现场总线技术概述

现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
传统控制系统的现场设备级、 传统控制系统的现场设备级、车间级监控和管理信息集成
FCS FCS FCS DCS DCS DCS
I/O CPU...
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现场总线
1.1 现场总线简介
传统控制系统主要缺点 一、信息集成能力不强
控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4 20mA模拟量信号或 控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4-20mA模拟量信号或 I/O连线连接 24VDC等开关量等一个变量 这样，控制器获取信息量有限， 等开关量等一个变量。 24VDC等开关量等一个变量。这样，控制器获取信息量有限，其他的 大量信息，如设备参数、故障纪录等数据很难得到。 大量信息，如设备参数、故障纪录等数据很难得到。底层生产数据不 全造成信息集成能力不强，不能满足CIMS的要求。 CIMS的要求 全造成信息集成能力不强，不能满足CIMS的要求。
DCS控制依赖控制站 DCS控制依赖控制站
I/O CPU...
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1.1 现场总线简介
FCS与 FCS与DCS
本安情况下：现场总线多块仪表共用一块安全栅 本安情况下： 本安情况下：DCS每块仪表均配一块安全栅 本安情况下：DCS每块仪表均配一块安全栅
FCS
DCS
I/O
I.S I.S I.S I.S I.S
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1.1 现场总线简介
DCS 变送器 调节阀
Hale Waihona Puke Baidu
DCS传统控制方式 DCS传统控制方式
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1.1 现场总线简介
现场总线技术概述
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1.1 现场总线简介
现场智能仪表 现场智能控制设备
Up to 1900 Meters in length
现场总线控制方式
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现场总线
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1.1 现场总线简介
CIM的概念 CIM的概念 CIM(Computer CIM(Computer Integrated Manufacturing) 计算机集成制造 企业资源（人、财、物、技术、经营管理） 企业资源（ 技术、经营管理） 计算机技术集成 资源优化，产品优质、低耗、上市快，增强竞争力 资源优化，产品优质、低耗、上市快，
现场总线技术
第一章
现场总线
学习现场总线的目的
一、专业方向选修课，掌握典型现场总线技术的 专业方向选修课， 原理、规范； 原理、规范； 了解专业发展最新技术， 二、了解专业发展最新技术，对工业过程控制发 现状有所了解，熟悉工业以太网技术 工业以太网技术。 展现状有所了解，熟悉工业以太网技术。 深化专业背景知识，提高专业技能， 三、深化专业背景知识，提高专业技能，为今后 从事相关专业工作打下一定基础； 从事相关专业工作打下一定基础； 强化有关过程自动化专业概念， 过程自动化专业概念 四、强化有关过程自动化专业概念，进一步深入 理解专业知识，为今后从事相关领域研究工 理解专业知识，为今后从事相关领域研究工 做一定程度的知识铺垫。 作做一定程度的知识铺垫。
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1.1 现场总线简介
现场总线 技术来源
DCS 系统技术
智能化仪表 设备技术
计算机 网络技术
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1.1 现场总线简介
检测控制系统发展历程
一、基地式气动仪表（生产现场） 基地式气动仪表（生产现场） 气动、电动系列的单元组合式仪表（集中控制室） 二、气动、电动系列的单元组合式仪表（集中控制室） 三、集中式数字控制系统
二、系统不开放、可集成性差、专业性不强 系统不开放、可集成性差、
现场设备均靠标准4 20mA/24VDC连接，系统其它软、 现场设备均靠标准4-20mA/24VDC连接，系统其它软、硬件通常只能 连接 使用一家产品。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集 使用一家产品。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性， 成性差。这种系统很少留出开发接口，允许其它厂商将自己专长的控 成性差。这种系统很少留出开发接口， 制技术，如控制算法、工艺流程、生产配方等集成到通用系统中去。 制技术，如控制算法、工艺流程、生产配方等集成到通用系统中去。
现场级与车间级自动化监控及信息集成主要完成 1. 底层设备单机控制、连机控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设 底层设备单机控制、连机控制、通信连网、 备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能。 备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能。保证现场设备高质量完成 生产任务，并将现场设备产生及运行数据信息传送到工厂管理层， 生产任务，并将现场设备产生及运行数据信息传送到工厂管理层，向工厂 MIS系统 系统（ System，管理信息系统） 级MIS系统（Management Information System，管理信息系统）数据库提 供数据。 供数据。 同时接收 执行工厂管理层下达的生产管理及调度命令 接收和 工厂管理层下达的生产管理及调度命令。 2. 同时接收和执行工厂管理层下达的生产管理及调度命令。
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1.1 现场总线简介
现场智能总线压力变送器LD302 FF协议） 现场智能总线压力变送器LD302（FF协议） LD302（ 协议
. 电容式压力传感器 . 0.075%精度 0.075%精度 . 40:1量程比 40:1量程比 . 全系列
. 0-125Pa 到 0-40MPa可选 - 远传法兰 40MPa可选 . 主站功能 . 自诊断功能 . 全面认证:FM认证，CE认证 全面认证:FM认证，CE认证 认证 . 功能块: AI, PID, ISS（输入选择模块）, INTG 功能块: ISS（输入选择模块） 积分器） ARTH（运算模块） CHAR （积分器）, ARTH（运算模块）, 特征化模块） （特征化模块）
FCS信息是双向的 FCS信息是双向的
FCS FCS FCS
FCS与 FCS与DCS
DCS信息是单向的 DCS信息是单向的
DCS DCS DCS
I/O CPU...
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1.1 现场总线简介
基于现场总线的智能现场设备
现场总线的现场设备在不同程度上都具有数字计算和数字通信能力 现场总线的现场设备在不同程度上都具有数字计算和数字通信能力。 数字计算和数字通信能力。 这一方面提高了信号的测量 控制和传输精度，同时为丰富控制信息 测量、 这一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息 的内容、实现其远程传送创造了条件。 的内容、实现其远程传送创造了条件。 借助现场设备的计算、通信能力， 借助现场设备的计算、通信能力，在现场就可以进行多种复杂的控制 计算，形成真正分散在现场的完整的控制系统 真正分散在现场的完整的控制系统， 计算，形成真正分散在现场的完整的控制系统，提高了控制系统运行 的可靠性。 的可靠性。 还可借助现场总线控制网络以及与之有通信连接的其他网络，实现异 还可借助现场总线控制网络以及与之有通信连接的其他网络，实现异 地远程自动控制，如操作远在数百里之外的电气开关。 地远程自动控制，如操作远在数百里之外的电气开关。 还可提供传统仪表所不能提供的如设备资源、阀门开关动作次数、 还可提供传统仪表所不能提供的如设备资源、阀门开关动作次数、故 障诊断等信息，便于操作管理人员更好、 障诊断等信息，便于操作管理人员更好、更深入地了解生产现场和自 控设备的运行状态。 控设备的运行状态。
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1.1 现场总线简介
从整个自动化系统的体系结构分析
从整体把握复杂工业自动化系统，根据工厂管理、生产过 从整体把握复杂工业自动化系统，根据工厂管理、 程控制及功能需求等分层设计。 程控制及功能需求等分层设计。 按照标准CIMS体系结构可分为5 CIMS体系结构可分为 工厂级、车间级、 按照标准CIMS体系结构可分为5层，即工厂级、车间级、 单元级、工作站级和现场级。简化的CIMS则分为3 CIMS则分为 单元级、工作站级和现场级。简化的CIMS则分为3层，即工 厂级、车间级和现场级。 厂级、车间级和现场级。 在一个现代化、大规模的工业生产过程控制中， 在一个现代化、大规模的工业生产过程控制中，工业数据 结构同样分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。 结构同样分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。
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1.1 现场总线简介
FCS控制在现场中完成 FCS控制在现场中完成
FCS与 FCS与DCS
DCS控制在控制站中完成 DCS控制在控制站中完成
FCS FCS
DCS DCS AI AO I/O CPU... PID
AI
AI
AO
PID
PID
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1.1 现场总线简介
简化的CIMS 简化的CIMS层次结构 CIMS层次结构
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1.1 现场总线简介
FCS FCS FCS
DCS DCS DCS
I/O CPU...
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1.1 现场总线简介
三个层次之间的相互关系
现场级与车间级自动化信息监控及信息集成是实现工厂自动化 现场级与车间级自动化信息监控及信息集成是实现工厂自动化 自动化信息监控 管理及CIMS的重要基础。 CIMS的重要基础 管理及CIMS的重要基础。
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现场总线
一、现场总线简介 二、现场总线系统的特点 三、以现场总线为基础的企业网络系统 四、现场总线技术的标准化
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1.1 现场总线简介
现场总线的产生背景
一、传统的DCS结构缺欠，需要一种新型系统体系结构； 传统的DCS结构缺欠，需要一种新型系统体系结构 DCS结构缺欠 新型系统体系结构； 智能变送器等智能现场设备发展的必然结果； 智能现场设备发展的必然结果 二、智能变送器等智能现场设备发展的必然结果； 三、CIMS(Computer Integrated Manufacturing System) CIMS(Computer ystem) 综合自动化发展的迫切需要 发展的迫切需要。 综合自动化发展的迫切需要。
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1.1 现场总线简介
现场总线到气信号转换器FP302 FF协议） 现场总线到气信号转换器FP302（FF协议） FP302（ 协议
. 输出0.02-0.1Mpa气信号 输出0.02-0.1Mpa气信号 . 0.4%精度 0.4%精度 . 低气源消耗 . 主站功能 . 自诊断功能 . 本地数字显示 . 全面安全认证: FM， CE 全面安全认证: FM， . 功能块: AO, PID, ISS, ARTH, CHAR 功能块:
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本章思考题
一、传统DCS与FCS在现场布线方面有什么区别？ 传统DCS FCS在现场布线方面有什么区别？ DCS与 在现场布线方面有什么区别 什么是完整的现场总线定义？ 二、什么是完整的现场总线定义？ 现场总线有哪些特点？ 三、现场总线有哪些特点？ 四、现场总线有哪些优点？ 现场总线有哪些优点？ IEC制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线 制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线？ 五、IEC制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线？
开放， 开放，全分布式的控制系统
六、工业以太网控制系统 (第六代控制系统，正在发展中) 第六代控制系统，正在发展中)
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1.1 现场总线简介
基于调节器的单回路自动控制
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1.1 现场总线简介 基于DCS的自动控制系统 基于DCS DCS的自动控制系统
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1.1 现场总线简介
现 场 总 线 控 制 系 统 (FCS) 布 线 方 式
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1.1 现场总线简介
混合控制模式（DCS+FCS） 混合控制模式（DCS+FCS）
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1.1 现场总线简介
FCS与 FCS与DCS
FCS取消了控制站 FCS取消了控制站
FCS DCS
危险集中， 危险集中，可靠性差
四、DCS (Distributed Control System，集散控制系统) System，集散控制系统)
显示、操作、管理集中；控制、负载、危险分散；自封闭， 信息孤岛” 显示、操作、管理集中；控制、负载、危险分散；自封闭，“信息孤岛”
五、FCS (Fieldbus Control System，现场总线控制系统) System，现场总线控制系统)