现场总线技术及其应用-概述

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集散控制系统 Distributed Control System
1、美国霍尼韦尔公司（Honey Well）1975年 TDC200
2、德国西门子公司（SIMENS）TELEPERM 3、日本横河公司（YOKOGAWA）CENTUM 4、英国肯特公司（Kent）P4000 5、20世纪八九十年代
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4.现场总线系统的优点
• 节省安装费用
1）现场总线系统在一对双绞线或一条电缆上通常 可挂接多个设备，因此连线简单，与传统连接方式相 比，所需电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少； 2）当需要增加新的现场设备时，无需增加新的电 缆，就近连接在原有电缆，即节省了投资，也减少了 设计、安装的工作量； 据有关典型实验工程的测算资料，可节约安装费 用60%以上。
二、现场总线控制系统构成原理
1. 现场总线控制系统的硬件构成 2. 现场总线控制系统的软件
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二、现场总线控制系统构成原理
1.现场总线控制系统的硬件构成
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，这一方面提高了信号的测量、控
制和传输精度，同时丰富控制信息的内容、实现其远
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4.现场总线系统的优点
• 用户具有高度的系统集成主动权 用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集 成系统；系统集成过程中主动权掌握在用户手中。
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1、气动和电动组合式仪表 2、模拟量信号：0.02~0.1MPa气动信号、0~10V、 4~20mA电信号 3、操作人员监控室了解现场情况 4、20世纪六七十年代 缺点：精度低、易受干扰
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直接数字式控制系统 Direct Digital Control
1、采用单片机、微型计算机或者PLC作为控制器
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4.现场总线系统的优点
• 节省硬件数量与投资 1）智能现场设备直接执行多参数测量、控制、 报警、累计计算等功能，减少了变送器的数量； 2 ）不需要 DCS 系统的信号调理、转换等功能， 节省硬件投资，减少控制室的占地面积。
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4.现场总线系统的优点
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概念：
是一个由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网
络为纽带的多级计算机控制系统。 核心思想：集中管理、分散控制 优点：有效克服集中式数字控制系统对控制器处理能 力和可靠性要求高的缺陷，广泛应用大型工业生产领 域。 缺点：封闭专用、不具备互操作性、造价昂贵
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典型集散控制系统结构图
中央控制室
各站监控室
D C S：
现场PLC
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现场总线控制系统 Fieldbus Control System 概念：
--是一种在现场设备之间、现场设备与控制装置之间 实现双向、互连、串行和多节点的数字通信技术。
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工业以太网缺点： (1) 存在实时性差，不确定性的问题。 (2) 工业可靠性问题。 (3) 安全性问题。没有授权的用户可能进入 网络的控制层或管理层，造成安全漏洞。
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1.1.2 现场总线的本质
• 1）现场设备互联 现场设备是指在生产现场安装的自动化仪器 仪表，按功能可将其分为变送器、执行器、服务 器和网桥等，这些现场设备通过双绞线、同轴电 缆、光缆、红外线和无线电等传输介质进行相互 连接、相互交换信息。
核心思想：功能分散、危险分散、信息集中
应用微处理器、网络技术、通信技术和自动控制技术。 缺点：没有真正统一的通信标准。
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2.现场总线的发展背景与趋势
现场总线是企业综合自动化的发展需要 --企业综合自动化是企业必然的选择与趋 势 --DCS在实施企业综合自动化时的缺陷
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发展历史：
1、基地式仪表控制系统 2、模拟仪表控制系统 3、直接数字式控制系统(DDC) 4、集散控制系统(DCS) 5、现场总线控制系统(FCS)
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基地式仪表控制系统 基地式仪表：
概念：将测量、显示、控制等各部 分集中组装在一个表壳里，从而形 成一个整体，并且可就地安装的一 类仪表。
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工业以太网优点： (2) 以太网能便捷地访问远程系统, 共享/ 访问多数据库。 (3) 易于与Internet 连接, 能够在任何城市、 地方利用电话线通过Internet 对企业进行监 控。 (4) 能降低成本, 包括技术人员的培训费用、 维护费用及初期投资。 (5) 以太网能实现办公自动化网络与工业控 制网络的无缝连接。
程传送创造了条件。
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5. FCS与DCS
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5. FCS与DCS
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5. FCS与DCS
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5. FCS与DCS
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工业以太网控制系统 第六代控制系统，正在发展和推广之中 工业以太网优点： (1) 基于TCP/ IP 的以太网是一种标准的开放 式网络, 不同厂商的设备很容易互联。这种特 性非常适合于解决控制系统中不同厂商设备 的兼容和互操作的问题。
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基地式仪表控制系统
1、20世纪50年代以前
目前基地式仪 表应用有哪些？
2、企业生产规模小，测控仪表处于发展的初级阶段 3、测控仪表自成体系 4、操作人员现场巡视
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模拟仪表控制系统
2、显著提高抗干扰能力 3、操作人员监控室了解现场情况 4、20世纪七八十年代 缺点：故障危险高度集中、运行风险增大
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显示器 打印机 键盘 报警 计 算 机
模拟量输入（AI） 数字量输入（DI） 生 产 过 程
模拟量输出（AO） 数字量输出（DO）
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5.FCS与DCS
• 现场设备 • 现场总线技术将基本控制功能已完全下放到现场 • 现场控制系统FCS • FCS未来的趋势
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5.FCS与DCS
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5. FCS与DCS
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4.现场总线系统的优点
• 提高了系统的准确性与可靠性 1）现场总线设备的智能化、数字化，与模拟 信号相比，从根本上提高了测量与控制的精确度， 减少了传送误差； 2）系统的结构简化、设备与连线减少，现场 仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提 高了系统的工作可靠性； 3）设备标准化，功能模块化，使系统具有设 计简单，易于重构等优点。
远距离的信号传送；
缺点：输出力较小、价格贵，且一般只适用
于防爆要求不高的场合。
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4.现场总线系统的优点
• • • • • 节省硬件数量与投资 节省安装费用 节省维护开销 用户具有高度的系统集成主动权 提高了系统的准确性与可靠性
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气动薄膜 直通单座阀
气动薄膜 直通双座阀
气动蝶阀
气动球阀
气动切断阀
气动薄膜 角形阀
电动 直通单座阀
电动 隔膜阀
电动 三通阀
电磁阀
手动截止阀
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执行器在自控系统中的作用
执行器通常 专指阀门
执行器是指：阀门－控制阀(连续的)、开关阀 电机－连续的、开关的 执行器在自控系统中的作用：接收控制器（计算机）输出的 控制信号，使控制阀的开度产生相 应变化，从而达到调节操作变量的 目的。 执行器是控制系统必不可少的环节。 手 执行器工作/使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节。 原因：执行器与介质直接接触； (强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、高温、深冷、高压。
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1.1 现场总线的产生、本质与发展
现场总线 --是一种在现场设备之间、现 场设备与控制装置之间实现双 向、互连、串行和多节点的数 字通信技术。
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应用领域：
1、冶炼、化工、石油、电力、造纸、纺织、食品 2、航空、铁路等运输行业 3、宇宙飞船、导弹制导等国防工业 4、洗衣机、电冰箱等家用电器
优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安装维修方 便、价格便宜和防火防爆； 缺点：响应时间长，信号不适于远传； 采用电/气转换器或电/气阀门定位器，使传送信号为电信号， 现场操作为气动信号。