现场总线控制系统的组态
工业控制组态及现场总线技术
工业控制组态及现场总线技术工业控制组态（Industrial Control Configuration）和现场总线技术（Fieldbus Technology）是现代工业自动化领域中的两个重要概念，它们在工业过程控制和自动化系统中扮演着关键的角色。
工业控制组态：工业控制组态是指在自动化系统中通过软件工具进行控制系统的配置和参数设置。
它包括了如下几个方面：1.PLC编程：使用可编程逻辑控制器（PLC）进行逻辑和功能块的编程，从而实现对工业过程的控制。
2.HMI设计：人机界面（HMI）的设计，通过图形化界面展示控制系统的运行状态，使操作人员能够直观地监控和控制工业过程。
3.SCADA系统：监控和数据采集系统的配置，用于实时监测和记录工业系统中的各种参数。
4.报警和事件管理：设置报警和事件处理规则，确保及时发现和响应系统异常。
5.通信配置：配置控制系统中各个组件之间的通信方式，确保各设备之间的信息交流。
现场总线技术：现场总线技术是一种用于连接现场设备（传感器、执行器等）和控制系统的通信协议和架构。
它的主要目的是减少布线复杂性、提高设备之间的通信效率，并支持实时数据传输。
常见的现场总线技术包括：1.Profibus：一种用于工业自动化的现场总线标准，支持高速数据传输和实时通信。
2.Modbus：一种串行通信协议，广泛应用于工业控制系统中，特别是在PLC和外部设备之间的通信。
3.DeviceNet：一种用于自动化设备之间通信的工业现场总线，主要应用于低层次的设备连接。
4.CANopen：基于CAN总线的开放式通信标准，广泛应用于机器控制和自动化领域。
5.Ethernet/IP：基于以太网的工业自动化通信协议，支持实时数据传输和工业以太网的特性。
通过使用现场总线技术，工业控制系统可以更灵活地配置和连接各种设备，实现数据的高效传输和实时控制。
这有助于提高系统的可扩展性、可维护性和性能。
现场总线技术
FF
• 支持单位:现场总线基金会(FisherRosemount等100多家公司)。
• 标准:IEC61158;IEC61784。 • 应用领域:流程工业及其它工业控制。 • 使用情况:已有试点工程投入运行。 • 多家生产各种有FFH1接口的产品，
现场总线标准
• FF • ControlNet • Profibus • P-NET • FFHSE • SwiftNet • WorldFIP • INTERBUS
FFHSE
• 支 持 单 位 : 现 场 总 线 基 金 会 (FisherRosemount等100多家公司)。
• 准 :IEC61158;IEC61784;IEC611313;IEEE80 和 RFC894 的 工 业 标 准 以 太 网;IETF(互联网管理任务要点)。
WorldFIP
• WorldFIP世界工厂仪表协议支持单位: 法国Alstom公司(原Honeywell公司为 北 美 参 加 单 位 ， 后 与 FF 合 并 ) 。 标 准 :IEC61158;IEC61784;EN50170(F IP为法国国家标准)。
• 应用领域:电力工业、铁路交通、工业控 制、楼宇自动化。
可以满足系统集成要求。
FF主要性能特点
·IEC支持，开放性好，可互操作性好it/s; ·支持本质安全防爆; ·有数据链路网桥连接与HSE相连。
Profibus
• Profibus-DP • Profibus-PA • Profibus-FMS
Profibus-DP
现场总线系统安全规范
功能块与设备描述规范
• 现场设备信息格式及功能描述规范 称为”行规”(Profile), 行规可有效 实现各种现场设备应用层互联。
第八章现场总线控制系统
Profibus-DP
PLC
从站
PLC
主站
采用主站之间的令牌传递和主从站之间的主、从通信方式。
令牌传递
Publisher
(z.B. Lichtgitter)
Slave
DP-从站 2
PROFIBUS
DP-Master
PROFIBUS-DP 1类主站
PROFIBUS
DP-Master
PROFIBUS-DP 2类主站
费用可节省40%左右
现场总线系统的优势
几点说明
现场总线技术是DCS技术的继承和发展，而不是对DCS的否定或取代。工业上已出现DCS与现场总线系统混合使用的控制系统。 。
现场总线的优点主要是仪表的智能化、网络化、控制的分散化等先进技术所带来的好处，而不单单是节省电缆。
现场总线不能解决企业自动化的所有问题，例如ESD、MES、ERP等等，而是作为底层网络与其它自动化装置一起更好地实现企业综合自动化。
现场总线标准的制订工作起步很早，各大集团公司意见不一，经多年争论，2000年颁布了涵盖多种规范的总线标准，2003年扩展为10种类型的现场总线。
>IEC 61158 的标准现场总线
Type1：IEC 61158 技术报告。
Type2：ControlNet，得到CI组织的支持。
Type3：Profibus，得到PNO组织的支持。
应用行规2
应用行规1
通信协议
传输特性
专用应用行规
通用应用行规（可选）
PROFIBUS DP-V0~V2
RS 485 (PROFIBUS DP)
IEC 61158-2 (PROFIBUS PA)
传输特性(物理层)的DP采用RS-485通信标准，PA采用IEC 61158-2(MBP)传输技术。通信协议(数据链路层):采用DP-V0~V2。应用行规说明各种设备的功能和行为，有通用和专用应用行规。
Profibus现场总线控制系统调试典型问题及解决方法 叶智
Profibus现场总线控制系统调试典型问题及解决方法叶智发表时间：2017-11-28T16:28:57.427Z 来源：《电力设备》2017年第21期作者：叶智1 瞿丽莉2 赵广勋3 张小锋 3[导读] 摘要：随着智能化火电厂建设不断推进，现场总线控制系统作为实现智能化火电厂建设的必要条件，其应用范围也从局部的辅控系统逐步扩大到主控系统与辅控系统全厂一体化应用。
（1.华电电力科学研究院浙江杭州 310030；2.西安热工研究院有限公司陕西西安 710032；3.陕西华电（蒲城）发电有限责任公司陕西渭南 715501）摘要：随着智能化火电厂建设不断推进，现场总线控制系统作为实现智能化火电厂建设的必要条件，其应用范围也从局部的辅控系统逐步扩大到主控系统与辅控系统全厂一体化应用。
Profibus现场总线控制系统作为现场总线的主流类型，占据了火电厂现场总线控制系统的50%以上份额。
Profibus现场总线控制系统作为一种本质区别于常规分散控制系统的新型控制系统，在系统调试过程中遇到的典型问题往往导致工程技术人员无从下手，本文对此进行了系统总结研究并提出了相应的解决方法。
关键词：智能化；Profibus现场总线控制系统；典型问题；解决方法0引言工厂自动化技术在现代通信技术、计算机网络技术、自动化技术的推动下已发展到第3代--现场总线控制系统（Fieldbus Control System，简称FCS）阶段[1]。
现场总线控制系统作为新一代控制系统，具有传输全数字化、系统结构全分散式、现场设备具有互操性、通信网络全互联式、技术和标准全开放式的特点[2]。
截至2016年底，全国火电装机105388万千瓦，为各种先进新型控制系统的广泛应用提供了可能，尤其是随着环保及节能减排、竞价上网等政策的不断深入推进，火电厂控制系统将向更高性能的安全、可靠、高效、智能目标发展，这同时也推动了智能化电厂的建设和发展。
现场总线控制系统作为实现智能化火电厂建设的必要基础，在近30年来应用越来越广泛深入，其中Profibus现场总线控制系统是目前火电厂应用最为广泛的一种现场总线系统，也是目前市场保有量最大的现场总线标准。
hse现场总线控制系统的体系结构
hse现场总线控制系统的体系结构
现场总线（Profibus）是一种国际标准的工业控制系统，其结构极其复杂，它涉及很多技术，从电子控制系统到国际通信协议，从通信层到数据层，从传感器到控制器，以及从通信支持到集成服务等。
现场总线结构是一个分层架构，它被称为“体系结构”。
下面将对现场总线控制系统的体系结构进行简单的概述介绍。
首先，任何现场总线系统都是由一系列“设备”所组成的，这些设备包括传感器、执行器、控制器和其他支持设备(如计算机、存储设备等)。
设备之间通过“物理层”相互连接，该层定义了现场总线系统的实体、介质、线路等信息。
其次是“数据层”，它定义了现场总线系统中所有设备之间进行数据传输的格式和协议。
数据层也定义了设备的功能、配置、通讯、诊断等机制。
接下来，是“应用层”，它定义了现场总线应用的软件结构，也是由一系列的软件、服务和应用程序构成的。
现场总线的应用层可支持传感器、执行器、控制器以及非现场总线设备之间的通讯。
最后，是“组态层”，它定义了现场总线系统的组态工具，它支持用户以及系统管理员为设备配置参数，进行控制参数配置以及进行通信管理，配置维护以及网络安全等工作。
总之，现场总线控制系统的体系结构十分复杂，它可以满足各种应用的需求，使得工厂自动化的设计和运行更加高效。
现场总线技术的发展事实上促进了工厂自动化的更为完善的实施，让企业能够更有
效地控制生产过程，从而获得更大的效率和收益。
现场总线控制系统(FCS)
现场总线控制系统（FCS）随着复杂过程工业的不断发展，工业过程控制对大量现场信号的采集、传递和数据转换以及对精度、可靠性、管控一体化都提出了更新、更高的要求。
现有的DCS已不能满足这些要求；况且现有的DCS具有诸如控制不能彻底分散、故障相对集中、系统不彻底开放、成本较高等缺点。
于是通过数字通信技术、传感器技术和微处理器技术的融合，把传统的数字信号和模拟信号的混合系统变成全数字信号系统，从而产生了新一代的控制系统FCS。
1、智能传感器和现场总线是组成FCS的两个重要部分FCS用现场总线在控制现场建立一条高可靠性的数据通信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分散的智能传感器变成网络节点。
智能传感器中的数据处理有助于减轻主控站的工作负担，使大量信息处理就地化，减少了现场仪表与主控站之间的信息往返，降低了对网络数据通信容量的要求。
经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理(主要是系统组态、优化、管理、诊断、容错等)，使系统由面到点，再由点到面，对被控对象进行分析判断，提高了系统的可靠性和容偌能力。
这样FCS把各个智能传感器连接成了可以互相沟通信息，共同完成控制任务的网络系统与控制系统，能更好地体现DCS中的'信息集中，控制分散'的功能，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。
以现场总线技术为基础，以微处理器为核心，以数字化通信为传输方式的现场总线智能传感器与一般智能传感器相比，需有以下功能：共用一条总线传递信息，具有多种计算、数据处理及控制功能，从而减少主机的负担。
取代4-20mA模拟信号传输，实现传输信号的数字化，增强信号的抗干扰能力。
采用统一的网络化协议，成为FCS的节点，实现传感器与执行器之间信息交换。
系统可对之进行校验、组态、测试，从而改善系统的可靠性。
接口标准化，具有'即插即用'特性。
现场总线智能传感器是未来工业过程控制系统的主流仪表，它与现场总线组成FCS的两个重要部分，将对传统的控制系统结构和方法带来革命性的变化。
现场总线控制系统的体系结构
现场总线与4-20mA系统的区别？
4-20mA
现场总 线
P.S.
P.S.
– 现场总线设备在总线上并联连接 ，所有设备通过总线 接收、发送数字信号
– 现场总线设备可以向网络上其它设备提供任意多信息 – 总线具有循环冗余检错的(CRC)功能 ，可以保证接收
In tern et
D isplay S tation
Eth e rN e t®
显示工 作站
C o n tro ller4
C o n tr o l
C om puter 1
上位机：监控
C o n tro lN e tTM
C o n tro ller2
I/O
C o n tro ller1
信 息
D e vic e
控制、网关
D e v ic e N e tTM
量
减
少
I/O
O p erato r In t e rfa c e
HM I
S m art S p eed P h o to electric C o n tro ller
S ensor
B ar C ode R eader
条形码识别器
：输入设备
智能速度控制器
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一， 被誉为自动化领域的计算机局域网。
它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过 程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层之 间的联系。
它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、 新型全分布式控制系统。这项以智能传感、控制、 计算机、数据通信为主要内容的综合技术，已受 到世界范围的关注而成为自动化技术发展的热点， 并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
集散控制系统22现场总线控制系统FCS
集散控制系统
• 1.1 DCS概述 自从美国的HoneyWell公 司于1975年成功地推出了世界上第一套集 散型控制系统以来，经历了20多年的时间， DCS已经走向成熟并获得了广泛的应用。 DCS的发展历程也是不断地由小到大规模 的过程，从最初的小规模控制系统发展到 综合控制管理系统，从而使工业控制系统 进入了信息管理与综合控制的时代。本节 主要介绍DCS的体系结构、特点和典型形 式。
集散控制系统
• 其具体组成包括：①监控计算机；②工程 师显示操作站；③操作员显示操作站。 • (3)综合信息管理级 这一级由管理计算机、 办公自动化系统、工厂自动化服务系统构 成，从而实现整个企业的综合信息管理。 综合信息管理主要包括生产管理和经营管 理。
集散控制系统
• (4)通信网络系统 DCS各级之间的信息传 输主要依靠通信网络系统来支持。根据各 级的不同要求，通信网也分成低速、中速、 高速通信网络。低速网络面向分散过程控 制级；中速网络面向集中操作监控级；高 速网络面向管理级。
集散控制系统
• 1.1.1 DCS的体系结构 DCS的体系结构 通常为三级。第一级为分散过程控制级； 第二级为集中操作监控级；第三级为综合 信息管理级。各级之间由通信网络连接， 级内各装置之间由本级的通信网络进行通 信联系。其典型的DCS体系结构如图 10．43所示。
集散控制系统
集散控制系统
• (1)分散过程控制级 如图10．43所示， 此级是直接面向生产过程的，是DCS的基 础，它直接完成生产过程的数据采集、调 节控制、顺序控制等功能，其过程输入信 息是面向传感器的信号，如热电偶、热电 阻、变送器(温度、压力、液位)及开关量等 信号，其输出是驱动执行结构。构成这一 级的主要装置有：①现场控制站(工业控制 机)；②可编程序控制器(PLC)；③智能调 节器；④其他测控监控级。
现场总线控制系统
3.现场总线的本质含义
（1）现场通信网络
将过去点到点的模拟量的传输或开关量信号的单向 并行传输变为多点一线的双向串行数字式传输。
（2）现场设备互连
现场设备是指位于现场的传感器、变送器和执行器
等。这些现场设备可以通过现场总线在现场实现互连， 相互交换信息。而在DCS控制系统中，这些设备是无法直 接交换信息的。
全数字化信号传输 全分散式的控制结构 现场总线仪表的互操作性
5.现场总线的分类
低速：FF-H1、HART、ASI 中速：Profibus、FMS/DP、LON、CAN 高速：FF-HSE、EPA
现场总线的中继器和终端器
T——终端器：防止信号失真及终端产生反射波
T T
S
S
M
R
R——中继器：用于扩展现场总线段
每台现场总线数字仪表都是一台微处理器，既有CPU、 内存和通信等数字信号处理，还有非电量的检测、变 换和放大等模拟信号的处理。
现场总线数字仪表安装在现场，而且工作环境十分恶 劣，常处于易燃易爆的场合，所以必须提供总线供电 的本质安全，这就要求集成电路的体积小、功能全、 可靠性高和耗电少。 现场总线仪表分布于生产现场，网络节点具有互换性 和互操作性，这就要求采用先进的网络技术和分布式 数据库技术。
过程控制站 PLC or PC 数字 信号 数据采 集设备 (A/D) 数据输 出设备 (D/A) 工程师/操作员站
模拟 信号
压 力 表
DCS模型中，现场设备之间一般是 不能直接通信的，控制（软件）模 块在过程控制站中。现场传感器将 信号传入过程控制站，过程控制站 根据预先编制好的控制程序计算输 出，再发送到执行器，从而实现控 制。
3.现场总线的概念
现场总线及工业控制网络技术
4 PROFIBUS现场总线与应用
4.3.1 PROFIBUS 总线存取协议概述
4.3.2 PROFIBUS 总线访问协议的特
点
4.3.3 数据链路层服 务类型和报文格式
4.3 PROFIBUS数据链路 层
4 PROFIBUS 现场总线与应 用
4.4 PROFIBUS-DP通信原 理
4.4.1 PROFIBUSDP的基本功能
03
6.1.3 DeviceNet的 网络参考模型
06
6.1.6 预 定义主从
连接组
6 DeviceNet、 ControlNe t现场总线与 应用
6.1 DeviceNet现场总线技 术
6.1.7 DeviceNet 的对象模型
6.1.9 DeviceNet 的设备简介
6.1.8 DeviceNet 的设备描述
A
6.3.1 现场总线控 制系统的组态技术
6.3.2 现场总线控 制系统的冗余技术
B
6.3 现场总线控制系统的组态 与冗余技术
6 DeviceNet、 ControlNe t现场总线与 应用
6.4 DeviceNet与ControlNet 现场总线的应用实例
A
6.4.1 铜冶炼电解 工艺中的总线控制
A
1.1.2 现场总线控 制系统基本结构
B
1.1 现场总线与现场总线控制系统
1 现场总线概述
03
1.2.3 现场总线与
现场总线控制系统
的发展趋势
02
1.2.2 实时工业以
太网的国际标准
01
1.2.1 现场总线的
标准现状
1.2 现场总线的现状与发展
1 现场总线概述
现场总线控制系统
现场总线控制系统---------电气导论概述现场总线是连接现场设备和控制系统之间的一种开放、全数字化、双向传输、多分支的通信网络。
现场总线技术是新事物，但酝酿已有时日。
它是电子、仪器仪表、控制技术、计算机技术和网络技术的发展成果，是工业自动化事业的进展需要，也是技术发展的必然。
现场总线控制系统（FCS）是继分散控制系统（DCS）之后出现的新一代控制系统，它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来了更大的实惠和更多方便，因而促使目前生产的自动化仪表、DCS、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革。
但是过程控制经过50 多年的发展和积累，用户已经在传统的模拟仪表加DCS的体系结构上投入了巨大的资金, 无论国内与国外，DCS 仍是用于过程控制的主流设备，而且现场总线控制系统在功能上还不能完全取代已经发展得比较完善的DCS。
所以，尽管现场总线技术有种种优点，但是现场总线控制系统不可能一蹴而就取代现有的DCS，DCS 和FCS 必将并存一段时期。
这样的话，如何既充分利用当今先进的现场总线技术而又充分发挥DCS 在生产控制中的作用,即将现场总线技术与DCS 进行集成，就成为当前非常迫切的任务之一。
然而将现场总线与DCS 进行集成的方法有多种，侧重点也各有不同。
本设计则着重解决在保留原有控制系统丰富的监测、控制、协调管理功能的基础上，如何实现上位机与现场仪表通信的问题。
由于常规模拟仪表的局限性，DCS 仅能从过程控制站得到现场仪表传送的被测参数值以及向它发出调节信号，而对现场仪表的工作状态则一无所知，这就大大地制约了DCS 工作能力的进一步发挥，影响到综合自动化系统的完整性和可靠性。
因此，解决与现场仪表通信的问题就成了控制技术发展必须解决的问题。
一、现场总线的原理根据国际电工委员会IEC (International Eletrotechnical Commission)标准的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
第四章 现场总线控制系统(FCS)
第四章现场总线控制系统（FCS）第一节现场总线控制系统基础现场总线控制系统(FCS)是基于现场总线技术的计算机控制系统，它是集计算机技术、网络技术和控制技术为一体的先进的计算机控制系统。
是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。
它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将逐渐成为计算机控制系统的主流形式。
一、现场总线控制系统的特点根据IEC标准和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
现场总线控制系统是在现场总线的基础上发展起来的，它所带来的改进首先体现在现场通信网络方面，其次在结构、装置、功能等方面也有优势。
概括地说，它具有以下技术特点：(1)FCS采用的现场总线是一个全数字化的现场通信网络。
现场总线是用于过程控制系统和制造自动化系统中现场设备或现场仪表间互连的数字化通信网络，其传输抗干扰性强，测量精度高，大大提高了控制系统的性能。
(2)FCS的现场总线网络是开放式互连网络。
用户可以自由集成不同制造商的通信网络，通过网络将不同厂商生产的现场设备和功能块设备有机地融合为一体，构成统一的现场总线控制系统。
(3)FCS的所有现场设备直接通过一对传输线(现场总线)互连。
一对传输线互连多台现场设备，双向传输数据信息，大大减少连线数量，从而降低安装费用，更易于维护，并提高了可靠性。
(4)FCS普遍采用智能仪表，增强了系统的自治性，系统控制功能更加分散。
智能化的现场设备具有更加完善的功能，包括部分控制功能，从而将较简单的控制任务改由现场设备完成，使现场设备既有检测、变换功能，又有运算和控制功能，一机多用。
这样既节约了成本，又使控制更加安全和可靠。
FCS废除了DCS的I／O单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散到现场设备，实现了彻底的分散控制。
二、FCS与DCS的分析比较FCS系统利用现场总线技术，针对现存的DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高了性能和通用性。
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