TS61158现场总线1998年之前-东南大学-自动化学院

2018年10月11日
2018年10月11日
现场总线标准化的发展现状
• 现场总线国际标准化体系结构
• 现场总线系统安全规范
“本安”的概念
• 功能块与设备描述规范
2018年10月11日
现场总线国际标准化
• 1984年，美国仪表协会（ISA）下属的标准
与实施工作组中的ISA/SP50开始制定现场总 线标准；1985年，国际电工委员会(IEC)决定 由Proway Working Group负责现场总线体 系结构与标准的研究制定工作 • 在IEC制订现场总线标准的同时，各国、跨国 大公司也在积极开发现场总线，一些国家或行 业的标准和实际所占有的市场都走在了前面， 这一方面反映了各自的利益，也反映了各行业 的特殊性，IEC原设想的现场总线基金会虽然 代表了100多个公司，其开发的基金会现场总 线，并不能满足各行业的要求，而且要满足过 程工业的要求，也还有一个完善的过程.
目前并不是所有的现场总线都满足了上述要求， 但这些要求是用于过程控制的现场总线所追求的 目标。
2018年10月11日
现场总线的分类
按照与其传送的平均数据分组（data packet） 长度相关的复杂程度分，现场总线又可分为 四类：
传感器层：信息量小、响应快、位传输 设备层：可靠性高、响应快、字节传输 控制层：信息量大、可靠性高、信息传输 信息层：信息量大、集成度高、文件传输
• 硬件严格筛选； • 软件简单易用； • 在线快速排除故障； • 独立的局部数据库； • 容错技术和冗余技术
2018年10月11日
网络状的节点间的通信路径是不固定的； 大部分现场总线的结构是线状的，节点间的通信路径是比较 固定的。
FB采用线状结构的原因在于： ① 容易实现对现场仪表的总线供电。 一条线状结构现场总线支路上的电源负载是确定的，沿总线电源电压的 变化也是可以预料的。 总之：现场总线并不仅仅是一项通信技术，它是 ② 容易实现本安防爆规范。 通信技术、仪表智能化技术及自动控制技术的结 目前的本安防爆主导理论还是认为，电缆的分布电感、电容以及由于电 磁感应产生的火花能量，都是随着电缆的长度而增加。现场总线由于限 合产物。 制电缆的长度和总线上负载的数量，可以较好的解决本安防爆问题，同 时这也对现场总线的应用产生了一定的限制。
二是采用网络管理技术来实现实时性，并保证其可预知性。 例如:采用主-从访问方式，只要限制网络的规模，就可 以将响应时间控制在指定的时间内。 总而言之，实时性要求是现场总线区别于一般计算机通信的主要 因素。改善现场总线的实时性，减少响应时间的不确定 性是现场总线的重要发展趋势。
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高可靠性
过程控制系统通常需要周期性地与现场控制设备进行信息交流， 循环周期是指系统与所有现场控制设备都至少完成一次通信所需 的时间。这个时间往往具有一定的随机性，过程控制系统同样希 望其最大值是可预知的。
2018年10月11日
ห้องสมุดไป่ตู้
现场总线通常采用以下二种技术来保证其实时性：
一是简化技术。 简化网络结构，现场总线一般将网络形式简化成线形； 简化通信模型，一般只利用了OSI/RM中的2～3层； 简化节点信息，通常简化到只有几字节。 经过以上简化，可以极大地提高通信传递速度。
全硬化
2条 很小 CRC 1M
软件自定义
众多 较大 奇偶 100K
软件自定义
众多 较大 奇偶 －
有无控制器
通信距离 软件分散程度
无
10km 分散
有
1km 集中
无
50m 集中
与以太网接口
总线方式
容易
多主
较容易
主从
较容易
集中
现场总线的结构特点
• 现场总线模型结构
一般的现场总线网络只采用三层：物理层、 数据链路层、网络层；最简单的只有前两层， 复杂一点的外加一个应用层。
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什么是现场总线
• 根据国际电工委员会ＩＥＣ61158标准定义,现
场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置 与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、 多点通信的数据总线. • 现场总线是用于现场仪表与控制室系统之间的 一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。 • 现场总线控制系统是建立在现场总线技术基础 上的网络结构扁平化，具有开放性、可互操作 性、常规控制功能彻底分散、有统一的控制策 略组态方法的新一代的分散型控制系统。
第四章 现场总线技术
谈英姿
tanyz@ 东南大学自动化学院
2018年10月11日
内容题要
• 概述 • 现场总线标准化的发展现状 • 现场总线的标准化 • 几种流行的现场总线技术 • 现场总线发展展望
2018年10月11日
概述
• 什么是现场总线 • 现场总线的结构特点 • 现场总线的技术特征 • 现场总线的分类
传输速率不高于1Mbps 响应时间为0.01－0.5s 具有处理随机事件的能力
• 提高实时性的措施
2018年10月11日
一般通信系统也会有实时性的要求，但这是一种“软”的要求，即只要 大部分时间满足要求就行了。过程控制对实时性的要求是“硬”的，因 为它往往涉及安全，必须在任何时间都及时响应，不允许有不确定性。
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测控能力发展
2018年10月11日
比较内容
数字化 开放性
现场总线
全数字化 全开放
DCS系统
半数字化 封闭
PLC系统
半数字化 半封闭
硬件分散性
抗干扰
全分散
极强 （误码率10－11）
集中和分散结合
较强 （误码率10－7）
集中
较强 （误码率10－7）
通信协议硬化
电缆 微信号损失 校准方式硬件 通信速率
现场总线的实时性主要体现在响应时间和循环周期二个方面： 响应时间是指系统发生特殊请求或发生突发事件时，仪表将信息 传输到主控设备或其它现场仪表所需的时间。这往往需要涉及： 现场设备的中断和处理能力，传输时间，优先级控制等多种因素。 过程控制系统通常并不要求这个时间达到最短，但它要求最大值 是预先可知的。
• 现场总线系统结构类型
主从型； C/S型 环型 通信型
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现场总线的结构
2018年10月11日
现场总线的技术特征
• 功能上管理集中，控制分散； • 结构上横向分散、纵向分级； • 快速实时响应能力； • 互操作性； • 高可靠性；
2018年10月11日
快速实时响应能力
• 快速实时响应能力的要求