计算机控制系统 第四章 现场总线控制系统(FCS).doc
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计算机控制系统 第四章 现场总线控制系统(FCS)*计算机控制系统吉林大学交通学院 林慧英*43>.8>1 FCS的概述 4.2 FCS的现场总线 4.3 FCS的现场控制层 4.4 FCS的应用设计 第四章 现场总线控制系统(FCS)*4.1 FCS的概述★FCS：Field-bus Control System 现场总线控制系统★FCS用现场总线集成 ●传感器、●变送器、 ●执行器、●控制器， 在生产现场形成 控制和信息的集成 现场总线压力变送器调节阀操作站AI PT123OUTPID PC123OUT INAO PV123 IN电源*4.1 FCS的概述★FCS既是现场通信网络系统， 也是现场自动化系统 ◆现场通信网络系统： ●具有开放式数字通信功能， ●可与各种通信网络互连； ◆现场自动化系统： ●把安装于生产现场的 具有信号输入、输出、运算、 控制、通信功能的各种现场仪表 或现场设备作为现场总线的节点， ●直接在现场总线上 构成分散的控制回路。
*4.1 FCS的概述★FCS变革： ◆变革传统的单一功能的模拟仪表， 将其改为综合功能的数字仪表； ◆变革传统的计算机控制系统(DDC、DCS)， 将输入、输出、运算和控制功能 分散分布到现场总线仪表中， 形成全数字的彻底的分散控制系统 现场总线压力变送器调节阀操作站AI PT123OUTPID PC123OUT INAO PV123 IN电源*4.1 FCS的概述★ FCS是从DCS发展过来的， 仅变革了DCS的直接控制层， 形成FCS的现场控制层， 操作监控层、 生产管理层、 决策管理层 仍然同DCS★ FCS的基础是现场总线，★ FCS现场控制层的 主要设备是现场总线仪表 *4.1 FCS的概述★现场总线 是用于过程自动化和制造自动化最底层的 现场仪表或现场设备互连的通信网络， 把通信线一直延伸到生产现场或生产设备， 在生产现场直接构成现场通信网络， 是现场通信网络与控制系统的集成 现场总线压力变送器调节阀操作站AI PT123OUTPID PC123OUT INAO PV123 IN电源*4.1 FCS的概述★现场仪表是 传感器、变送器、执行器和控制器等。
★现场设备是 微处理器设备， 通过双绞线互连，通过总线供电★现场总线的节点 是现场仪表或现场设备电源现场总线变送器执行器操作站A9>BCD*4.1 FCS的概述★现场总线仪表功能： ◆既有信号变换功能， ◆也有运算、控制、通信等综合功能 例如 ●温度变送器 既有温度信号变换、补偿和校验功能， 也有PID控制和运算等功能； ●调节阀 既有信号驱动和执行功能， 也有PID控制、输出特性补偿和 自诊断等功能 *4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生★现场总线的含义 ： ◆现场总线是用于 过程自动化和制造自动化底层的 现场仪表或现场设备 互连的通信网络， 这些仪表或设备具有 输入、输出、 运算、控制、通信功能， 并直接在现场总线上构成 分散的控制回路4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★20世纪80年代中期， 开始研究制定现场总线标准。
★产生因素： ◆⑴传统模拟仪表的缺点 ◆⑵现场总线数字仪表的优点 ◆⑶计算机及其网络技术的发展 ◆⑷用户需求4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★⑴传统模拟仪表的缺点 ◆一对一结构： ●一台仪表，一对传输线， 单向传输一个信号； ●接线庞杂，工程周期长， 安装费用高，维护困难 ◆单一功能： ●信号检测和变换功能 ◆可靠性差： ●模拟信号传输不仅精度低， 而且易受干扰4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★⑴传统模拟仪表的缺点 ◆失控状态： ●操作员在控制室 ◎既不了解 现场仪表工作状况， ◎也不能 对其进行参数调整， ◎更不能 预测故障， ◎导致操作员 对其处于“失控”状态4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★⑴传统模拟仪表的缺点 ◆互换性差： ●不同厂家的 同类仪表无法互换， ●用户依赖制造厂， 无法使用 性能价格比优的仪表。
4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★⑵现场总线数字仪表的优点 ◆一对N结构： ●一对传输线， N台仪表， 双向传输多个信号； ●接线简单， 工程周期短， 安装费用低， 维护容易4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★⑵现场总线数字仪表的优点 ◆综合功能： ●既有 信号检测和变换功能， ●又有 控制和运算功能 ◆可靠性高： ●数字信号传输 不仅精度高， 而且抗干扰性强 *4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★⑵现场总线数字仪表的优点 ◆可控状态： ●操作员在控制室 ◎既可了解 现场仪表的工作状况， ◎也能对其进行 参数调整， ◎使其处于 操作员监控状态， ◎提高了 可控性和维护性 *4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★⑵现场总线数字仪表的优点 ◆互换性好： ●不同厂家的同类仪表可以互换， ●用户可以选用 性能价格比最优的现场仪表。
◆互操作性： ●不同厂家仪表集成在一起， 对功能块进行统一组态， 构成所需的控制回路， 实现“即接即用” *4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★⑵现场总线数字仪表的优点 ◆分散控制： ●控制功能分散在 现场总线数字仪表中， ●通过现场总线 构成控制回路， ●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4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生1. 现场总线的产生★⑶计算机及其网络技术的发展 ◆现场仪表是模拟和数字混合处理器， ●既有检测、变换和放大等 模拟信号处理， ●也有CPU、内存和通信等 数字信号处理 ◆工作环境恶劣，易燃易爆， 总线供电，本质安全， ◆要求集成电路元件 体积小、功能全、 性能好、可靠性高、耗电少 *4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生 ★⑷用户需求 ◆传统模拟仪表的缺点， 束缚了DDC和DCS的发展 ◆现场数字仪表的优点， 促进了DDC和DCS的革新。
◆用户需要 现场总线仪表 ◆厂商看到 现场总线仪表的市场需要 1. 现场总线的产生*4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生2. 现场总线的类型★目前世界上有 多种现场总线标准， ◆每种现场总线 都有各自的特点， 在某些应用领域 显示了自己的优势 *4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生★IEC61158标准中有 ◆ FF， ◆ PROFIBUS， ◆ Control Net， ◆ P-NET， ◆ Swift Net， ◆ World FIP， ◆ Inter bus， ◆ ……等等；★另外还有 ◆ CAN， ◆ LON， ◆ HART， ◆ ASI， ◆ Device Net ◆ ……等等★多种现场总线标准并存 2. 现场总线的类型*4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生2. 现场总线的类型★传输速率： ◆低速为几十~几百Kbps ◆中速为几百~几千Kbps ◆高速为几M~几十Mbps ★传输介质： ◆双绞线、同轴电缆、光缆、无线， ◆动力电缆(如楼宇中的照明电缆) ★拓扑结构： ◆总线形 ◆树形 ◆环形 *4.1.1现场总线和FCS的产生一、现场总线的产生2. 现场总线的类型★现场总线区别 于一般的通信总线， ◆不仅是一种通信技术， ◆而且是一种控制技术。
★现场总线标准 ◆不仅规定了通信协议， ◆而且规定了控制协议或应用功能块★通过现场总线， ◆既可以共享现场总线节点内部的数据， ◆也可以共享现场总线节点内部的功能块， 以便在现场总线上组成控制回路4.1.1现场总线和FCS的产生二、 FCS的产生★FCS是伴随着 现场总线的出现而产生的★现场总线的节点： ◆安装于生产现场或生产设备的 现场仪表： ●传感器 ●变送器 ●执行器电源现场总线变送器执行器操作站ABCD*4.1.1现场总线和FCS的产生★现场总线仪表的功能： ◆具有输入、输出、 运算、控制和通信功能， ◆具有类似于DCS控制站的 输入、输出、运算和控制功能块， ◆用这些功能块可以直接在 现场总线上组成分散的控制回路★多段现场总线组成现场总线网络， 并构成现场网络自动。
