现场总线控制系统.ppt

现场总线控制系统 现场总线控制系统的经典结构图 现场总线控制系统是最底层的系统 用于对现场设备的直接控制 1 现场总线的产生 现场总线的产生可归结为以下四个因素 1 传统模拟仪表的缺点 2 现场总线数字仪表的优点 3 计算机及网络技术的发展 4 用户需求 1 传统模拟仪表的缺点 一对一结构 一个仪表 一对传输线 单向传递一个信号 造成接线庞杂 费用高 维护难 单一功能 仅具有信号的检测和变换功能 可靠性差 模拟信号传输精度低 易受干扰 失控状态 操作员不了解现场仪表的工作状态 也无法进行参数调整 更不能预测故障 互换性差 虽然模拟仪表统一了信号标准 例如4 20mA 可是大部分参数仍有厂商自定 使得不同厂家的同类仪表无法互换 2 现场总线数字仪表的优点 一对N结构 多个仪表 一对传输线 双向传递信号 接线简单 费用低 维护容易 综合功能 除了具有信号的检测和变换功能外 又有控制和运算功能 可靠性高 数字信号的精度高 抗干扰能力强 可控状态 操作员了解现场仪表的工作状态 也可以进行参数调整 互换性好 用户可以选择不同厂家的仪表互换连接 2 现场总线数字仪表的优点 互操作性好 用户把不同厂商的仪表集成在一起 对功能块进行统一组态 构成所需要的控制回路 实现 即接即用 分散控制 控制功能分散在现场总线数字仪表中 通过对现场总线构成回路 实现了彻底的分散控制 提高了系统的可靠性 自治性和灵活性 3 计算机和网络技术的发展 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 4 用户需求 由于传统的模拟仪表存在诸多缺点 传统的DDC和DCS也无法摆脱模拟仪表的束缚 致使其性能无法充分发挥 体系结构也难以更新 现场总线仪表的优点使得仪表和DCS制造商研究现场总线技术 并开发相应的现场总线仪表 以满足市场的需求 科技迅速发展的今天 提高产品的质量 降低产品的成本 简化产品的维护 完善产品的服务才能在激励的市场竞争中立于不败之地 3 现场总线的概念 现场总线 Fieldbus 是用于过程自动化或制造自动化中的 实现智能化现场设备 例如 变送器 执行器 控制器 与高层设备 例如主机 网关 人机接口设备 之间互联的 全数字 串行 双向的通信系统 通过它可以实现跨网络的分布式控制 按照国际电工委员会IEC标准和现场总线基全会FF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 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 3 现场总线的本质含义 3 互操作性 指来自不同厂家的设备可以相互通信 并且可以在多厂家的环境中完成功能的能力 主要体现在 a 用户可以自由选择设备 而这种选择独立于供应商 控制系统和通信协议 b 制造商具有增加新的 有用的功能的能力 c 不需要专有协议和特殊定制的驱动软件和升级软件 3 现场总线的本质含义 4 分散控制功能现场总线控制系统把功能块分散到现场仪表中执行 取消了DCS中的过程控制站 例如 现场总线执行器除了具有一般执行器的功能外 还可以运行PID控制功能块和输出特性补偿块 甚至还可以实现阀门特性自校验和阀门故障自诊断功能 问题 现场总线是不是从物理结构和传输速度上和常见的通信线路大不相同呢 现场总线的传输介质 双绞线同轴电缆光缆无线方式动力电缆 例如楼宇照明电缆 现场总线的传输速度 低速总线的传输速度为几十 几百K中速总线的传输速度为几百 几千K高速总线的传输速度为几M 几十M 现场总线和一般通信线路的本质区别 通信协议控制协议或应用功能块 4 FCS和DCS控制系统的区别 数据采集设备 A D 压力表 数据输出设备 D A 阀门 过程控制站PLCorPC 模拟信号 数字信号 管道 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 工程师 操作员站 4 FCS和DCS控制系统的区别 压力表 阀门 数字信号 管道 工程师 操作员站 AIPT123 OUT PIDPC123 OUT AOPV123 IN IN 功能块 可在此处用组态软件对三个功能块进行组态 形成组态文件 在下装到现场仪表上 在现场总线上构成压力控制回路 返回 4 FCS和DCS控制系统的区别 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 T S S M R T T S S M T 终端器 防止信号失真及终端产生反射波 R 中继器 用于扩展现场总线段