现场总线讲座

,现场总线技术,现场总线特点及总线标准,总线网络结构与通信规范,几种流行的现场总线,现场总线控制系统,什么是现场总线？,它是现场仪表之间以及现场仪表与监控计算机之间的全数字、串行双向、多站点的开放型通信系统。,现场总线特点及总线标准,现场总线是企业实现综合自动化、信息化、,管控一体化的需要 。,（,TQCSE）,现场总线的产生和发展,高新技术的发展为现场总线的产生奠定了,基础 。,现场总线技术是测控领域的通信和网络技,术。,现场仪表,FieldBus,Ethernet,管理层,监控层,现场总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的网络。,FCS,是第5代控制系统,现场总线技术特点,开放性：现场总线的一致性、公开性。,互操作与互用性：现场设备间的信息沟通、互可操作及不同厂家设备的相互替换。,功能自治性：传感测量、补偿计算、信息处理与控制功能在现场仪表中完成。,高度分散性：构成一种全分散性的控制系统结构。,环境适应性：支持各种传输介质、两线制和本安防爆。,现场总线标准,工业控制总线标准主要由,IEC,的几个技术委员会负责。,IEC TC65,制订了用于工业控制系统的,IEC 61158。,目前流行的,PROFIBUS、FF,等现场总线也纳入了,IEC,的,Type18,标准。,IEC TC17B,制订了用于低压开关和控制装置的,IEC 62026。,广为使用的,DEVICENET、AS-I,等总线也纳入了,IEC,标准。,现场总线标准的制订工作起步很早，由于各大集团公司从自身的利益出发， 意见不一，经多年争论，在2000年颁布了涵盖多种规范的现场总线标准, 统一标准的愿望未能实现。,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。,Type4：P - NET，,得到该总线用户组织的支持。,Type5：FF - HSE，,由,FF,组织开发。,Type6：Swiftnet，,得到美国波音公司的支持。,Type7：WorldFIP，,属欧洲标准,EN50170。,Type8：Interbus，,得到,Interbus Club,支持,。,现确认包括,Profinet,在内的共10种类型，且在2007年之前不再增加。（规范共,4600,多页）,由上可知，标准的问世只是划定了若干现场总线的市场疆域，并让一些大公司和集团以此为基础再图发展，寻求进一步的商业利益。,有人提出：对由不同基础、不同应用背景、不同科学底蕴的集团和公司用一种“统一”的标准约束是否合理?,能否统一？,从2001年开始，现场技术发展的重点已不是去追求统一标准；而是集中在如何合理应用, 发现并解决问题,切实地推动,FCS,的实际应用。同时在推广应用过程中确定不同现场总线的适用场合、性能价格比等,以实现优化设计。,总线网络结构与互连规范,网络结构,星型：每个站点都连接到中央节点。 环型：站点连接成一封闭环路。 总线型：所有站点共享一条传输链路。树型：总线结构的扩展形式。,传输介质,双绞线,、,同轴电缆、光缆、电力线等。,介质访问策略(,MAC),CSMA/CD：,站点的发送是随机的， 为避免争用介质引起的冲突，要监听传输线上是否有信息在发送(先听后讲)。,Token Ring：,站点的发送是受控的， 令牌在环型网上传送，只有获得此令牌的站点，才有权向环路发送信息。,Token Passing Bus：,兼有,CSMA,结构简单和,Token Ring,无冲突的优点， 物理结构上是总线网，逻辑结构上是环型网。,网络互连规范,(,OSI,参考模型,),物理层,、,数据链路层,、网络层、传输层、会话层、表示层、,应用层,物理层提供为建立、维护、断开物理连接的机械、电气、功能等特性。,数据链路层用于建立、维护拆除链路连接，实现无差错传输的功能。,应用层提供用户服务，如文件传输等。,网络互连设备,中继器用于物理层，起信号放大作用。,网桥用于连接两个不同数据链路层协议的网络。,路由器用于网络层，实现不同子网之间的数据传输。,网关用于不同通信协议和不同操作系统网络之间的互连。,几种流行的现场总线,-,Foundation Fieldbus,-,Profibus（,Process Fieldbus,）,-,LonWorks（,Local Operating Networks,）,-,CAN（,Control Area Network,）,HART（,Highway Addressable Remote,T,Transducer,）,-,Industry Ethernet,-,Modbus、RS 485,等,FF,总线的特点,Foundation Fieldbus,用于现场级控制的,FF-H1,传输速率32.25,Kbps,直接通信距离达1900,m，,其现场仪表可完成检测、变送、调节、计算、报警、故障诊断等控制与信息处理任务。,FF-H1,采用令牌传递的总线控制方式, 令牌传递由链路活动调度器（,LAS）,控制, 以确保信息传递的及时性。,(周期信息和非周期信息),在应用层之上增加了用户层,用户层的功能块和设备描述使仪表的现场控制功能与仪表设备的互操作易于实现。,为现场仪表提供两种供电方式：非总线供电和总线供电；支持本质安全防爆，可用于易燃、易爆的场合。,基于以太网的,FF-HSE,在上层与,H1,基本一致，在底层则采用了流行的以太网+,TCP/IP,协议，,HSE,充分利用现有以太网技术，它满足了最终用户对互操作性、低成本和高速现场总线解决方案的要求。,HSE,支持,H1,的所有功能，而且其功能模块中还包括新的应用于离散和,I/O,子系统的 “柔性功能模块”，使用标准语言(,IEC 61131),编程。,FF,总线的通信模型,FF-H1：,用户层（应用程序）,现场总线报文规范子层,FMS,现场总线访问子层,FAS,数据链路层,物理层,用户层,物理层,通,信,栈,7,2,1,6543,物理层规定物理连接性能,符合,IEC61158-2,标准，通信栈控制报文在现场总线的传输。链路层通过,LAS,来管理对总线的访问，,FAS,为报文规范子层提供服务，后者为用户层提供服务和报文格式。,FF-HSE：,用户层,FDA,IEEE 802.2,应用层,物理层,物理层符合,IEEE 802.3u,标准，数据链路层符合,IEEE 802.2,规范。,TCP/UDP,IP,IEEE 802.3u,传输层,网络层,数据链路层,网络层协议是,IPV.4,标准， 传输层,TCP,是面向连接的协议，,UDP,是无连接协议。,FDA,的作用与,H1,的,FMS,相似。,FF,总线的网络结构,操作站,.,交换机,其它总线网络,H,SE,链接设备,网关,H1,总线,H,SE,链接设备,路由器,HSE,子网,H,SE,现场设备,H1,总线,Profibus,Profibus,总线的特点,Profibus,包括,Profibus-DP、-FMS、-PA，,传输速率9.6,Kbps12Mbps,相应通信距离为1200 100,m，,可实现总线供电和本质安全防爆(,PA)。,Profibus-DP,用于现场控制器与分散,I/O,之间的数据通信；,Profibus-FMS,用来解决车间级通信任务, 此层将被,Ethernet,取代；,Profibus,PA,用于过程自动化,可连现场变送器、执行器。,Profibus,采取主站之间的令牌传递方式和主从之间的主、从通信方式。,Profibus-DP,允许构成单主站或多主站系统。,Profibus,行规（用户接口）可使不同厂商生产的零部件互换使用, 从而保证各家厂商的现场设备的互换性和互操作性。,PA,行规包括各种设备功能、行为的必要规范以及描述各类设备组态信息的数据单。,Profibus,总线协议芯片已形成系列，有多种集成芯片可供使用, 以满足不同需要，构成复杂程度各异的,Profibus,总线。,Siemens,公司的,SPM2,单片可用来构成简单的,DP,从站,ASPC2,可构成,DP,主站,SIM1,与,SPC4,可实现,PA,的功能。,Profibus,总线的通信模型,用户层,数据链路层,物理层,物理层规定物理特性,采用,RS-485,通信标准, 数据链路层,MAC,描述总线访问方式，,FLC,为总线链路控制。应用层,FMS,规定应用协议, 低层接口,LLI,则协调不同的通信关系。用户层规定了应用功能。,模型分层,FMS,DP,PA,FMS,行规,DP,行规,PA,行规,FMS,应用层,LLI,未用,未用,FLC,MAC,IEC,接口,IEC,61158-2,物理连接，电气特性，介质，,RS-485,Profibus,总线的网络结构,操作员站,Profibus-DP,PLC,监控层,工程师站,Profibus-FSM,或,Ethernet,现场层,Profibus-PA,DP/PA,耦合器,LonWorks,LonWorks,总线的特点,LonWorks,采用,OSI,的全部7层通信规范，传输速率300,bps1 .5Mbps,通信距离为2700,m，,它提供完整的开发平台和神经元芯片,。,现场控制节点的核心器件是神经元芯片，同时具备通信和控制功能，一个神经元芯片加上收发器即可构成典型的现场控制节点,。,MC143150/20Neuron,芯片,EEPROM/ROM,(,仅对,MC143150),I/O,电路,Lon,收发器,检测控制装置,网络介质,LonWorks,使用开放式通信协议,LonTalk,是直接面向对象的网络协议, 它发送的报文都是很短的数据，可靠性、实时性较高。,LonWorks,采用的编程语言,Neuron C,是转为神经元芯片所设计，它删除了标准,C,中一些不需要的功能, 增加了用于网络操作的语句和内部函数。,LonWorks,技术为用户提供了一个简洁的访问网络服务工具,实施网络管理任务,其功能为网络安装、网络维护和网络监控。,LonWorks,总线的通信模型,数据表示,作用,标准网络变量类型,LON,提供的服务,表示层,数据链路层,物理层,OSI,模型,应用层,会话层,传输层,网络层,网络应用,网络变量外部帧传输,远程传送控制,请求/响应，认证,端对端可靠传输,应答，非应答，认证,传输分组,地址，路由,帧传输,介质访问,数据解码,CRC,纠错,优先级,电气连接,介质，电气接口,物理层支持多种介质，链路层的介质访问控制采用改进的,CSMA,协议，网络层管理网络地址分配，传输层管理报文执行顺序, 会话层提供传输的请求/响应机制, 表示、应用层提供网络变量等服务。,LonWorks,总线的网络结构,监控计算机,78Kbps,双绞线,路由器,1.25Mbps,双绞线主干通道,10Kbps,电力线,网关,其它总线网络,现场节点,现场节点,现场节点,路由器,现场节点,现场节点,HART,HART,总线的特点,HART,使用,OSI,参考模型的第1、2、7三层, 传输速率较低，一般为1200,bps，,新版本6.0已提高到9600,bps，,通信距离可达3000,m。,HART,总线采用基于,Bell 202,通信标准的,FSK,技术，在420,mA,的模拟信号上叠加了一个频率信号, 因此能同时传送模拟和数字信号而不相互干扰。,HART,支持多主站通信，在一根总线上也可连接多个现场智能仪表, 它能实现总线供电和本质安全防爆。,HART,总线的通信模型,HRAT,命令,内 容,数据链路层,物理层,模型分层,应用层,HART,通信协议规则,电气特性，介质,物理层规定了信号传输方式、电气特性、介质等；,数据链路层定义了,HART,通信协议规则，包括信息格式及信息的接收与发送处理；,应用层规定了三类,HART,命令： 通用命令、普通应用命令和专用命令，为解决不同厂家设备的互换性及互操作问题，,HART,也采用设备描述语言。,基本主设备,安全栅,现场仪表,HART,总线的网络结构,现场仪表,现场仪表,副主设备,HART,至少需要一个主设备和一个现场仪表； 现场仪表和副主设备均为并联，连接点可置于网络的任意位置； 网络工作时，现场仪表可被更换，副主设备也可被连到网上。,Industry Ethernet,Ethernet,的特点,以太网是,IEEE 802.3,支持的局域网标准，它只定义了物理层和数据链路层, 其上是网络层和传输层(,TCP/IP),。,以太网传输介质与速率分别为： 10,BASE - 5 (,粗缆，10,Mbps)；,10,BASE - 2 (,细缆，10,Mbps)； 10BASE-T、F(,双绞线,、,光纤，10,Mbps,)；,100BASE-X(,双绞线,、,光纤,100,Mbps)；1000BASE-T(,双绞线，1000,Mbps) 1000BASE-X (,光纤，1000,Mbps),以太网是目前应用最为广泛的计算机网络技术, 几乎所有的编程语言都支持,Ethernet,的应用开发。,以太网的硬件产品价格低廉,其网卡的价格只有,Profibus、FF,等现场总线的十分之一。,人们对以太网的设计、应用积累了许多经验,软硬件资源丰富，技术十分成熟。,工业界对以太网的发展予以高度重视，并给以大量的 技术投入，保证了以太网技术的持续向前发展。,以太网易于与,Internet,连接，能实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接。,Ethernet,用于工控网要解决的关键技术,通信的实时性即确定性。,以太网采用介质控制方式为,CSMA/CD，,在网络负荷较重时, 将影响数据的传输效率。可通过提高通信速率， 限制通信负荷以及采用交换式集线器和全双工通信,使碰撞机率大大降低,。,通信的稳定性和可靠性。,以太网所用的接插件、集线器、交换机、电缆等是为办公室应用而设计的,，,不符合工业现场恶劣环境的要求。应设计用于工业现场、抗干扰性能好的产品。,总线供电和本质安全防爆问题。,目前以太网设备功耗都比较大, 只能采用非总线供电(或利用通信电缆中的另一对双绞线)和隔离防爆的方法, 应尽力研制低功耗的设备。,网络的安全性问题。,以太网有可能受到病毒、黑客的入侵与非法操作的威胁,，,应采用网络隔离方法将控制网络与外部信息网分开，同时可采取用户密码、防火墙等多种安全措施。,通信的一致性和互可操作性。,以太网只定义了物理层、数据链路层以及其上的,TCP/IP,而没有工业控制现场设备通信所需的高层协议，应当建立完整的、有效的应用层与用户层规范，以满足开放系统互操作的要求,。,Ethernet,用于工控网络的几种技术方案,Ethernet/IP (the,ControlNet,/,DeviceNet,objects on TCP/IP),(CI),FF HSE (High Speed Ethernet),(FF),Profinet,(,Profibus,on Ethernet),(PI),IDA,(Interface for Distributed Automation),(SA),Modbus,TCP (,Modbus,Protocol on TCP/IP),EPA,(Ethernet for Plant Automation),EPA,的进展,EPA,=,以太网（物理层链路层）,TCP / IP (,网络层传输层）应用层用户层,2001年11月成立课题攻关小组,(,浙大中控、中科院沈阳所、清华大学等组成,),，下设：标准化小组、关键技术攻关小组、现场设备开发小组、软件工作小组、成果试用小组等五个工作组。,经过一年半时间的攻关基本解决了：以太网实时通信、总线供电、可靠性与抗干扰、远距离传输、网络安全以及基于以太网控制系统的体系结构等难题。,开发出了基于以太网的现场控制设备：,EPA,通信模块、,EPA,变送器、,EAP,现场控制器、,EPA,电动执行机构、能实现总线供电的以太网集线器样机、基于以太网的软,PLC、,基于以太网的现场设备管理与组态原型软件、基于,Web,的现场设备诊断、维护软件等。,起草,EPA,国家标准，参与国际标准化工作。历时15个月，先后8次召开标准起草工作会议，起草了,EPA,用于工业测量与控制系统的,EPA,系统结构和通信,标准,。,在2003年9月初,IEC/TC65/WG1,西班牙马德里会议上，浙大中控代表中国汇报了,EPA,工作情况,，,得到了与会专家的高度重视。,基于,Ethernet,的工控网络结构,操作员站,过程,Ethernet(EPA),交换机,控制层,工程师站,通用,Ethernet,现场层,网络,服务器,互联网,服务器,通用,Ethernet,管理,计算机,管理,计算机,质量,财务,设备,供销管理,Intranet/Internet,管理层,e,网到底,小结,上述几种现场总线均可构成现场控制系统, 但只有,FF-H1、Profibus-PA、HART,三种总线可用于过程控制(总线供电和本安防爆)。 从发展趋势看，,EPA,有良好的应用前景。,能用现场仪表(变送器、执行器) 构成现场控制回路的只有,FF-H1,总线,因其功能模块具有变送、调节、计算、报警、故障诊断等功能。,适用于过程控制的现场总线,现场总线的选择,从性能和成本综合考虑：规模较小的普通测量控制系统选用,HART,总线,要求由现场仪表实现就地,现场设备比较分散、需要就地控制。这是使用现场总线技术的关键，因为其优势是可节省大量现场布线开支，系统易于维护。,系统对信息集成有较高的要求。在底层使用现场总线技术可将大量现场数据集成到管理层，为管理系统(,CIMS),提供底层数据。,在实时性要求高的场合，应使用较高的数据传输率。根据防爆要求选用相应等级的总线供电方案。,控制则选用,FF,总线。如生产及控制设备来自欧洲可选用,Profibus,总线,如生产及控制设备来自美国或日本,选用,FF,总线,。,(,Profibus,更适合离散控制),FCS,的应用场合,现场总线控制系统,现场仪表：,具有标准通信接口的智能变送、控制、显示、执行仪表。,现场总线控制系统的组成,现场总线,控制网络包括现场测控仪表、通信设备、电缆、上位计算机以及通信和组态软件。,上位监控计算机：,符合工业标准，具有通信接口(或网卡)、操作系统的工业控制计算机。,通信设备和软件：,通信转换装置、网卡及监控界面与现场仪表之间数据交换软件(,DDE、,OPC,等,)。,用户组态软件：,制作监控界面，实现显示、操作、报警、制表、打印等功能。,通信接口卡,监控计算机,不同子网,其它网络,路由器,网关,现场仪表,用户应用软件,网络通信软件,传感器,执行器,现场总线控制系统示意图,通信软件,DDE,(Dinamic data exchange),：,动态数据交换基于消息机制，用于控制系统实时数据通信。 当数据量大时，效率较低。微软公司已停止发展,DDE,技术，但仍给予支持。 目前大多数监控软件也支持,DDE。,OPC,(OLE for Process Control),：,用于过程控制的,OLE,以,Active X,、,COM,&,DCOM,、XML,及.,NET,技术,为基础,。,OPC,是,一,个,开放的,软件,接口规范，用于客户程序和服务器之间的数据通信,。,OPC,使,监控软件能高效、稳定地对硬件设备进行存取操作，系统应用软件之间也可灵活地进行信息交换。,组态软件应具有,如下,功能:,完善的人机界面功能:图形、报表、动画等。,丰富的图形库,并可扩充。,简便、易学的控制语言。,先进的安全管理系统。,强有力的通信功能。,先进的报警和事件管理。,广泛的数据获取和处理能力。,强大的网络和冗余能力。,支持多媒体：图片、声音、动画等。,工控组态软件,常使用,INTOUCH、iFIX、,组态王、坤瑞等,组态王运行,组态王开发,现场总线控制系统实例,基于,RS-485,总线的控制系统,MODBUS、,中继器,监控 计算机,现场仪表,RS485 /232,RS485,2Km,RS485 /232,系统结构,:,应用实例（能源计量和管理）,:,RS485/232,主台控制器,数据从台,数据主台,RS485,RS485,流量计,变送器,流量演算表,变送器,热能计量表,以屏蔽双绞线为介质,采用无线通信方式,使用单位：上海石化、宝钢集团、浦东机场、金茂大厦等,上海同欣自动化仪表仪表有限公司，,Tel：,基于,EPA,的控制系统,ERP,工作站,ERP,工作站,服务器,操作站,工程师站,数据库服务器,MES,工作站,网络管理器,分散,I/O,控制站,网关,变送器,执行器,现场,控制器,互联网,管理层,监控层,现场,设备层,EPA,现场设备层,FF,等其他现场总线,网络管理器,变送器,执行器,现场,控制器,EPA,现场设备层,变送器,执行器,现场,控制器,其他网段,系统结构,:,冗余,光纤或屏蔽,双绞线中继器,光纤或屏蔽,双绞线中继器,光纤或屏蔽,双绞线中继器,光纤或屏蔽,双绞线中继器,HUB,或,交换机,区域现场控制站,HUB,或交换机,执行机构,变送器,区域现场控制站,HUB,或交换机,执行机构,变送器,操作站,控制站,控制室,现场控制区域,现场控制区域,EPA,监控层环状网络主干,EPA,现场设备层网段,实施方案,:,EPA,监控层网络,:,采用,10M,、,100M,或更高速,率的以太网,由光纤或屏蔽双绞线组成,的环网,可冗余,现场设备分布较广，光纤环,网可提高可靠性,分布相对集中，用屏蔽双绞,线，降低成本,数据通信采用,EPA,标准通,信协议,EPA,现场设备层网络,:,采用,10M,以太网,介质一般为屏蔽双绞,在设备间距离较远的情况,下可使用光纤,可冗余或不冗余,EPA,在过程控制系统应用实例,:,ECS,控制,系统,操作站,工程,师站,控制区域,1,控制区域,2,控制区域,3,EPA,监控层,EPA,EPA,420mA,1#,碳,化,塔,420mA,冷却,1#,碳,化,塔,冷却,1#,碳,化,塔,冷却,EPA,EPA,420mA,EPA,EPA,EPA,420mA,EPA,EPA,EPA,现场设备层,EPA,现场控制器,EPA,现场控制器,EPA,现场控制器,使用单位：杭州龙山化工有限公司 浙大中控技术有限公司，,Tel：8,PCS-7,控制系统,功能,特点,:,PCS-7,是基于,Siemens,全集成自动化概念的过程控制系统,，,表现在统一的数据管理、通信和软件。,PCS-7,采用标准的,SIMATIC,部件(,S7/M7/C7,控制器、,PC、HMI、DP,、,PA,部件等)进行配置,，,同时模块化的结构保证了系统的灵活性和统一性。,PCS-7,具有标准接口,，,允许非,Siemens,的部件与系统方便地连接,，,而不必使用价贵的专用接口(开放性)。,完善的人机接口和编程功能。,WinCC,和工具软件提供了完成监控界面、编程、模拟、维护等功能。,现场控制级使用,Profibus-DP、PA,及,AS-I,等总线，上层使用以太网。,EngineeringStation ES,Industrial Ethernet / Fast Ethernet,operator terminals(1.16),OS server(1.6),Ethernet,PROFIUS DP,S7 417Controller,ET 200MRemote I/O,SIWAREXWeighing,ET 200MRemote I/O,DP/PA-Link,PROFIBUS DP,S7 416S7 414Controller,AS-Interface,PROFIBUS PA,DP/PA-Link,PROFIBUS DP,S7 416S7 414Controller,PROFIBUS PA,系统结构,:,通过总线连接远程,I/O,:,PROFIUS DP,ET 200MRemote I/O,SIWAREXWeighing,System bus,Industrial Ethernet / Fast Ethernet,ET 200MRemote I/O,Digital I/Os CountersAnalogue I/Os,including HART Protocol,Special modules for WeighingBatchingPID Loop ControlPositioningetc.,远程,I/Os,的集成是实现工厂自动化的必要条件：,1.,能够处理以下信号：,- pressure switches- temperature switches- level switches- flow switches, etc.2.,能够操作：,-,开关阀,-,螺纹阀,3.,能集成模拟,I/Os,和特殊模块：,- weighing, batching, - PID loop control,PROFIBUS,支持,HART,协议，保护了用户投资,发展趋势是把远程,I/Os,放在危险区（,ET200iS）,通过,GSD、GSE,文件实现互操作,S7 400 Controller,连接驱动设备和执行器,:,PROFIUS DP,Variable speed drivesSIMOVERT MASTERDRIVESMICROMASTER,Motor managementSIMOCODE,System bus,Industrial Ethernet / Fast Ethernet,Motor,集成驱动设备,例如变频器, 马达驱动的抽水泵和鼓风机,etc.,电动执行器对于一个工厂的完整自动化是必须的。,PROFIBUS,对执行器和驱动设备提供综合性的诊断 ：,-,过载,-,马达温度,-,耗电监控,-,接地错误,-,扭矩监控,-,运行时间,通过,GSD,文件实现互操作,S7 400 Controller,电动执行器：,SIPOS,Pump,连接现场操作面板,:,PROFIUS DP,System bus,Industrial Ethernet / Fast Ethernet,用于现场显示和操作,Text displays to local display of information,Push Button Panels for local operation,Operator panels and bar code readers forhazardous areas are also available,通过,GSD,文件实现互操作,S7 400 Controller,OP37,OP7,TD17,PP17,PROFIUS DP,S7 400 Controller,System bus,Industrial Ethernet / Fast Ethernet,DP/PA-Link,Gas Analyser,Flow,Pressure,Temperature,pH,C,O,2,Valve Positioner,Level,PROFIBUS PA,PROFIBUS PA,耦合器,coupler,的主要作用：,1.,实现物理层的转换,2.,通过总线向现场仪表供电,3.安全栅功能：,实现危险区与安全区的电气隔离,链接器,Link,的主要作用：,1.控制着过程仪表与主控制器之间的数据通信工作，它肩负着主设备和从设备的双重身份。,2.作为主设备,它控制着内部总线的正常工作;作为从设备,它又担负着与上一层总线的通信任务。,通过,Profibus-PA,连接现场仪表,:,可连接现场仪表的数量,:,PROFIBUS-DP,to,12 MBit/s,DP/PA-Link,PROFIBUS-PA,SIMATIC S7,24,V,max. 10 DP-,分支/,CPU,max. 123Link/DP,分支,max. 5,耦合器/,Link,Max.,9,(30),仪表/耦合器,Ex-,(,非-,Ex)-,区,(每台仪表12,mA),max. 30,现场仪表/,Link,DP/PA-Link,24,V,PROFIBUS-PA,110mA,400mA,危险区,DP/PA,耦合器提供可用的电压,PROFIBUS PA,设备的最小工作电压是,9V,典型的,PA,总线电阻值是,44,/ km,电缆长度的计算遵循,Ohms law,PROFIBUS PA,的最大长度包括所有分支的长度(1900,m),每个,DP/PA-Link,能够连接最大,5,个,PA,耦合器，在安全区建议2个,PA,耦合器；,PROFIUS-DP,DP/PA-Link,安全区: 560,m,危险1区,: 680 m,危险0区,: 790 m,PROFIBUS PA,长度,:,PROFIBUS PA,DP/PA-Couplersia ib safe area,Profibus-PA,总线长度,:,基于,Profibus,总线控制系统应用实例,:,吸收,塔,吸收,塔,DP/PA-Link,ET 200MRemote I/O,Industrial Ethernet / FSM,S7 400 Controller,PROFIUS DP,S7 400 Controller,EngineeringStation ES,OperatorStation OS,PROFIBUS PA,吴泾化工厂醋酸车间尾气回收系统，,AI、AO、DI、DO,共300多点，控制回路30个。,Tel：,整套装置100万，可节省安装费用50,%,以上,Delta V,现场总线控制系统,功能,特点,:,系统开放、模块结构、配置灵活、扩展方便,。,选用不同的,I/O,卡, 可连接符合总线标准的多种现场设备。,硬件安装简单、快捷,。,采用即插即用技术，可带电插拔，维护方便。,本安,I/O,卡，集成隔离安全栅，,IO,卡件的每个通道均与现场隔离，系统可靠性高,。,软件功能丰富、多样,。,具有资源管理器、图形界面设计、先进控制软件、数据库管理和设备管理系统。,拖放式、图形组态(,IEC61131,控制语言标准)方式使得系统组态易于实现,。,支持,OPC,标准，,Delta V,可方便地与厂内局域网连接,。,系统结构,:,系统包括工作站、通信网络、控制器及,I/O,卡件, 支持,FF、HSE、Profibus、HART,等总线，可,冗余配置,。,端子块,控制网络,现场接线,I/O,接口,控制器,系统电源,I/O,卡件,Delta V,控制器,支持多种现场总线，冗余配置，通信速率为100,M，,可带电插拔，系统能自动识别。,I/O,卡件,输入输出卡件,RTD TC AI PI MV AO DI DO SOE,支持各种总线协议的数据接口卡,Serial Card,串口卡,Fieldbus,Card,现场总线卡件,Hart AI Hart,协议输入卡,Hart AO Hart,协议输出卡,PROFIBUS DP,接口卡,As-i,协议接口卡,DeviceNet,卡,HSE,高速总线接口卡,冗余卡件,本安型卡件,软件包,资源管理器(,Explorer)：,系统组态的基本浏览工具，允许访问视图中的任一项，并可以拖放的方式进行操作。,类似,Windows,资源管理器布局和操作方式,单一窗口管理整个系统资源,系统组态的调度室,系统资源分配办公室,预先设计的组态策略库,自动显示硬件配置控制器,自动分配地址,I/O,模块自动识别,控制工作室(,Control Studio)：,提供图形化界面，创建和修改控制策略，在线浏览和调试。,面向对象的设计和布置,无需编译,直接生成控制器编码,控制模块编辑,轻松拖放组态方式,每个单项均可直接编辑,内置批量控制软件和现场总线功能,直接轻松存档,图形工作室(,Graphics Studio)：,使用图形、文字、数字和动态显示工具，创建高分辨率的实时过程图形。,轻松拖放组态方式,各种图形模板，用户可以自制模板,使用照片、三维图像、声音等各种多媒体,设备管理系统,(AMS)：,在线对设备进行组态、标定和远程故障诊断。,AMS,是用于仪表和调节阀管理的 设备管理系统,基于,FF,和,Hart,的仪表数据服务器,通用数据库和界面及使用方法,内置于,AMS,、单工作站,AMS、,分布式,AMS、 OPC Server AMS,AMS,的主要功能:,组态,（,Configuration),标定辅助,(,Calibration Management),诊断和监视,(,Diagnostics and Monitoring),自动文档,(,Automated Documentation),先进控制软件,：,模糊控制、神经网络控制、预测控制、回路整定、仿真软件等。,传统的先进过程控制,DeltaV,的先进过程控制,容易执行,、,维护和调整,内置于,DeltaV,扩展并改进了过程控制的方法,置于,DCS,系统之上,需要大量的咨询 / 执行服务,被某些厂家捆绑,与其它系统的集成,:,共享过程管理站,提高工厂管理的统一性,为开发专业的用户应用提供基础,Controller,Serial,Operator,Station,DeltaV,Control,and I/O,User,Interface,Other DCS,Delta V,采用串行通信接口,采用,OPC,技术,DeltaV,OPC Server,OPC,Client,Product:,OPC Server,OPC Mirror,DeltaV,Web Server,OPC pager,OPC Alarms and Events Server,DeltaV,OPC Server,与其它,DCS OPC Server,之间数据交换,拖放组态方式,可最多有50个工作,OPC Server,最多25000个数据,每秒超过2000个数据流,DV OPC Server,OPC Mirror,DCS OPC Server,OPC Mirror,Web Server：,与,Internet,的连接,DeltaV Web Server,只需,IE,浏览器，就可实现远程监视,浏览实时和历史数据,浏览报警和事件,完善的安全机制：非授权用户不能访问；只能查询，不能修改,互联网,Plant LAN,无论在何处，,我都可以上班,！,过程数据和图像,实时和历史趋势,报警和事件,Delta V,控制系统应用实例 (甲醇装置,),2对冗余的,MD,控制器,H1,PLC,PROFIBUS DP,MODBUS,PLC,Remote I/O,上海焦化有限公司甲醇及一氧化碳装置，,AI、AO、DI、DO,共700多点，控制回路100多个。,Tel：,1台工程师站,4,台操作员站,整套装置200多万， 存在问题：,不同总线的通信，阀门定位器,PID,12,台,FCS,作为过程控制系统主流结构的进程,采用,FCS,的系统结构所带来的收益表现在经济和技术两个方面： 在经济上,通过削减多功能控制器的数目, 甚至不使用它,使过程控制系统的初始投资降低。多功能控制器往往是多回路共用, 通常都有冗余。每削减1个多功能控制器,便节省了2倍的初投资和长期维护成本。在技术上,在调节阀的阀门定位器内实现回路控制，其控制的动态性能优于多功能 控制器。因为用,PID,算法对阀杆定位执行内环控制, 就地补偿了滞回, 再在外环对调节阀执行串级调节。,FCS,的优越和利益具有巨大的吸引力,为什么至今尚没能大规模地推广应用呢?,首先，只有当阀门定位器支持,FCS,的系统结 构时,真正意义的监控优化控制才是可行的。遗憾的是大型调节阀供应商至今尚未深入地包含在过程的数字控制技术的范畴中,仅有少数一些例外。调节阀和阀门定位器的公司完全独立于,DCS,系统的公司, 未能在技术上结合在一起, 这也许是,FCS,的发展明显迟缓的主要原因。,其次,HSE,的应用的迟缓还是加速, 也在不小的程度上影响这一进程。,