现场总线技术及其应用专项培训

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,现场总线技术及其应用,报告人：刘暾东,单 位：厦门大学自动化系,1,提纲,索引,现场总线技术简介,现场总线在煤化工控制领域中的应用,现场总线在锅炉控制系统中的应用,现场总线在配电自动化中的应用,现场总线在楼宇自动化中的应用,现场总线在智能交通领域中的应用,结束语,2,一 现场总线技术简介,1.,现场总线产生的历史背景,第一代工业控制体系结构(气动信号标准：,0.2,1kgf/cm,2,)；,第二代工业控制体系结构,ACS,(电气信号：,420mA,),；,第三代工业控制体系结构,CCS,(集中式控制,)；,第四代工业控制体系结构,DCS,(分布式控制体系结构,)；,第五代工业控制体系结构,FCS,(,现场总线控制系统)。,2.,现场总线定义,现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感器及传动装置等)的数据通信。,3,一 现场总线技术简介,3.,现场总线主要特点,1),系统可靠性高；,2),实现开放式互连网络；,3),安装与接线费用低,；,4),调节性能提高；,5),系统组态简单。,4.,现场总线国际标准化状况,早在,1985,年，,IEC,(,国际电工委员会)开始着手制订国际性现场总线标准，并将此标准命名为,FieldBus,；,之后，,ISA,(,美国仪表学),SP50,委员会也加入到此标准的制订工作中。目前，较流行的现场总线主要有,FF、Profibus、LonWorks、CAN、HART、P-Net,等。,4,一 现场总线技术简介,5.,现场总线结构模型,现场总线的模型结构在低层(1、2层)是基本相同的，在上层各现场总线之间的功能有所不同。,IEC,定义为 3层，即采用,ISO(,国际标准化组织)的,OSI,所规定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。,ISA/SP50,委员会增加了用户层，因此现场总线模型已统一为4层，即物理层、链路层、应用层和用户层。,5,一 现场总线技术简介,6,二 现场总线在煤化工控制领域中的应用,我国煤炭资源十分丰富，石油资源相对短缺，大力发展煤化工产业，是我国技术经济发展过程中必须采取的一项措施。,在我国，中、小氮肥造气工艺多数采用固定床间歇式造气炉，五步循环的制气控制直接影响煤气的产量、质量及原料的消耗，长期一直受到业内的高度重视。,机械式水压自动机,单回路数字调节器、,PLC,和集散控制系统,(DCS),现场总线控制系统,FCS,7,煤气,空气,1,水,蒸,汽,2,3,4,7,吹风气,5,6,各阶段气体流向示意图,阶段,1,2,3,4,5,6,7,上吹,下吹,二上,吹净,阀 门 开 闭 情 况,吹风,工作循环中各阀门开闭状态,气化层温度将随着空气的加入而升高，随着蒸气的加入而降低，呈现一定规律变化，该生产过程被称为一个工作循环。,二 现场总线在煤化工控制领域中的应用,8,工艺,流程中必须安装足够的阀门，通过对阀门的闭启来控制间歇制气工艺生产过程，工艺流程如下图所示：,炉,况,监,测,探,头,灰斗,燃烧室,蒸总阀,放 空,炉口,上行测温装置,炉条,空层,干燥层,干馏层,气化层,灰渣层,下行测温装置,吹,风,阀,上,氮,阀,上,吹,阀,下,行,阀,下,氮,阀,下,吹,阀,上,行,阀,蒸,汽,吹回阀,烟囱阀,煤总阀,气 柜,9,CAN,现场总线控制系统设计,工业控制机,(,IPC,),CAN,适配器,CAN,总线,打印机,企业局域网,Internet,CAN,控制器,传感器,执行器,间歇造气炉,CAN,控制器,传感器,执行器,间歇造气炉,二 现场总线在煤化工控制领域中的应用,10,二 现场总线在煤化工控制领域中的应用,硬件节点设计,R,R,CAN,驱动器,82C250,CAN,控制器,SJA1000,Intel 1680C196KC,显示器,键盘,报警输出,串行接口,炉温监测探头,换向阀站,调节阀,常规仪表,CAN Field Bus,11,二 现场总线在煤化工控制领域中的应用,软件节点设计,各节点软件具体包括以下各软件包：,(,1,),RDSP-4,型雷达信号处理软件包；,(,2,),ZF-4S-BIOS,型基本,I/O,管理模块；,(,3,),ZF-4S-ZQC,型造气过程控制软件包；,(,4,),ZF-4S-HN,型氢氮比控制模块。,12,二 现场总线在煤化工控制领域中的应用,CAN,现场总线技术应用于造气炉控制系统，从根本上实现结,构分散、信息集中、管控一体化的全新分布式控制模式；,基于,CAN,现场总线的造气炉智能控制系统的产业化发展，将,为造气炉的高水平自动化提供强有力的技术支持。,13,三 现场总线在锅炉控制系统中的应用,1.,项目概述,我国的锅炉产业发展迅猛，但,运行热效率低,浪费能源，污染环境，,自动化改造的任务十分紧迫；,我国工业锅炉控制系统发展大致经过五个阶段：,手工控制阶段；,专用仪表控制阶段,；,电动单元组合控制阶段；,计算机控制阶段（分布式控制系统,DCS,）；,现场总线控制阶段。,经典的,PID,控制往往不易达到最佳的控制状态,采用更先进的控制策略势在必行。,14,三 现场总线在锅炉控制系统中的应用,2.,工艺流程简介,燃料和空气按一定比例进入锅炉内燃烧，生成热量传给蒸发系统产生饱和蒸汽，经过过热器使饱和蒸汽成为有一定温度和压力的过热蒸汽，并且汇集到过热联箱，经主气阀供负荷设备使用；,燃烧过程中产生的烟气除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，通过省煤器预热锅炉的给水，通过烟道引导，经过除尘器和引风机处理，达到国家排放标准，最后通过烟囱进入大气。,15,3.,工艺流程图,16,4.,基于现场总线的锅炉控制系统,17,5.SY-2008GL,锅炉监控器原理框图,按键,测温热电阻,温度变送器,SY-2008GL,监控器,一体化操作站,键盘,鼠标,显示,打印,中心工作站,测温热电偶,压力变送器,流量变送器,液位变送器,液位开关,含氧量变送器,显示,手动/自动切换带手操开关,伺服放大器,执行器,现场各电气设备,报警,压力传感器,流量传感器,锅炉现场,控制室,18,6,.,控制系统的技术特点,由各子系统的计算机进行自动控制,，,降低了产品成本；,系统稳定、可靠、精度高、维护成本低、系统互换性；,采用现场总线技术，实现多级分层控制、集中管理、信息共享；,主、辅工作站集中在中央控制室，便于设备和人员的集中管理。,三 现场总线在锅炉控制系统中的应用,19,四 现场总线在配电自动化中的应用,国内外配电自动化的发展现状,配电是电力系统发电、输电和配电中直接面向电力用户的重要环节。八十年代末，配电自动化在美国等工业发达国家逐步发展起来。配电自动化的内容大致分为四个方面：1,)馈线自动化;2)用户自动化;3)变电站自动化;4)配电管理自动化。,城市配电自动化是国家最近几年重要的投资方向，配网自动化为电网的运行监测、快速故障定位、故障隔离等提供了有力的保障措施。电力配电系统环境特殊，需要一种可靠性高、实时性强、容易操作的测控网，并能把上层的管理网和前端的测控网连接起来。主要用于低层设备通信的现场总线完全可以适用于这种要求。这对利用现有设备，进一步提高配电网的自动化水平，提高供电可靠性，增加电网经济效益，都具有十分重要的意义。,20,四 现场总线在配电自动化中的应用,基于现场总线的电力配电监控网络构成,21,四 现场总线在配电自动化中的应用,系统主要特点,友好的人机界面；,强大的网络通信；,可靠的安全管理；,实时的故障报警和事件处理；,完善的数据报表；,系统内相关资源的数据采集、监控和共享；,为各级电力系统的管理者提供的决策帮助；,系统可靠性、稳定性和可视化的明显提高；,对各个智能子系统的远程监控；,22,五 现场总线在楼宇自动化中的应用,概述,随着计算机、控制与通信技术的飞速发展，特别是近年来房地产业的持续升温，楼宇自动化系统(,BAS,),技术也在不断改善、更新。楼宇自动化管理着建筑物内大量分散的机电设备，使大楼变得更加安全、经济与舒适。,一般而言，楼宇自动化系统由暖通空调、变配电、给排水、照明、保安及消防等子系统组成；对其它独立子系统，如电梯、广播、电缆电视等系统，则可根据需要将工作状态监视及紧急状态下越级控制权赋予,BAS,的监控中心。,我国现有的智能建筑中，楼宇自动化程度普遍不高。国内绝大多数楼宇自动化系统一般由世界著名公司成套提供，包括传感器、阀门、执行器、控制器、上位机、监控软件等。,23,五 现场总线在楼宇自动化中的应用,楼宇自动化中应用的主要现场总线技术,智能建筑中广泛使用的主要有两种：,BACnet,和,LonWorks,。,1)BACnet：1987,年，美国暖通空调工程师协会(,ASHRAE),组织成立,SPC135,开发；目前已成为美国和欧洲标准，并有20多家公司推出了60余种不同类型的,BACnet；,旧金山的金门大厦改造工程被认为是,BACnet,的标准应用范例。,2),LonWorks:1991,年，美国,Echelon,公司推出的技术，该协议完全支持国际标准化组织,ISO,定义的,OSI,七层模型。由于其具有高可靠性、开放性和低成本的优点，全世界数以千记的制造厂商在其控制网络方案中纷纷采用。,LonWorks,技术的核心是同时具有通信和控制功能的神经元(,Neuron),芯片中有3个8位的,CPU，,其中2个中央处理器用于执行通信协议，而另一个处理器用于执行节点的监控功能。,24,五 现场总线在楼宇自动化中的应用,基于现场总线技术智能楼宇网络系统构成,本监控系统主要实现对一栋23层高大楼的中央空调系统、排风机系统、给排水系统、照明系统、变配电系统、电梯系统的监控和管理。,25,五 现场总线在楼宇自动化中的应用,LonWorks,现场总线技术推出后，在楼宇自动化方面的应用特别广泛，这也是国家建设部在楼宇自动化方面选择,LonWorks,技术重点推广的原因所在。,由于,LonWorks,技术的开放性.产品选择的多样化，网络规模,的,灵活,性,，允许,房屋,开发商以最合理的价格组建符合要求的小区控制网络，有效控制成本。无论是,旧,系统,的,升级，或是新系统设计，都可以根据客户的需求提出最贴切的实施方案，满足各层次用户的需求，并能方便地对用户节点进行修改和升级。,利用,LonWorks,技术进行住宅小区智能化的建设，可以在特定的条件下实施特定范围的智能化建设，并为以后更深入的发展奠定良好的基础。因此,LonWorks,技术在住宅智能化建设中应用的前景是非常广阔的。,26,六 现场总线在智能交通领域中的应用,概述,为了大幅度提高公路交通的通行能力和安全度，采用智能交通(,ITS),新技术改变现有公路交通技术面貌，是国际公路交通科学的发展方向。智能交通涉及交通、电子、计算机、信息科学以及自动控制、通信、检测技术等诸多领域。,据统计，,ITS,技术的应用可以减少10的废气排量，20的交通延时，30的停车次数。美国,Los Angeles,地区和,Texas,州在,ITS,技术方面投资的效益成本比率分别是16:1和22:1。,我国的交通特点是：1)机动车与非机动车混行；2)自行车数量大；3)机动车数量增长快；4)国产机动车速度、网络容纳能力和交通宣传力度都非常有限。发展,ITS,要适合我国的交通特点，结合我国的国情，研究中国的智能交通系统,。,27,六 现场总线在智能交通领域中的应用,智能交通信号控制系统介绍,PLC,模拟屏,上位机,现场总线,打印机,1#交通信号机,基于现场总线的交通信号控制系统框图,2#交通信号机,N#,交通信号机,PLC,PLC,28,六 现场总线在智能交通领域中的应用,交通信号控制系统说明,基于现场总线的的交通信号控制系统采用现场总线技术，由以,PLC,控制为核心的路口级交通信号控制机、上位机组成。交通信号控制机通过现场总线其工作状态、控制信息、诊断信息可实时上传到上位机。在上位机控制下