现场总线控制系统(FCS).docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑现场总线控制系统(FCS) 第一章 现场总线操纵系统（FCS） 第一节 概述 现场总线操纵系统（Fieldbus Control System，FCS）是继基地式气动仪表操纵系统、电动单元组合式模拟仪表操纵系统、集中式数字操纵系统、集散操纵系统（DCS）后的新一代操纵系统由于它适应了工业操纵系统向数字化、分散化、网络化、智能化进展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多便当，并促使目前生产的自动化仪表、集散操纵系统、可编程操纵器（PLC）产品面临体系布局、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术 一、 现场总线的进展 随着操纵、计算机、通信、网络等技术的进展，信息交换的领域正在急速笼罩从工厂的现场设备层到操纵、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场信息技术的飞速进展，引起了自动化系统布局的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为根基的企业信息系统现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势进展起来的新技术 1、什么是现场总线 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量操纵设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层操纵网络。

它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量操纵仪表，使它们各 1 自都具有了数字计算和数字通信才能，采用双绞线等作为总线，把多个测量操纵仪表连接成的网络系统，并按公开、模范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量操纵设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动操纵系统简而言之，它把单个分散的测量操纵设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与操纵系统它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、作用发生的变化现场总线那么使自控系统与设备具有了通信才能，把它们连接成网络系统，参与到信息网络的行列因此把现场总线技术说成是一个操纵技术新时代的开端并不过分 现场总线是20世纪80年头中期在国际上进展起来的随着微处理器与计算机功能的不断巩固和价格的急剧降低，计算机与计算机网络系统得到急速进展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，采用一对一连线，用电压、电流的模拟信号举行测量操纵，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“自动化孤岛”。

要实现整个企业的信息集成，要实施综合自动化，就务必设计出一种能在工业现场环境运行的、性能稳当、造价低廉的通信系统，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换 现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络，沟通了生产过程现场操纵设备之间及其与更高操纵管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件 现场总线操纵系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布操纵系 2 统它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现根本操纵、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能，这是一项以智能传感器、操纵、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术 由于现场总线适应了工业操纵系统向分散化、网络化、智能化进展的方向，它一经产生便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注现场总线的展现，导致目前生产的自动化仪表、集散操纵系统、可编程操纵器在产品的体系布局、功能布局方面的较大变革，自动化设备的制造厂家被迫面临产品更新换代的又一次挑战。

传统的模拟仪表将逐步让位于智能化数字仪表，并具备数字通信功能展现了一批集检测、运算、操纵功能于一体的变送操纵器；展现了可集检测温度、压力、流量于一身的多变量变送器；展现了带操纵模块和具有故障信息的执行器；并由此大大变更了现有的设备维护管理方法 2、现场总线的进展 50年头以前，由于当时的生产规模较小，检测操纵仪表尚处于进展的初级阶段，所采用的仅仅是安装在生产设备现场、只具备简朴测控功能的基地式气动仪表，其信号仅在本仪表内起作用，一般不能传送给别的仪表或系统，即各测控点只能成为封闭状态，无法与外界沟通信息，操作人员只能通过生产现场的巡查，了解生产过程的状况 随着生产规模的扩大，操作人员需要综合掌管多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息实行操作操纵，于是展现了气动、电动系列的单元组合式仪表，展现了集中操纵室生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如0.02～0.1MPa的气压信号，0～10mA，4～20mA的直流电流信号，1～5V直流电压信号等，送往集中操纵室操作人员可以坐在 3 操纵室纵观生产流程各处的状况，可以把各单元仪表的信号按需要组合成繁杂操纵系统。

由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢，提高计算速度与精度的开销、难度都较大，信号传输的抗干扰才能也较差，人们开头寻求用数字信号取代模拟信号，展现了直接数字操纵由于当时的数字计算机技术尚不兴隆，价格昂贵，人们企图用一台计算机取代操纵室的几乎全体的仪表盘，展现了集中式数字操纵系统但由于当时数字计算机的稳当性还较差，一旦计算机展现某种故障，就会造成全体操纵回路瘫痪、生产停工的严重局面，这种危害也集中的系统布局很难为生产过程所采纳 随着计算机稳当性的提高，价格的大幅度下降，展现了数字调理器、可编程操纵器以及由多个计算机递阶构成的集中管理、分散操纵相结合的集散操纵系统这就是今天正在被大量企业采用的DCS系统 DCS系统中，测量变送仪表一般为模拟仪表，因而它是一种模拟数字混合系统这种系统在功能、性能上较模拟仪表、集中式数字操纵系统有了很大进步，可在此根基上实现装置级、车间级的优化操纵但是，在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系统早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在好多困难。

新型的现场总线操纵系统那么突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议模范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能；同时把DCS集中与分散相结合的集散系统布局，变成了新型全分布式布局，把操纵功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可 4 实现根本操纵功能 现场总线之所以具有较高的测控才能指数，一是得益于仪表的微机化，二是得益于设备的通信功能把微处理器置入现场自控设备、使设备具有数字计算和数字通信才能，一方面提高了信号的测量、操纵和传输精度，同时为丰富操纵信息的内容，实现其远程传送创造了条件在现场总线的环境下，借助设备的计算、通信才能，在现场就可举行大量繁杂计算，形成真正分散在现场的完整的操纵系统，提高操纵系统运行的稳当性还可借助现场总线网段以及与之有通信连接的其他网段，实现异地远程自动操纵，如操作远在数百公里之外的电气开关等还可供给传统仪表所不能供给的如阀门开关动作次数、故障诊断等信息，便于操作管理人员更好、更深入地了解生产现场和自控设备的运行状态。

1984年，美国仪表协会（ISA）下属的标准与实施工作组中的ISA／SP50开头制定现场总线标准；1985年，国际电工委员会抉择由Proway Working Group负责现场总线体系布局与标准的研究制定工作；1986年，德国开头制定过程现场总线（Process Fieldbus）标准，简称为PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及其产品开发的序幕 1992年，由Siemens，Rosemount，ABB，Foxboro，Yokogawa等80家公司联合，成立了ISP（Interoperable System Protocol）组织，着手在PROFIBUS的根基上制定现场总线标准1993年，以Honeywell，Balley等公司为首，成立了World FIP（Factory Instrumentation Protocol）组织，有120多个公司加盟该组织，并以法国标准FIP为根基制定现场总线标准此时各大公司均已清楚地熟悉到，现场总线理应有一个统一的国际标准，现场总线技术势在必行但总线标准的制定工作并非一帆风顺，由于行业与地域进展历史等理由，加之各公司和企业集团受自身商业利益的驱使，致使总线的标准化工作进展缓慢。

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