學(xué)號(hào)：1109111118

2022-2022學(xué)年第二學(xué)期

@和）鹿耳皮

《PROF舊US的應(yīng)用與發(fā)展》

題目：的應(yīng)用與發(fā)展

專業(yè)：_______自動(dòng)化____________

班級(jí)：自動(dòng)化（）班

姓名：_______湯傳軍

指導(dǎo)教師：楊銳敏____________

成績(jī)：_________________________

電氣工程學(xué)院

2022年4月15日

PROFIBUS的發(fā)展與應(yīng)用

目錄

摘要.............................................................................1.

1.弓I言.........................................................................2

1.1現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)模型........................................................2

1.2現(xiàn)場(chǎng)總線主要特點(diǎn)........................................................2

2.現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用.............................................3

3.現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用...............................................3

4.現(xiàn)場(chǎng)總線在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用...............................................4

4.1國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀.............................................4

5.現(xiàn)場(chǎng)總線在樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用.................................................5

51概述.......................................................................5

5.2樓宇自動(dòng)化中應(yīng)用的主要現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù).......................................5

6.現(xiàn)場(chǎng)總線在智能交通領(lǐng)域中的應(yīng)用...............................................6

概述.......................................................................6

6.2智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)介紹..................................................6

7.結(jié)束語(yǔ)........................................................................6

參考文獻(xiàn)..........................................................................8

2

摘要

現(xiàn)場(chǎng)總線作為一種開(kāi)放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，近年來(lái)得到

了迅猛的發(fā)展和應(yīng)用。用于過(guò)程自動(dòng)化、創(chuàng)造自動(dòng)化、電力自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化

等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通信網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了

生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。為此本文闡

述了現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在各個(gè)代表性領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)，發(fā)展，應(yīng)用

1

1.引言

計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)急速發(fā)展的今天，特殊是考慮到現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)普遍地滲

透到自動(dòng)控制的各個(gè)領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線勢(shì)必成為電工自動(dòng)控制領(lǐng)域主要的發(fā)

展方向之一?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)向來(lái)是國(guó)際上各大公司激烈競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域；并且國(guó)外大

公司已經(jīng)在大力拓展中國(guó)市場(chǎng)，發(fā)展我國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品已經(jīng)刻不容緩?，F(xiàn)場(chǎng)總

線對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的影響意義深遠(yuǎn)。當(dāng)今可以認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)總線是提高白動(dòng)化系統(tǒng)整體

水平的基礎(chǔ)技術(shù)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響重大。因此，要在自動(dòng)化領(lǐng)域中推廣應(yīng)用和發(fā)

展現(xiàn)場(chǎng)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線是近年來(lái)自動(dòng)化領(lǐng)域中發(fā)展很快的互連通信網(wǎng)絡(luò)，具有協(xié)

議簡(jiǎn)單開(kāi)放、容錯(cuò)能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點(diǎn)。

目前，國(guó)際上各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)總線有幾百種之多，統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。較

著名的有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）、HART現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN現(xiàn)場(chǎng)總線、LONWORKS

現(xiàn)場(chǎng)總線、PROF舊US現(xiàn)場(chǎng)總線、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS.

AS-INTERFACE總線等。

現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開(kāi)放的、全數(shù)字化、雙向、多站的

通信系統(tǒng)，主要用于工廠低層設(shè)備（傳感器及傳動(dòng)裝置等）的數(shù)據(jù)通信?，F(xiàn)場(chǎng)總線

己不僅僅是一個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域或者新技術(shù)問(wèn)題，在研究它的同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)

改變了我們的觀念；如何去看待現(xiàn)場(chǎng)總線，要比研究它的技術(shù)細(xì)節(jié)更為重要。

1.1現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)模型

現(xiàn)場(chǎng)總線的模型結(jié)構(gòu)在低層（1、2層）是基本相同的，在上層各現(xiàn)場(chǎng)總線之

間的功能有所不同。IEC定義為3層，即采用ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）的OSI所

規(guī)定的7層中的3層，分別為物理層、鏈路層、應(yīng)用層。ISA/SP50委員會(huì)增加

了用戶層，因此現(xiàn)場(chǎng)總線模型已統(tǒng)一為4層，即物理層、鏈路層、應(yīng)用層和用戶

層。

1.2現(xiàn)場(chǎng)總線主要特點(diǎn)

1）系統(tǒng)可靠性高；

2）實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)；

3）安裝與接線費(fèi)用低；

4）調(diào)節(jié)性能提高；

5）系統(tǒng)組態(tài)簡(jiǎn)單

2

1.3現(xiàn)場(chǎng)總線是一場(chǎng)技術(shù)革命

現(xiàn)場(chǎng)總線帶來(lái)了觀念的變化，我們以往開(kāi)辟新產(chǎn)品，往往只注意產(chǎn)品本身的性能

指標(biāo)，對(duì)于新產(chǎn)品與其它相關(guān)產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)就考慮比較少一點(diǎn)。這樣對(duì)于電工行業(yè)

這樣一個(gè)比較保守的行業(yè)來(lái)說(shuō)，新產(chǎn)品就不那末容易地被用戶接收。而現(xiàn)場(chǎng)總線

產(chǎn)品卻恰恰相反，它是一個(gè)由用戶利益驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)，用戶對(duì)新產(chǎn)品應(yīng)用的積極性

比生產(chǎn)商更高。然而，現(xiàn)場(chǎng)總線新產(chǎn)品的開(kāi)辟也與傳統(tǒng)產(chǎn)品不同；它是從系統(tǒng)構(gòu)

成的技術(shù)角度來(lái)看問(wèn)題，它注重的是系統(tǒng)整體性能的提高，不強(qiáng)求局部最優(yōu)，而

是整體的配合。這種配合在主控計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行下能使控制系統(tǒng)應(yīng)用新的理論來(lái)

發(fā)揮最大的效能；這一點(diǎn)是傳統(tǒng)產(chǎn)品很難做到的。現(xiàn)場(chǎng)總線的“負(fù)跨越（指在技

術(shù)水平提高的同時(shí)，掌握和應(yīng)用這項(xiàng)新技術(shù)的難度卻降低了）”的特性使它的推

廣更加容易。

2.現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

我國(guó)煤炭資源十分豐富，石油資源相對(duì)短缺，大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)

技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中必須采取的一項(xiàng)措施。在我國(guó)，中、小氮肥造氣工藝多數(shù)

采用固定床間歇式造氣爐，五步循環(huán)的制氣控制直接影響煤氣的產(chǎn)量、質(zhì)量及原

料的消耗，長(zhǎng)期向來(lái)受到業(yè)內(nèi)的高度重視。氣化層溫度將隨著空氣的加入而升

高，隨著蒸氣的加入而降低，呈現(xiàn)一定規(guī)律變化，該生產(chǎn)過(guò)程被稱為一個(gè)工作循

環(huán)。

CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于造氣爐控制系統(tǒng)，從根本上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分散、信息集

中、管

控一體化的全新分布式控制模式；基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)

的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將為造氣爐的高水平自動(dòng)化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

3.現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

我國(guó)的鍋爐產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但運(yùn)行熱效率低，浪費(fèi)能源，污染環(huán)境，自動(dòng)化改

造的任務(wù)十分緊迫；我國(guó)工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展大致經(jīng)過(guò)五個(gè)階段：

1）手工控制階段；

2）專用儀表控制階段；

3）電動(dòng)單元組合控制階段；

4）計(jì)算機(jī)控制階段（分布式控制系統(tǒng)DCS）；

3

5）現(xiàn)場(chǎng)總線控制階段。

經(jīng)典的PID控制往往不易達(dá)到最佳的控制狀態(tài)采用更先進(jìn)的控制策略勢(shì)

在必行。

3.1工藝流程簡(jiǎn)介

燃料和空氣按一定比例進(jìn)入鍋爐內(nèi)燃燒，生成熱量傳給蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生飽和蒸

汽，經(jīng)過(guò)過(guò)熱器使飽和蒸汽成為有一定溫度和壓力的過(guò)熱蒸汽，并且匯集到過(guò)熱

聯(lián)箱，經(jīng)士氣閥供負(fù)荷設(shè)備使用；燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣除了將飽和蒸汽變成

過(guò)熱蒸汽外，通過(guò)省煤器預(yù)熱鍋爐的給水，通過(guò)煙道引導(dǎo)，經(jīng)過(guò)除塵器和引風(fēng)機(jī)

處理，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，最后通過(guò)煙囪進(jìn)入大氣。

3.2控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

由各子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，降低了產(chǎn)品成本；系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、

精度高、維護(hù)成本低、系統(tǒng)互換性；采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)分層控制、

集中管理、信息共享；主、輔工作站集中在中央控制室，便于設(shè)備和人員的集中

管理。

4.現(xiàn)場(chǎng)總線在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用

4.1國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

配電是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電中直接面向電力用戶的重要環(huán)節(jié)。八十年

代末，配電自動(dòng)化在美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家逐步發(fā)展起來(lái)，配電自動(dòng)化的內(nèi)容大致

分為四個(gè)方面：1）饋線白動(dòng)化;2）用戶自動(dòng)化;3）變電站自動(dòng)化;4）配電管理自

動(dòng)化。

城市配電自動(dòng)化是國(guó)家最近幾年重要的投資方向，配網(wǎng)自動(dòng)化為電網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)

測(cè)、快速故障定位、故障隔離等提供了有力的保障措施。電力配電系統(tǒng)環(huán)境特殊，

需要一種可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、容易操作的測(cè)控網(wǎng)，并能把上層的管理網(wǎng)和前端

的測(cè)控網(wǎng)連接起來(lái)。主要用于低層設(shè)備通信的現(xiàn)場(chǎng)總線徹底可以合用于這種要

求。這對(duì)利用現(xiàn)有設(shè)備，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平，提高供電可靠性，增

加電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，都具有十分重要的意義。

4.2系統(tǒng)主要特點(diǎn)

1）友好的人機(jī)界面；

2）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信；

4

3）可靠的安全管理；

4）實(shí)時(shí)的故障報(bào)警和事件處理；

5）完善的數(shù)據(jù)報(bào)表；

6）系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)資源的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和共享；

7）為各級(jí)電力系統(tǒng)的管理者提供的決策匡助；

8）系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和可視化的明顯提高；

9）對(duì)各個(gè)智能子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5.現(xiàn)場(chǎng)總線在樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用

5.1概述

隨著計(jì)算機(jī)、控制與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，特殊是近年來(lái)房地產(chǎn)業(yè)的持續(xù)升

溫，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）技術(shù)也在不斷改善、更新。樓宇自動(dòng)化管理著建造物

內(nèi)大量分散的機(jī)電設(shè)備，使大樓變得更加安全、經(jīng)濟(jì)與舒適。

普通而言，樓宇自動(dòng)叱系統(tǒng)由暖通空調(diào)、變配電、給排水、照明、保安及

消防等子系統(tǒng)組成；對(duì)其它獨(dú)立子系統(tǒng)，如電梯、廣播、電纜電視等系統(tǒng)，則可

根據(jù)需要將工作狀態(tài)監(jiān)視及緊急狀態(tài)下越級(jí)控制權(quán)賦予BAS的監(jiān)控中心。

我國(guó)現(xiàn)有的智能建造中，樓宇自動(dòng)化程度普遍不高。國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)樓宇自動(dòng)

化系統(tǒng)普通由世界著名公司成套提供，包括傳感器、閥門(mén)、執(zhí)行器、控制器、上

位機(jī)、監(jiān)控軟件等。

5.2樓宇自動(dòng)化中應(yīng)用的主要現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

智能建造中廣泛使用的主要有兩種：BACnet和LonWorks＜）

1）BACnet：1987年，美國(guó)暖通空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）組織成立SPC135

開(kāi)辟；目前已成為美國(guó)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)，并有20多家公司推出了60余種不同類(lèi)型的

BACnet；IH金山的金門(mén)大度改造工程被認(rèn)為是BACnel的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范例。

2）LonWorks:1991美國(guó)Echelon公司推出的技術(shù)，該協(xié)議徹底支持國(guó)際

標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO定義的CSI七層模型。由于其具有高可靠性、開(kāi)放性和低成本

的優(yōu)點(diǎn),全世界數(shù)以千記的創(chuàng)造廠商在其控制網(wǎng)絡(luò)方案中紛紛采用。LonWorks

技術(shù)的核心是同時(shí)具有通信和控制功能的神經(jīng)元（Neurol芯片中有3個(gè)8位的

CPU,其中2個(gè)中央處理器用于執(zhí)行通信協(xié)議，而另一個(gè)處理器用于執(zhí)行節(jié)點(diǎn)的

監(jiān)控功能。

5

6.現(xiàn)場(chǎng)總線在智能交通領(lǐng)域中的應(yīng)用

6.1概述

為了大幅度提高公路交通的通行能力和安全度，采用智能交通（ITS）新技術(shù)改

變現(xiàn)有公路交通技術(shù)面貌，是國(guó)際公路交通科學(xué)的發(fā)展方向。智能交通涉及交通、

電子、計(jì)算機(jī)、信息科學(xué)以及自動(dòng)控制、通信、檢測(cè)技術(shù)等諸多領(lǐng)域。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，ITS技術(shù)的應(yīng)用可以減少10%的廢氣排量，20%的交通延時(shí)，30%

的停車(chē)次數(shù)。美國(guó)LosAngeles地區(qū)和Texas州在ITS技術(shù)方面投資的效益成本

比率分別是16:1和22:1o

我國(guó)的交通特點(diǎn)是：

1）機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)泥行；

2）自行車(chē)數(shù)量大；

3）機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量增長(zhǎng)快；

4）國(guó)產(chǎn)機(jī)動(dòng)車(chē)速度、網(wǎng)絡(luò)容納能力和交通宣傳力度都非常有限。

發(fā)展ITS要適合我國(guó)的交通特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，研究中國(guó)的智能交通系

統(tǒng)。

6.2智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)介紹

模似屏上位機(jī)

現(xiàn)場(chǎng)總線

交通信號(hào)機(jī)21交通信號(hào)機(jī)N#交通信號(hào)機(jī)

基于現(xiàn)場(chǎng)總線的交通信號(hào)控制系統(tǒng)框圖

7.結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線屬于尚在發(fā)展之中的技術(shù)，我國(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域還剛剛起步?？傮w

6

說(shuō)來(lái)，自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著