现场总线及其应用技术
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DCS:操作员在控制室既不能了解模拟仪表 的工作状态，也不能对其进行参数调整， 更不能预测故障，导致操作员对仪表处于 “失控”状态
2020年4月30日5时45分
20
1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
4. 互换性 FCS: 用户可以自由选择不同制造商提供的 性能价格比最优的现场设备和仪表，并将 不同品牌的仪表互连； DCS:尽管模拟仪表统一了信号标准(420mA DC)，可大部分参数仍由制造厂自 定，致使不同品牌的仪表互换难度较大
1. 李正军.《现场总线及其应用技术》
机械工业出版社，2005
2. 阳宪惠. 《现场总线技术及其应用》
清华大学出版社，1998 3. 甘永梅.《现场总线技术及其应用》
机械工业出版社，2000 4. 杨宁.《集散控制系统及现场总线》
北航出版社，2001 5. 邬宽明.《现场总线技术应用选编》
北航出版社，2001
2020年4月30日5时45分
3
参考书目
2020年4月30日5时45分
4
要求及考试
上课认真做笔记 认真完成课后作业
平时成绩
30％
实验成绩
60%
平时表现及作业 40%
期末笔试
70％
2020年4月30日5时45分
5
第一讲 现场总线概述
1.1 现场总线的现状和发展
现场总线 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室 之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、 互联、多变量、多点、多站的通信网络。
至今),4－20mA的模拟量标准信号。 第三代：计算机集中控制系统(70年代) 第四代：集散式分布控制系统(80年代)
Hale Waihona Puke Baidu
2020年4月30日5时45分
8
1.1.1 现场总线的产生 ---控制系统的发展趋势
第五代：现场总线控制系统(FCS)
突破了DCS系统采用通信专用网络的局限， 采用了基于公开化、标准化的解决方案，克 服了封闭系统所造成的缺陷；
11
1.1.1 现场总线的产生---产生背景
微处理器技术的迅猛发展和广泛应用，使 仪表和现场控制设备在性能和功能上有显 著的提高；
对系统维护管理、测试和监视需求的日益 增加；
控制领域在控制精度、可操作性、可维护 性、可移植性等方面的要求。
2020年4月30日5时45分
12
1.1.2 现场总线的本质
2020年4月30日5时45分
14
1.1.2 现场总线的本质
5. 通信线供电 允许现场仪表直接从通信线上获取能量， 对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可 采用这种供电方式
6. 开放式互连网络 既可与同层网络互连，也可以与不同层网 络互连，还可以实现网络数据库的共享
2020年4月30日5时45分
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2020年4月30日5时45分
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1.1.2 现场总线的本质
4. 分散功能块
FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把 DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从 而构成虚拟控制站
例如：
流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加 输入模块，而且有PID控制和运算功能块。
调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输 出特性补偿模块，或PID控制和运算模块，甚至 阀门特性自检验和自诊断功能。
16
2020年4月30日5时45分
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
1. 结构
FCS: 一对多：一对传输线接多台仪表，双 向传输多个信号 DCS: 一对一：一对传输线接一台仪表， 单向传输一个信号
2020年4月30日5时45分
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1.1.3 现场总线的特点和优点
IEC对现场总线的定义 现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备 之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串 行、多节点数字通信的技术。
涉及智能仪表、控制、计算机、数据通信技术
2020年4月30日5时45分
7
1.1.1 现场总线的产生
---控制系统的发展趋势
第一代：气动信号控制系统(50年代之前) 第二代：电动模拟信号控制系统(50年代
1. 现场通信网络
用于过程及制造自动化的现场设备或现场仪表互连 的通信网络
2. 现场设备互连
现场设备或仪表指传感器、变送器和执行器等。这 些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞 线、同轴电缆、光纤和电源线等
3. 互操作性
对不同厂商不同品牌的现场设备统一组态，构成所 需要的控制回路，并且具备相互操作的功能
现场总线与控制网络
Field Bus and Control Network
长安大学
王会峰 2013年9月
主要内容
现场总线简介、特点与优点 数据通信基础与网络互联 主要现场总线的介绍 现场总线的典型应用 现场总线控制系统 现场总线与工业以太网的互连技术
2020年4月30日5时45分
2
参考书目
---FCS与DCS的详细对比
2. 可靠性
FCS: 可靠性好：数字信号传输抗干扰能力 强，精度高； DCS: 可靠性差：模拟信号传输不仅精度 低，而且容易受干扰
2020年4月30日5时45分
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
3. 失控状态
FCS: 操作员在控制室既可以了解现场设备 或现场仪表的工作状况，也能对设备进行 参数调整，还可以预测或寻找故障，使设 备始终处于操作员的远程监视与可控状态 之中；
把DCS的集中与分散相结合的集散系统结 构，变成了新型全分布式结构，把控制功能 彻底下放到现场。
开放性、分散性与数字通讯是现场总线系 统最显著的特征。
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传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统
2020年4月30日5时45分
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DCS与FCS
2020年4月30日5时45分
1.1.3 现场总线的特点和优点
---现场总线的结构特点
由于采用智能现场设备，能够把DCS系统中 处于控制室的控制模块、各输入输出模块置 入现场设备中，在现场直接完成采集和控制。
由于不需要其他的模数转换器件，且一对电 线能传输多个信号，因而简化了系统结构， 节约了设备及安装维护费用。
2020年4月30日5时45分
2020年4月30日5时45分
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
5. 仪表 FCS: 智能仪表，除了具有模拟仪表的检测、 变换、补偿等功能外，还具有数字通信能 力，并且具有控制和运算的能力； DCS: 模拟仪表只具有检测、变换、补偿 等功能
2020年4月30日5时45分
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
4. 互换性 FCS: 用户可以自由选择不同制造商提供的 性能价格比最优的现场设备和仪表，并将 不同品牌的仪表互连； DCS:尽管模拟仪表统一了信号标准(420mA DC)，可大部分参数仍由制造厂自 定，致使不同品牌的仪表互换难度较大
1. 李正军.《现场总线及其应用技术》
机械工业出版社，2005
2. 阳宪惠. 《现场总线技术及其应用》
清华大学出版社，1998 3. 甘永梅.《现场总线技术及其应用》
机械工业出版社，2000 4. 杨宁.《集散控制系统及现场总线》
北航出版社，2001 5. 邬宽明.《现场总线技术应用选编》
北航出版社，2001
2020年4月30日5时45分
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参考书目
2020年4月30日5时45分
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要求及考试
上课认真做笔记 认真完成课后作业
平时成绩
30％
实验成绩
60%
平时表现及作业 40%
期末笔试
70％
2020年4月30日5时45分
5
第一讲 现场总线概述
1.1 现场总线的现状和发展
现场总线 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室 之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、 互联、多变量、多点、多站的通信网络。
至今),4－20mA的模拟量标准信号。 第三代：计算机集中控制系统(70年代) 第四代：集散式分布控制系统(80年代)
Hale Waihona Puke Baidu
2020年4月30日5时45分
8
1.1.1 现场总线的产生 ---控制系统的发展趋势
第五代：现场总线控制系统(FCS)
突破了DCS系统采用通信专用网络的局限， 采用了基于公开化、标准化的解决方案，克 服了封闭系统所造成的缺陷；
11
1.1.1 现场总线的产生---产生背景
微处理器技术的迅猛发展和广泛应用，使 仪表和现场控制设备在性能和功能上有显 著的提高；
对系统维护管理、测试和监视需求的日益 增加；
控制领域在控制精度、可操作性、可维护 性、可移植性等方面的要求。
2020年4月30日5时45分
12
1.1.2 现场总线的本质
2020年4月30日5时45分
14
1.1.2 现场总线的本质
5. 通信线供电 允许现场仪表直接从通信线上获取能量， 对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可 采用这种供电方式
6. 开放式互连网络 既可与同层网络互连，也可以与不同层网 络互连，还可以实现网络数据库的共享
2020年4月30日5时45分
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2020年4月30日5时45分
13
1.1.2 现场总线的本质
4. 分散功能块
FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把 DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从 而构成虚拟控制站
例如：
流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加 输入模块，而且有PID控制和运算功能块。
调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输 出特性补偿模块，或PID控制和运算模块，甚至 阀门特性自检验和自诊断功能。
16
2020年4月30日5时45分
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
1. 结构
FCS: 一对多：一对传输线接多台仪表，双 向传输多个信号 DCS: 一对一：一对传输线接一台仪表， 单向传输一个信号
2020年4月30日5时45分
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1.1.3 现场总线的特点和优点
IEC对现场总线的定义 现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备 之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串 行、多节点数字通信的技术。
涉及智能仪表、控制、计算机、数据通信技术
2020年4月30日5时45分
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1.1.1 现场总线的产生
---控制系统的发展趋势
第一代：气动信号控制系统(50年代之前) 第二代：电动模拟信号控制系统(50年代
1. 现场通信网络
用于过程及制造自动化的现场设备或现场仪表互连 的通信网络
2. 现场设备互连
现场设备或仪表指传感器、变送器和执行器等。这 些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞 线、同轴电缆、光纤和电源线等
3. 互操作性
对不同厂商不同品牌的现场设备统一组态，构成所 需要的控制回路，并且具备相互操作的功能
现场总线与控制网络
Field Bus and Control Network
长安大学
王会峰 2013年9月
主要内容
现场总线简介、特点与优点 数据通信基础与网络互联 主要现场总线的介绍 现场总线的典型应用 现场总线控制系统 现场总线与工业以太网的互连技术
2020年4月30日5时45分
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参考书目
---FCS与DCS的详细对比
2. 可靠性
FCS: 可靠性好：数字信号传输抗干扰能力 强，精度高； DCS: 可靠性差：模拟信号传输不仅精度 低，而且容易受干扰
2020年4月30日5时45分
19
1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
3. 失控状态
FCS: 操作员在控制室既可以了解现场设备 或现场仪表的工作状况，也能对设备进行 参数调整，还可以预测或寻找故障，使设 备始终处于操作员的远程监视与可控状态 之中；
把DCS的集中与分散相结合的集散系统结 构，变成了新型全分布式结构，把控制功能 彻底下放到现场。
开放性、分散性与数字通讯是现场总线系 统最显著的特征。
2020年4月30日5时45分
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传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统
2020年4月30日5时45分
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DCS与FCS
2020年4月30日5时45分
1.1.3 现场总线的特点和优点
---现场总线的结构特点
由于采用智能现场设备，能够把DCS系统中 处于控制室的控制模块、各输入输出模块置 入现场设备中，在现场直接完成采集和控制。
由于不需要其他的模数转换器件，且一对电 线能传输多个信号，因而简化了系统结构， 节约了设备及安装维护费用。
2020年4月30日5时45分
2020年4月30日5时45分
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
5. 仪表 FCS: 智能仪表，除了具有模拟仪表的检测、 变换、补偿等功能外，还具有数字通信能 力，并且具有控制和运算的能力； DCS: 模拟仪表只具有检测、变换、补偿 等功能