shí)經(jīng)過一年半時(shí)間的攻關(guān)基本解決了：以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通信、總線供電、可靠性與抗干擾、遠(yuǎn)距離時(shí)通信、總線供電、可靠性與抗干擾、遠(yuǎn)距離傳輸傳輸、網(wǎng)絡(luò)安全以及控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)等難題。網(wǎng)絡(luò)安全以及控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)等難題。開發(fā)了基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場控制設(shè)備：開發(fā)了基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場控制設(shè)備：EPA的通的通信模塊、變送器、現(xiàn)場控制器、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信模塊、變送器、現(xiàn)場控制器、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、能實(shí)現(xiàn)總線供電的集線器樣機(jī)、基于以太網(wǎng)的能實(shí)現(xiàn)總線供電的集線器樣機(jī)、基于以太網(wǎng)的軟軟PLC、現(xiàn)場設(shè)備管理與組態(tài)

40、軟件、基于現(xiàn)場設(shè)備管理與組態(tài)軟件、基于Web的現(xiàn)場設(shè)備診斷、維護(hù)軟件等。的現(xiàn)場設(shè)備診斷、維護(hù)軟件等。20032003 年年 9 9月，月，IEC/SC65/WG1 西班牙馬德里會(huì)議西班牙馬德里會(huì)議上，浙大中控代表中國匯報(bào)了上，浙大中控代表中國匯報(bào)了 EPAEPA 工作情況，工作情況，0404年年1 1月，在法國召開的月，在法國召開的WG 11、12、13 工作組工作組會(huì)議會(huì)議上上, ,中國代表團(tuán)作了中國代表團(tuán)作了EPAEPA技術(shù)及其安全策略的專題技術(shù)及其安全策略的專題講座得到了與會(huì)專家的高度重視。講座得到了與會(huì)專家的高度重視。SC65 建議將六個(gè)實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議提案建議將六個(gè)實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)

41、議提案 ( (EPAEPA, , EtherCATEtherCAT, ,Modbus TCPModbus TCP等等) )以以 PASPAS( ( PubliclyPublicly AvaiAvai- - labllable e Specification)Specification)規(guī)范形式發(fā)布規(guī)范形式發(fā)布。0505年年5 5月加月加拿大會(huì)議正式列為國際標(biāo)準(zhǔn)第拿大會(huì)議正式列為國際標(biāo)準(zhǔn)第1414類型類型CPFCPF 1414。0707年將成為第四版年將成為第四版6115861158標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的Type 14Type 14。起草起草EPA國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的用于工業(yè)測量與控制

42、系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。2004.05國家標(biāo)準(zhǔn)化國家標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)技術(shù)委員會(huì)TC 124通過了對通過了對此標(biāo)準(zhǔn)的評審。此標(biāo)準(zhǔn)的評審?；诨贓thernet的工控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的工控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)操作員站操作員站過程Ethernet(EPA)交換機(jī)交換機(jī)控制層控制層工程師站工程師站通用Ethernet現(xiàn)場層現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器服務(wù)器互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器服務(wù)器通用Ethernet管理管理計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)管理管理計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)質(zhì)量,財(cái)務(wù),設(shè)備,供銷管理Intranet/Internet管理層管理層e網(wǎng)到底網(wǎng)到底第四節(jié)第四節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場儀表：現(xiàn)場儀表：具有標(biāo)準(zhǔn)通信接

43、口的智能變送、控制、具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口的智能變送、控制、顯示、執(zhí)行儀表。顯示、執(zhí)行儀表?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)場測控儀表、通信設(shè)備、控制網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)場測控儀表、通信設(shè)備、電纜、上位計(jì)算機(jī)以及通信和組態(tài)軟件。電纜、上位計(jì)算機(jī)以及通信和組態(tài)軟件。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)：上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)：符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有通信接口符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有通信接口(或網(wǎng)卡或網(wǎng)卡)、操作系統(tǒng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。、操作系統(tǒng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。通信設(shè)備和軟件：通信設(shè)備和軟件：通信轉(zhuǎn)換裝置、網(wǎng)卡及監(jiān)控界通信轉(zhuǎn)換裝置、網(wǎng)卡及監(jiān)控界面與現(xiàn)場儀表之間數(shù)據(jù)交換軟件面與現(xiàn)場儀表之間數(shù)據(jù)交換軟件(DDE、OP

44、C等等)。用戶組態(tài)軟件：用戶組態(tài)軟件：制作監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)顯示、操作、制作監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)顯示、操作、報(bào)警、制表、打印等功能。報(bào)警、制表、打印等功能。通信接口卡通信接口卡監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī) 不同子網(wǎng)不同子網(wǎng)其它網(wǎng)絡(luò)其它網(wǎng)絡(luò) 路由器路由器 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表用戶應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用軟件網(wǎng)絡(luò)通信軟件網(wǎng)絡(luò)通信軟件現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)示意圖現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)示意圖通信軟件通信軟件DDE (Dinamic data exchange)：動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換基動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換基于消息機(jī)制，用于控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。于消息機(jī)制，用于控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。 當(dāng)數(shù)當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí)，效率較低。微軟公司已停止發(fā)展據(jù)量大時(shí)，效率較低。微軟

45、公司已停止發(fā)展 DDE技術(shù)，但仍給予支持。技術(shù)，但仍給予支持。 目前大多數(shù)監(jiān)控軟件也支目前大多數(shù)監(jiān)控軟件也支持持DDE。OPC (OLE for Process Control)： 用于過程控制用于過程控制的的OLE以以Active X、COM&DCOM、XML及及.NET技術(shù)技術(shù)為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)。 OPC是一個(gè)是一個(gè)開放的開放的軟件軟件接口規(guī)范，接口規(guī)范，用于客戶程序和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信用于客戶程序和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信。 OPC 使使監(jiān)控軟件能高效、穩(wěn)定地對硬件設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控軟件能高效、穩(wěn)定地對硬件設(shè)備進(jìn)行存取操作存取操作, 系統(tǒng)應(yīng)用軟件之間也可靈活地進(jìn)行信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件之間也可靈活地

46、進(jìn)行信息交換。交換。.設(shè)備設(shè)備B設(shè)備設(shè)備A設(shè)備設(shè)備N應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件X.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件Z驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序.OPC服務(wù)器服務(wù)器設(shè)備設(shè)備BOPC服務(wù)器服務(wù)器設(shè)備設(shè)備AOPC服務(wù)器服務(wù)器設(shè)備設(shè)備N應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件XOPC接口接口.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件ZOPC接口接口OPC客戶客戶監(jiān)控組態(tài)軟件監(jiān)控組態(tài)軟件 監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)的軟的軟件平臺(tái)工具件平臺(tái)工具，主要用來構(gòu)建人機(jī)圖形界面，功能多樣，主要用來構(gòu)建人機(jī)圖形界面，功能多樣,使用靈活使用靈活。它具有數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、。它具有數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口等

47、功能，并廣泛支持各種通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口等功能，并廣泛支持各種I/O設(shè)備設(shè)備。 知名的監(jiān)控組態(tài)軟件在國際上有知名的監(jiān)控組態(tài)軟件在國際上有Wonderware公司公司的的 Intouch、Intellution公司的公司的iFix、西門子公司西門子公司的的WinCC、NI公司公司的的LabView、Iconics公司公司的的Genesis等等等等。Into uch是在上世紀(jì)是在上世紀(jì)80年代末推出的年代末推出的第一個(gè)商品化第一個(gè)商品化組態(tài)軟件。組態(tài)軟件。 國內(nèi)有三維國內(nèi)有三維科技股份有限公司的力控軟件科技股份有限公司的力控軟件、北京北京亞控亞控科技發(fā)展科技發(fā)展有限公司的有限公司的組態(tài)王組態(tài)王

48、、北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司的科技有限公司的MCGS等。等?；诨贔F總線的控制系統(tǒng)總線的控制系統(tǒng) Delta V 系統(tǒng)開放、模塊結(jié)構(gòu)、配置靈活、擴(kuò)展方便系統(tǒng)開放、模塊結(jié)構(gòu)、配置靈活、擴(kuò)展方便。選用選用不同的不同的I/O卡卡, 可連接符合總線標(biāo)準(zhǔn)的多種現(xiàn)場設(shè)備?？蛇B接符合總線標(biāo)準(zhǔn)的多種現(xiàn)場設(shè)備。硬件安裝簡單、快捷硬件安裝簡單、快捷。采用即插即用技術(shù)，可帶電采用即插即用技術(shù)，可帶電插拔，維護(hù)方便。插拔，維護(hù)方便。本安本安I/O卡卡、集成隔離安全柵集成隔離安全柵、IOIO卡件的每個(gè)通道均卡件的每個(gè)通道均與現(xiàn)場隔離，系統(tǒng)可靠性高。與現(xiàn)場隔離，系統(tǒng)可靠性高。軟件功能豐富

49、、多樣軟件功能豐富、多樣。具有資源管理器、圖形界面具有資源管理器、圖形界面設(shè)計(jì)、先進(jìn)控制軟件、數(shù)據(jù)庫管理和設(shè)備管理系統(tǒng)。設(shè)計(jì)、先進(jìn)控制軟件、數(shù)據(jù)庫管理和設(shè)備管理系統(tǒng)。拖放式、圖形組態(tài)拖放式、圖形組態(tài)( (IEC61131IEC61131控制語言標(biāo)準(zhǔn)控制語言標(biāo)準(zhǔn)) )方式方式使得系統(tǒng)組態(tài)易于實(shí)現(xiàn)使得系統(tǒng)組態(tài)易于實(shí)現(xiàn)。支持支持OPCOPC標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)，Delta V可方便地與廠內(nèi)局域網(wǎng)連接可方便地與廠內(nèi)局域網(wǎng)連接?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)例現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu):系統(tǒng)包括工作站系統(tǒng)包括工作站、通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)、控制器及控制器及I/O卡件卡件, 支支持持FF、HSE、Profibus、HART

50、等總線，可等總線，可冗余配置冗余配置。Delta VDelta V控制器控制器支持多種現(xiàn)場總線，冗余配置，通信速率為支持多種現(xiàn)場總線，冗余配置，通信速率為100M，可帶電插拔，系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別。可帶電插拔，系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別。I/OI/O卡件卡件支持支持輸入輸出卡件輸入輸出卡件 RTD TC AI PI MV AO DI DO RTD TC AI PI MV AO DI DO SOESOE支持各種總線協(xié)議的數(shù)據(jù)接口卡支持各種總線協(xié)議的數(shù)據(jù)接口卡：Serial Card Serial Card 串口卡串口卡Fieldbus Card Fieldbus Card 現(xiàn)場總線卡件現(xiàn)場總線卡件Hart AI/

51、AOHart AI/AO卡卡PROFIBUS DPPROFIBUS DP接口卡接口卡As-i As-i 協(xié)議接口卡協(xié)議接口卡DeviceNet DeviceNet 卡卡HSEHSE高速總線接口卡等高速總線接口卡等軟件包軟件包資源管理器資源管理器(Explorer)：系統(tǒng)組態(tài)的基本瀏覽工具，允系統(tǒng)組態(tài)的基本瀏覽工具，允許訪問視圖中的任一項(xiàng)，并可以拖放的方式進(jìn)行操作。許訪問視圖中的任一項(xiàng)，并可以拖放的方式進(jìn)行操作。控制工作室控制工作室(Control Studio)：提供圖形化界面，創(chuàng)建提供圖形化界面，創(chuàng)建和修改控制策略，在線瀏覽和調(diào)試。和修改控制策略，在線瀏覽和調(diào)試。圖形工作室圖形工作室(Gra

52、phics Studio)：使用圖形、文字、數(shù)使用圖形、文字、數(shù)字和動(dòng)態(tài)顯示工具，創(chuàng)建高分辨率的實(shí)時(shí)過程圖形。字和動(dòng)態(tài)顯示工具，創(chuàng)建高分辨率的實(shí)時(shí)過程圖形。設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)(AMS)：在線對設(shè)備進(jìn)行組態(tài)、標(biāo)定和在線對設(shè)備進(jìn)行組態(tài)、標(biāo)定和遠(yuǎn)程故障診斷。遠(yuǎn)程故障診斷。先進(jìn)控制軟件先進(jìn)控制軟件： 模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、預(yù)測控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、預(yù)測控制、回路整定、仿真軟件等?；芈氛ā⒎抡孳浖?。預(yù)先設(shè)計(jì)的組態(tài)策略庫AMSAMS用于儀表和調(diào)節(jié)閥的設(shè)備管理系統(tǒng)用于儀表和調(diào)節(jié)閥的設(shè)備管理系統(tǒng)基于基于FFFF和和HartHart的儀表數(shù)據(jù)服務(wù)器的儀表數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)置內(nèi)置AMSAMS 、單工

53、作站、單工作站AMSAMS、分布式分布式AMSAMS、資源管理器資源管理器控制工作室控制工作室圖形工作室圖形工作室設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)l控制模塊編輯控制模塊編輯l輕松拖放組態(tài)方式輕松拖放組態(tài)方式l每個(gè)單項(xiàng)均可直接編輯每個(gè)單項(xiàng)均可直接編輯l內(nèi)置批量控制軟件和現(xiàn)場內(nèi)置批量控制軟件和現(xiàn)場總線功能總線功能l直接輕松存檔直接輕松存檔l類似Windows資源管理器l單一窗口管理整個(gè)系統(tǒng)資源l系統(tǒng)組態(tài)的調(diào)度室l系統(tǒng)資源分配辦公室Delta V控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 (甲醇裝置甲醇裝置)2對冗余的MD控制器H1PLCPROFIBUS DPMODBUSPLCRemote I/O 上海焦化有限公司甲

54、醇及一氧化碳裝置，AI、AO、DI、DO共700多點(diǎn)，控制回路100多個(gè)。1臺(tái)工程師站4臺(tái)操作員站12臺(tái)FF在上海賽科在上海賽科90萬噸萬噸/年烯工程中的應(yīng)年烯工程中的應(yīng)用用賽科乙烯工程的十套生產(chǎn)裝置、公用工程及輔助設(shè)賽科乙烯工程的十套生產(chǎn)裝置、公用工程及輔助設(shè)施投入商業(yè)化運(yùn)行，標(biāo)志著在現(xiàn)代化大型石化聯(lián)合施投入商業(yè)化運(yùn)行，標(biāo)志著在現(xiàn)代化大型石化聯(lián)合工廠大規(guī)模采用工廠大規(guī)模采用FF現(xiàn)場總線控制技術(shù)獲得了成功?，F(xiàn)場總線控制技術(shù)獲得了成功。全廠自控系統(tǒng)包括：全廠自控系統(tǒng)包括：DCS/FCS、SIS、火災(zāi)和可燃火災(zāi)和可燃?xì)怏w檢測系統(tǒng)氣體檢測系統(tǒng)FGS、儀表和電氣設(shè)備管理系統(tǒng)儀表和電氣設(shè)備管理系統(tǒng)AMS

55、和和EMS、在線分析儀管理系統(tǒng)在線分析儀管理系統(tǒng)ADAQ、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備管轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備管理系統(tǒng)理系統(tǒng)MMS、先進(jìn)過程控制先進(jìn)過程控制APC、在線優(yōu)化在線優(yōu)化OPT、操作培訓(xùn)仿真系統(tǒng)操作培訓(xùn)仿真系統(tǒng)OTS、閉路電視系統(tǒng)閉路電視系統(tǒng)CCTV等。等?，F(xiàn)場儀表設(shè)備總共現(xiàn)場儀表設(shè)備總共54025臺(tái)，其中臺(tái)，其中FF設(shè)備設(shè)備14375臺(tái)臺(tái)； 總回路數(shù)總回路數(shù)48200個(gè)，總位個(gè)，總位號號168,000個(gè)；個(gè)； FF網(wǎng)段網(wǎng)段2473個(gè)個(gè)，平均每個(gè)網(wǎng)段上掛平均每個(gè)網(wǎng)段上掛5.8臺(tái)臺(tái)FF設(shè)備；設(shè)備； 現(xiàn)場接線箱現(xiàn)場接線箱5300個(gè)。個(gè)。賽科現(xiàn)場總線網(wǎng)段賽科現(xiàn)場總線網(wǎng)段( (Segment)Segment)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)現(xiàn)場總線

56、段的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮網(wǎng)段總的電流負(fù)載、電纜現(xiàn)場總線段的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮網(wǎng)段總的電流負(fù)載、電纜型號、總線干線長度、總線支線長度、電壓降和現(xiàn)型號、總線干線長度、總線支線長度、電壓降和現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量等。場設(shè)備數(shù)量等。每個(gè)總線網(wǎng)段上最多安裝每個(gè)總線網(wǎng)段上最多安裝12臺(tái)臺(tái)FF現(xiàn)場總線設(shè)備?，F(xiàn)場總線設(shè)備。工程設(shè)計(jì)時(shí)按安裝工程設(shè)計(jì)時(shí)按安裝9臺(tái)考慮臺(tái)考慮，現(xiàn)平均現(xiàn)平均5.85.8臺(tái)，臺(tái)， 以后尚以后尚可增加可增加3 3臺(tái)。臺(tái)。每根總線電纜長度（干線加各支線總長度之和）不每根總線電纜長度（干線加各支線總長度之和）不應(yīng)超過應(yīng)超過1200米?？偩€上設(shè)備總數(shù)為米。總線上設(shè)備總數(shù)為 1-12，單根，單根支線長度不應(yīng)超過支線長度不應(yīng)超

57、過120m。支線電纜長度應(yīng)盡量短。支線電纜長度應(yīng)盡量短。總線網(wǎng)段電源模塊：電源隔離器和電源調(diào)整器冗余總線網(wǎng)段電源模塊：電源隔離器和電源調(diào)整器冗余配置配置。電源調(diào)整器的作用是保證電源調(diào)整器的作用是保證FF總線上的頻率信總線上的頻率信號（號（31.25Kbps)不被電源短路。不被電源短路。每個(gè)網(wǎng)段有兩個(gè)終端器每個(gè)網(wǎng)段有兩個(gè)終端器，分別接在該網(wǎng)段的兩端分別接在該網(wǎng)段的兩端，一一個(gè)在個(gè)在FF電源模塊中電源模塊中，另一個(gè)在專用端子塊箱內(nèi)另一個(gè)在專用端子塊箱內(nèi)。終端終端器將器將電流信號電流信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電壓信號電壓信號，消除信號反射干擾。消除信號反射干擾。規(guī)定采用規(guī)定采用MTL公司提供的增安型公司提供的

58、增安型EEx e接線箱接線箱。儀儀表和接線箱與總線電纜連接使用表和接線箱與總線電纜連接使用防爆電纜密封接頭防爆電纜密封接頭。用有短路保護(hù)作用的用有短路保護(hù)作用的FF專用端子塊與各專用端子塊與各FF設(shè)備連接。設(shè)備連接。為限制一個(gè)現(xiàn)場總線網(wǎng)段上的通信量，一個(gè)總線網(wǎng)為限制一個(gè)現(xiàn)場總線網(wǎng)段上的通信量，一個(gè)總線網(wǎng)段設(shè)計(jì)不應(yīng)超過段設(shè)計(jì)不應(yīng)超過2個(gè)控制回路。個(gè)控制回路。PID控制功能塊：標(biāo)準(zhǔn)的單控制功能塊：標(biāo)準(zhǔn)的單PID控制回路，控制回路，PID功能功能塊設(shè)置在調(diào)節(jié)閥定位器上。對于串級控制回路，主塊設(shè)置在調(diào)節(jié)閥定位器上。對于串級控制回路，主回路控制回路控制PID功能塊在功能塊在DCS控制器執(zhí)行，副回路控控制

59、器執(zhí)行，副回路控制制PID功能塊在調(diào)節(jié)閥定位器上。功能塊在調(diào)節(jié)閥定位器上。基于基于PROFIBUS總線的控制系統(tǒng)總線的控制系統(tǒng)PCS-7 PCS-7是體現(xiàn)了是體現(xiàn)了Siemens全集成自動(dòng)化概念的過程控全集成自動(dòng)化概念的過程控制系統(tǒng)制系統(tǒng)，表現(xiàn)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通信和軟件。表現(xiàn)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通信和軟件。PCS-7采用標(biāo)準(zhǔn)的采用標(biāo)準(zhǔn)的 SIMATIC部件部件(S7/M7/C7控制器、控制器、PC、HMI、DP、PA部件等部件等)進(jìn)行配置進(jìn)行配置，同時(shí)模塊化同時(shí)模塊化的結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)的靈活性和統(tǒng)一性。的結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)的靈活性和統(tǒng)一性。PCS-7具有標(biāo)準(zhǔn)接口具有標(biāo)準(zhǔn)接口，允許非允許非Siemen

60、s的部件與系統(tǒng)的部件與系統(tǒng)方便地連接方便地連接，而不必使用價(jià)貴的專用接口而不必使用價(jià)貴的專用接口(開放性開放性)。完善的人機(jī)接口和編程功能。完善的人機(jī)接口和編程功能。WinCC和工具軟件提和工具軟件提供了完成監(jiān)控界面、編程、模擬、維護(hù)等功能。供了完成監(jiān)控界面、編程、模擬、維護(hù)等功能。現(xiàn)場控制級使用現(xiàn)場控制級使用Profibus-DP、PA及及AS-I等總線，上等總線，上層使用以太網(wǎng)。層使用以太網(wǎng)。EngineeringStation ESIndustrial Ethernet / Fast Ethernetoperator terminals(1.16)OS server(1.6)EthernetPR