現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)全面分析

1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)全面分析 第一節(jié) 概述一、單元組合儀表控制系統(tǒng)、DCS與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)1.單元組合儀表控制系統(tǒng) 1）采用模擬信號(hào)傳輸； 2）現(xiàn)場至控制室為1：1連接方式（每臺(tái)儀表均需一對(duì)導(dǎo)線）； 3）組成各種控制系統(tǒng)時(shí)，各儀表之間均采用直接接線。（分散控制系統(tǒng)） 1）現(xiàn)場至控制室為1：1連接方式（每臺(tái)儀表均需一對(duì)導(dǎo)線）； 2）室內(nèi)控制裝置采用站式結(jié)構(gòu)，各站之間采用網(wǎng)絡(luò)連接方式； 3）組成各種控制系統(tǒng)時(shí)，采用軟連接方式（功能組態(tài)）。特點(diǎn)：模擬數(shù)字混合系統(tǒng) 集中操作 有限度的分散控制 組態(tài)式的控制功能組成3.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS） 1）產(chǎn)生背景 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的需要 現(xiàn)場智能儀表的出現(xiàn)為

2、其奠定了基礎(chǔ) 現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展提供了技術(shù)保障 2）現(xiàn)場總線（Fieldbus） 連接智能現(xiàn)場裝置和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。 3）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS） 采用現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)。二、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)1、系統(tǒng)的開放性 總線標(biāo)準(zhǔn)及通信協(xié)議均為公共開放的。2、互可操作性與互換性 可實(shí)現(xiàn)總線設(shè)備間的信息交換，以及遵循同一總線標(biāo)準(zhǔn)的各廠家的產(chǎn)品可集合在一起使用。3、現(xiàn)場儀表的功能自治性 現(xiàn)場儀表均為智能儀表，一般處理功能可在現(xiàn)場儀表內(nèi)完成，如補(bǔ)償、線性化、標(biāo)度變換等。4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 可實(shí)現(xiàn)回路控制的徹底分

3、散，提高了系統(tǒng)可靠性。5、對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 專為現(xiàn)場環(huán)境設(shè)計(jì)的現(xiàn)場總線具有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且有本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品。三、現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)簡介 現(xiàn)場總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因，加上各公司和企業(yè)集團(tuán)受自身利益的驅(qū)使，致使現(xiàn)場總線的國際化標(biāo)準(zhǔn)工作進(jìn)展緩慢，至今尚未形成完整統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。 從1985年籌備成立IEC現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工作組開始標(biāo)準(zhǔn)起草制定工作，到1997年制定了一些協(xié)議規(guī)范（IEC61158），并作為FDIS標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。 1998年對(duì)IEC 61158 FDIS草案投票未獲通過，故于1999年初以技術(shù)規(guī)范的形式

4、發(fā)布 IEC6115第一版現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。 第一版標(biāo)準(zhǔn) (技術(shù)規(guī)范）中，只有一種標(biāo)準(zhǔn)即后來的Type1（FF-H1和FF-H2）。 隨后根據(jù)各國或組織的意見進(jìn)行修改，于2000年初通過了經(jīng)修改后的IEC61158，即IEC61158 第二版。該版保留了Type1,并增加了七種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（Type2Type8）。 為了反映現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的最新發(fā)展, 又對(duì)IEC61158 第二版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了擴(kuò)充和修訂。新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了10 種類型現(xiàn)場總線, 除原有的8種類型, 還增加了Type9 和Type10 現(xiàn)場總線。2003 年4月, IEC61158 Ed. 3 現(xiàn)場總線第三版正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)。 2

5、007年發(fā)布了IEC61158第四版中，共有20種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入該標(biāo)準(zhǔn)。其中包括我國的EPA標(biāo)準(zhǔn)（Type14）。Type1Type8Type1： IEC61158 技術(shù)報(bào)告。由于該總線主要依據(jù)FF現(xiàn)場總線和部分吸收WorldFIP現(xiàn)場總線技術(shù)制定的,所以經(jīng)常被理解為FF現(xiàn)場總線。包括FF-H1、FF-H2。Type2：由以美國Rockwell公司為代表支持的CI（ControlNet International)組織制定，包括DeviceNet、ControlNet現(xiàn)場總線和Ethernet / IP實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。Type3：即Profibus，由以西門子公司為代表的德國多家公司及研究單位制

6、定，得到了PNO（Profibus National Organization）用戶組織的支持，并被定為歐洲標(biāo)準(zhǔn)。Type4: 即P-NET，由丹麥Process Data支持，主要用于啤酒、食品、農(nóng)業(yè)和飼料業(yè)。Type5：即FF-HSE（高速以太網(wǎng)），由IEC制定，用于替代FF-H2。Type6：即SwiftNet，由美國SHIP STAR協(xié)會(huì)制定，得到波音公司支持，主要用于航空和航天業(yè)。Type6 SwiftNet現(xiàn)場總線由于市場推廣應(yīng)用很不理想，在第四版標(biāo)準(zhǔn)中被撤消。Type7：即WorldFIP，由法國Alstom為代表的WorldFIP協(xié)會(huì)制定，主要用于發(fā)電、輸配電、加工自動(dòng)化、運(yùn)輸

7、等行業(yè)。Type8：即Interbus，由德國Phoenix Contact制定，得到了Interbus Club組織的支持，主要用于機(jī)器加工及制造業(yè)。IEC61158第四版中列出的20種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)：Type1 TS61158現(xiàn)場總線Type2 CIP現(xiàn)場總線Type3 Profibus現(xiàn)場總線Type4 P2NET現(xiàn)場總線Type5 FF HSE高速以太網(wǎng)Type6 SwiftNet被撤消Type7 WorldFIP現(xiàn)場總線Type8 INTERBUS現(xiàn)場總線Type9 FF H1 現(xiàn)場總線Type10 PROFINET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Type11 TCnet實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Type12 EtherC

8、AT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Type13 Ethernet Powerlink實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Type14 EPA實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Type15 Modbus2 RTPS實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Type16 SERCOS、現(xiàn)場總線Type17 VNET/ IP實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Type18 CC2Link現(xiàn)場總線Type19 SERCOS 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Type20 HART現(xiàn)場總線 第二節(jié) 典型現(xiàn)場總線簡介一、FF總線（Foundation Fieldbus 基金會(huì)現(xiàn)場總線） 前身為美國Fisher-Rosemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、ABB、Siemens、Smart等80多家公司制定的ISP協(xié)議和以Honrywell公司為首，聯(lián)

9、合Allen-Bradley、Bailey等150多家公司的World FIP協(xié)議。 1994年兩大集團(tuán)一起成立現(xiàn)場總線基金會(huì)，致力于開發(fā)國際上統(tǒng)一現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。主要應(yīng)用于自動(dòng)化系統(tǒng)，特別是過程自動(dòng)化系統(tǒng)，支持總線供電及本質(zhì)安全防爆。 FF包括低速FF-H1和高速FF-HSE兩部分。（一）FF總線的技術(shù)特點(diǎn)1、適用于過程自動(dòng)化的低速FF-H1總線 用于現(xiàn)場級(jí)控制，傳輸速率為，最大通信距離1900m。1）控制與信息處理的現(xiàn)場化 智能化現(xiàn)場儀表可完成檢測、變送、控制、計(jì)算、顯示、報(bào)警、診斷及自動(dòng)保護(hù)等任務(wù)，從而構(gòu)成完整的現(xiàn)場控制系統(tǒng)。 現(xiàn)場儀表具有高度的自治性，且結(jié)構(gòu)上具有徹底的分散性。2）支持總

10、線供電及本質(zhì)安全防爆 非總線供電：現(xiàn)場儀表采用外部供電。 總線供電：現(xiàn)場儀表通過總線供電。總線既作為供電線，又作為數(shù)字信號(hào)傳輸線。 提供本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)。3）令牌總線訪問機(jī)制 在物理上是一種總線結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)，各站點(diǎn)共享通信總線。 在邏輯上是一種環(huán)形結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)，連接到總線上的站點(diǎn)組成一個(gè)邏輯環(huán)，站點(diǎn)獲得令牌后，取得對(duì)總線的控制權(quán)。 2、內(nèi)容廣泛的用戶層1）功能塊與功能塊應(yīng)用進(jìn)程 主要功能塊：如AI、AO、PID、DI、DO等。2）設(shè)備描述 用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互操作性。包括變量標(biāo)簽、工程單位、要顯示的十進(jìn)制數(shù)、量程與診斷標(biāo)簽等。3、基于以太網(wǎng)的高速FF-HSE總線1）最初的FF-H2 1MB/s

11、和高速總線標(biāo)準(zhǔn)，因通信速率較低,后被放棄。2）目前的FF-HSE 基于以太網(wǎng)的高速總線技術(shù)規(guī)范，HSE總線支持10MB/100MB/s網(wǎng)段。 （二）FF總線通信模型1、FF-H1總線模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層用戶層（應(yīng)用程序）用戶層現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范子層FMS現(xiàn)場總線訪問子層FAS通信棧數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層ISO/OSI模型FF-H1總線模型1）物理層 用于實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備與總線之間的連接，為現(xiàn)場設(shè)備與通信媒體提供機(jī)械、電氣接口。 由傳輸媒體、媒體相關(guān)子層及媒體無關(guān)子層構(gòu)成。（1）傳輸媒體：規(guī)定了傳輸介質(zhì)、傳輸速率、傳輸距離及總線結(jié)構(gòu)等。 FF-H1的傳輸介質(zhì)可是雙絞線、電

12、纜、光纜、無線介質(zhì)。 傳輸速率為。 傳輸距離2001900m(對(duì)應(yīng)不同傳輸介質(zhì))。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、總線型、樹型、菊花鏈型。（2）媒體相關(guān)子層：負(fù)責(zé)處理不同介質(zhì)、不同速率的信號(hào)轉(zhuǎn)換問題，也稱媒體訪問單元。 FF支持橋接網(wǎng)，利用網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)他們之間的連接。（3）媒體無關(guān)子層：是媒體訪問單元與數(shù)據(jù)鏈路單元的接口。完成編碼或解碼（采用MBP-曼徹斯特碼）、增加或去掉前導(dǎo)碼、幀前定界碼及幀結(jié)束碼等任務(wù)（由硬件完成）。前導(dǎo)碼幀前定界碼協(xié)議數(shù)據(jù)幀結(jié)束碼1字節(jié)1字節(jié)8273字節(jié)1字節(jié)2）數(shù)據(jù)鏈路層 規(guī)定總線存取、協(xié)議控制信息及錯(cuò)誤鑒別。（1）總線數(shù)據(jù)存取 FF-H1的數(shù)據(jù)傳輸由鏈路活動(dòng)調(diào)度器（Link Act

13、ion SchedulerLAS）控制，每個(gè)總線段上均有一個(gè)活動(dòng)的LAS。 FF將通信設(shè)備分為三類，即：鏈路主設(shè)備、基本設(shè)備，網(wǎng)橋。 鏈路主設(shè)備指有能力成為LAS的設(shè)備，可有多個(gè)，但某個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)能成為LAS，其余備用； 基本設(shè)備指不能成為LAS的設(shè)備，只能接收令牌并作出響應(yīng)。 網(wǎng)橋是用于網(wǎng)段之間的連接設(shè)備，因其管理著下游網(wǎng)段，所以也能成為LAS。H1網(wǎng)段中的通信設(shè)備與LAS鏈路主設(shè)備LAS基本設(shè)備基本設(shè)備基本設(shè)備鏈路主設(shè)備基本設(shè)備鏈路主設(shè)備網(wǎng)橋LAS基本設(shè)備基本設(shè)備總線段A總線段B LAS擁有總線上所有設(shè)備的清單，并規(guī)定周期性和非周期性兩類通信。其中，由LAS按預(yù)定時(shí)間表周期性依次發(fā)起的通

14、信為周期性通信。在周期性通信之外的時(shí)間，各設(shè)備通過獲取令牌而得到總線控制權(quán)時(shí)，發(fā)起的通信為非周期性通信。周期性通信：用于需要周期性傳輸數(shù)據(jù)的場合，如測量值數(shù)據(jù)、控制輸出數(shù)據(jù)等。非周期性通信：用于傳輸控制參數(shù)、診斷信息、報(bào)警信息、趨勢數(shù)據(jù)等。（2）協(xié)議控制信息 由數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元（DLPDU）提供。由幀控制信息、數(shù)據(jù)鏈路地址及DLPDU參數(shù)等組成。（3）錯(cuò)誤鑒別 提供幀校驗(yàn)碼。數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)：幀控制符目的地址源地址1參數(shù)源地址2用戶數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)碼3）應(yīng)用層 由現(xiàn)場總線訪問子層（FAS）和現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范子層（FMS）構(gòu)成。其任務(wù)是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用進(jìn)程之間的通信。（1）FAS FAS利用數(shù)據(jù)鏈路層調(diào)度和

15、非調(diào)度的特點(diǎn)，為報(bào)文規(guī)范子層（FMS）提供服務(wù)，分為客戶/服務(wù)器型、報(bào)文分發(fā)型和發(fā)布/預(yù)定接收型三種服務(wù)類型?？蛻?服務(wù)器型：兩個(gè)設(shè)備之間由用戶發(fā)起的、一對(duì)一、排隊(duì)式、非周期的通信。用于設(shè)置給定值、改變操作模式、手動(dòng)調(diào)節(jié)、上載/下載、報(bào)警管理、遠(yuǎn)程診斷等。報(bào)文分發(fā)型：用戶發(fā)起的一對(duì)多、排隊(duì)式、非周期通信。用于廣播或多點(diǎn)傳送事件與趨勢數(shù)據(jù)，如用于向操縱臺(tái)通告報(bào)警信息、歷史趨勢數(shù)據(jù)等。發(fā)布/預(yù)定接收型：用于實(shí)現(xiàn)緩沖型的一對(duì)多通信。主要用于刷新功能塊的輸入/輸出數(shù)據(jù)，如PID控制功能塊和操作臺(tái)發(fā)送的測量值等。（2）FMS 該層描述了用戶應(yīng)用所需的通信服務(wù)、信息格式、行為狀態(tài)等。 FMS提供了一組服務(wù)

16、和標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文格式。用戶可采用這種標(biāo)準(zhǔn)格式在總線上相互傳遞信息，并通過FMS服務(wù)，訪問應(yīng)用對(duì)象及對(duì)象的描述。 FMS由虛擬現(xiàn)場設(shè)備VFD、對(duì)象字典管理、聯(lián)絡(luò)關(guān)系（上下文）管理、域上載/下載管理、程序調(diào)用管理、變量訪問、事件管理等組成。4）用戶層 用戶層規(guī)定了各種功能模塊和設(shè)備描述，供用戶構(gòu)成所需的應(yīng)用程序。三種典型的用戶應(yīng)用塊:（1）轉(zhuǎn)換塊 轉(zhuǎn)換塊按所要求的頻率讀取傳感器中的數(shù)據(jù)。包含又有量程數(shù)據(jù)、傳感器類型、線性化、I/O數(shù)據(jù)表示等信息。如輸入轉(zhuǎn)換塊、輸出轉(zhuǎn)換塊、顯示轉(zhuǎn)換塊等。（2）資源塊 資源塊用于描述現(xiàn)場總線設(shè)備特征。如設(shè)備名稱、制造商規(guī)定、系列號(hào)等。 資源塊由一組參數(shù)組成。（3）功能塊

17、功能塊提供控制系統(tǒng)行為，它的輸入、輸出參數(shù)可通過現(xiàn)場總線鏈接。 功能塊由參數(shù)、算法和事件組成。由外部事件驅(qū)動(dòng)功能塊的執(zhí)行，通過算法將輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換為輸出參數(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的控制功能。 10種基本功能塊：AI、AO、DI、DO、PD、PID、SS（選擇器）、ML（手操）、BG（偏置）、RA（比率）。H1總線協(xié)議數(shù)據(jù)的構(gòu)成與層次關(guān)系：用戶應(yīng)用FMS總線報(bào)文規(guī)范FAS總線訪問子層DLL數(shù)據(jù)鏈路層物理層現(xiàn)場總線用戶數(shù)據(jù)FMS協(xié)議控制用戶數(shù)據(jù)編碼FAS協(xié)議控制FMS協(xié)議數(shù)據(jù)44255025111DLL協(xié)議控制FAS協(xié)議數(shù)據(jù)5256515幀校驗(yàn)2幀前定界碼DLL協(xié)議數(shù)據(jù)82731幀結(jié)束碼1前導(dǎo)碼12、FF-

18、HSE總線模型 底層采用以態(tài)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層使用TCP/UDP/IP協(xié)議，應(yīng)用層為總線設(shè)備訪問子層（FDA），作用與H1的FMS相似，用戶層與H1總線相同。 HSE子網(wǎng)通過HSE鏈路設(shè)備與H1網(wǎng)段連接， HSE鏈路設(shè)備具備網(wǎng)橋和網(wǎng)關(guān)功能，是HSE技術(shù)的核心部分。用戶層FDATCP/UDCIPIEEE 802.2IEEE 802.3u用戶層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層（三）FF總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)操作站路由器HSE網(wǎng)關(guān)HSE子網(wǎng)其他總線網(wǎng)絡(luò)HSE子網(wǎng)H1總線H1總線以太網(wǎng)交換機(jī)HSE鏈接設(shè)備HSE鏈接設(shè)備HSE現(xiàn)場設(shè)備變送器/執(zhí)行器樹型總線型點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型菊花鏈型二、ProFibus總線（Proces

19、s Fieldbus 過程現(xiàn)場總線） 由以Siemens公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出?，F(xiàn)在，國際上有數(shù)百家生產(chǎn)支持ProFibus標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。廣泛地應(yīng)用于加工制造、過程控制、交通、電力和樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域。 ProFibus總線協(xié)議也是以ISO/OSI參考模型為基礎(chǔ)，定義了物理傳輸特性、總線通信協(xié)議和應(yīng)用行規(guī)，傳輸速率為9.6KB/s12MB/s，相應(yīng)的通信距離為1200m100m，可實(shí)現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆。（一）Profibus的技術(shù)特點(diǎn)1、適用于不同應(yīng)用范圍的三種協(xié)議1）Profibus-DP 用于現(xiàn)場層控制系統(tǒng)與分散I/O之間的通信。支持周期性和非周期性數(shù)據(jù)傳輸。目前主要是

20、用于過程控制儀表、電氣控制系統(tǒng)及PLC等。2） Profibus-PA 為過程自動(dòng)化而設(shè)計(jì)，支持總線供電和本質(zhì)安全防爆。相當(dāng)于FF-H1總線。3）Profibus-FMS 用于車間級(jí)大量的數(shù)據(jù)傳輸，屬于頂層協(xié)議。但隨著工業(yè)以態(tài)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，該層已逐步被Ethernet取代。2、統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議 三個(gè)兼容部分使用一致的總線訪問協(xié)議，并由數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)。主站之間采用令牌傳遞方式，主、從站之間采用主、從通信方式。3、有各種適用性強(qiáng)的行規(guī) Profibus的行規(guī)（用戶接口）可保證不同生產(chǎn)廠家的現(xiàn)場設(shè)備的互換性和操作性。4、系列化的總線協(xié)議芯片 用戶層FMS 行規(guī)DP 行規(guī)PA 行規(guī)應(yīng)用層FMS未使用

21、未使用LLI3層未使用數(shù)據(jù) 鏈路層FDLIEC 接口MAC物理層物理連接、電氣特性、介質(zhì)（RS-485/光纖）IEC 61185-2（二）Profibus的通信模型1、物理層 DP與FMS具有相同的物理層，傳輸介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線或光纖電纜。采用屏蔽雙絞線時(shí)，符合RS-485標(biāo)準(zhǔn),傳輸速率為9.6KB/s 12MB/s，相應(yīng)的通信距離為1200m100m 。采用玻璃光纖電纜時(shí)，傳輸距離可達(dá)15km，采用塑料光纖電纜時(shí)，傳輸距離為80m 。DP和FMS采用NRZ編碼。 PA的物理層符合IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，可采用屏蔽雙絞線或非屏蔽雙絞線，以及總線供電或非總線供電形式。傳輸速率為，依使用電纜的不

22、同，傳輸距離為201900m。 PA采用MBP編碼。 PA協(xié)議與FF的H1部分基本相同。2、數(shù)據(jù)鏈路層 提供四種傳輸幀格式：查詢幀、固定8字節(jié)數(shù)據(jù)域幀、數(shù)據(jù)長度可變幀和令牌幀。 提供六種數(shù)據(jù)服務(wù)： SDN發(fā)送不需確認(rèn)的數(shù)據(jù) SDA 發(fā)送需確認(rèn)的數(shù)據(jù) SRD 發(fā)送數(shù)據(jù)且請(qǐng)求回復(fù)數(shù)據(jù) CSRD 周期性發(fā)送且請(qǐng)求回復(fù)數(shù)據(jù) MSRD 發(fā)送數(shù)據(jù)且要求以群發(fā)數(shù)據(jù)幀答復(fù) CS 時(shí)間同步 DP、PA和FMS使用其中的某些子集。DP和FMS的幀結(jié)構(gòu)相同，PA的幀結(jié)構(gòu)與其略有不同。 PROFIBUS的介質(zhì)訪問控制采用基于傳遞令牌的主從分時(shí)輪尋協(xié)議。 總線上的設(shè)備（站點(diǎn)）分為1類主站、2類主站和從站三類。 1類主站

23、：指有能力控制若干從站、完成總線通信控制與管理的設(shè)備，如PLC、部分通信處理器。 2類主站：指有能力管理1類主站的組態(tài)數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)的設(shè)備，也可具有1類主站的通信能力，用于完成數(shù)據(jù)讀寫、系統(tǒng)組態(tài)、監(jiān)視、故障診斷等，如編程器（PG）、操作員站（OS）、人機(jī)接口（HMI）等。 從站：提供I/O數(shù)據(jù)并可分配給1類主站，如遠(yuǎn)程I/O、智能從站、傳感器、執(zhí)行器等。令牌傳遞與邏輯環(huán)的管理P L CPG/OSP L C從站從站從站從站從站主設(shè)備間的令牌邏輯環(huán)1類主設(shè)備1類主設(shè)備2類主設(shè)備3、應(yīng)用層 DP和PA未定義用戶層。 FMS的應(yīng)用層由FMS（現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范）和LLI（低層接口）組成，在功能上類似于F

24、F的FMS和FAS。4、用戶層 FMS主要定義了主站與主站之間的通信功能。 DP主要是面向工廠現(xiàn)場層的應(yīng)用，規(guī)定了PLC、自動(dòng)控制設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器設(shè)備之間的快速可靠的通信服務(wù)等。 PA的應(yīng)用層與DP的基本相同，是DP的擴(kuò)展。 操作站、PC機(jī)DP/PA Link或 DP/PA 耦合器Profibus-PAPLC等車間監(jiān)控層現(xiàn)場控制層傳感器傳動(dòng)設(shè)備開關(guān)變送器執(zhí)行器Profibus-FMS或EthernetProfibus-DP（三）Profibus的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用DP/PA Link時(shí)，DP總線最高速率為12Mb/s，且PA總線儀表不占用DP地址；采用DP/PA 耦合器時(shí)DP總線速率為，且PA總

25、線儀表占用DP地址；三、LonWorks總線（Local Operating Networks 局域操作網(wǎng)絡(luò)） 最初由美國Echelon公司于1991年推出，廣泛地應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、交通運(yùn)輸、能源和電力系統(tǒng)、過程控制和家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域。 采用ISO/OSI模型的全部七層通信協(xié)議，通信速率300B/S，直接通信距離可達(dá)2700m（78KB/s，雙絞線）。 支持雙絞線、同軸纜、電力線、紅外、光纖、無線等通信介質(zhì)。（一） LonWorks的技術(shù)特點(diǎn)1、功能齊全的現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn) 現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)是LonWorks總線網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分,其核心器件為神經(jīng)元芯片。該芯片即作為總線的通信處理器,又作為數(shù)

26、據(jù)采集和控制的通用處理器。通信接口MAC處理器網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)用處理器I/O接口網(wǎng)絡(luò)緩沖器應(yīng)用緩沖器芯片內(nèi)處理器與存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)晶振電源MC43150/20 Nruron1658KB E2PROM / ROMI/O電路LonWork收發(fā)器5VDC檢測控制裝置神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖2、開放式的通信協(xié)議和面向?qū)ο蟮木幊陶Z言 LonWorks使用開放式通信協(xié)議LonTalk，該協(xié)議支持OSI全部協(xié)議。 編程語言為Neuron C，由標(biāo)準(zhǔn)C語言擴(kuò)展獲得。3、完善的網(wǎng)絡(luò)管理功能 網(wǎng)絡(luò)安裝：網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的邏輯連接； 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)：增加或刪除接點(diǎn)等，以及錯(cuò)誤設(shè)備的檢測與替換； 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控：提供系統(tǒng)級(jí)的監(jiān)測和控制服務(wù)。 （二）Lo

27、nWorks的通信模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層鏈路層MAC物理層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型數(shù)據(jù)表示網(wǎng)絡(luò)變量外部幀傳輸遠(yuǎn)程傳送控制請(qǐng)求/響應(yīng)，認(rèn)證端對(duì)端傳輸應(yīng)答、非應(yīng)答，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，認(rèn)證傳輸分組地址，路由幀傳輸幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)解碼，CRC校錯(cuò)介質(zhì)訪問控制沖突避免，優(yōu)先級(jí)電氣連接介質(zhì)，電氣接口OSI模型Lon作用LON提供的服務(wù)PC其它總線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)支持雙絞線、同軸纜、電力線、紅外、光纖、無線介質(zhì)。神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)雙絞線主干通道路由器78KB/s雙絞線神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)路由器10KB/s電力線神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)路由器（三） LonWorks的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)78KB/s雙絞線四、CAN總線（Control Area Net

28、work 控制局域網(wǎng)絡(luò)） 最初由德國Bosch公司為汽車的監(jiān)測和控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。除應(yīng)用于汽車工業(yè)外，也用于過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域。 CAN總線協(xié)議也是建立在ISO/OSI參考模型基礎(chǔ)上的，取其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。通信速率最高可達(dá)10MB/s（40m），直接傳輸最遠(yuǎn)距離可達(dá)10km（5KB/s）。（一） CAN的技術(shù)特點(diǎn)1、符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898規(guī)范的CAN總線規(guī)范2.0 PARTA和PARTB。2、采用多主方式工作，通信方式靈活，可方便的構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。3、網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求?？刹捎命c(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及

29、全局廣播等方式傳送和接收數(shù)據(jù)。4、采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，大大節(jié)省了總線仲裁時(shí)間。5、采用短幀信息傳輸結(jié)構(gòu)，抗干擾能力強(qiáng)。6、具有豐富的支持器件。（二）CAN的通信模型 CAN總線只采用OSI模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù) 鏈路層LLC接收濾波，超載通知，恢復(fù)管理MAC幀編碼，介質(zhì)訪問管理，錯(cuò)誤監(jiān)測，出錯(cuò)標(biāo)定，應(yīng)答物理層位編碼/解碼，為定時(shí)，同步基于雙絞線的電氣連接模型分層內(nèi)容節(jié)點(diǎn)N1接口接口節(jié)點(diǎn)N2接口節(jié)點(diǎn)N3接口節(jié)點(diǎn)N4接口節(jié)點(diǎn)N4（現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn)）（PC機(jī)）（三） CAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)五、HART總線（Highway Addressable Rement Transducer 可尋址遠(yuǎn)程傳

30、感器高速通道） HART總線是美國Rosemount公司與1986年提出和開發(fā)的，最初主要是應(yīng)用于智能儀表系統(tǒng)，用于智能儀表的遠(yuǎn)程設(shè)定和診斷等。 由于當(dāng)時(shí)模擬儀表還在大量使用，所以，該總線設(shè)計(jì)為模擬與數(shù)字共存網(wǎng)絡(luò)，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中的過渡性協(xié)議。 HART以ISO/OSI模型為參考，使用1、2、7三層協(xié)議。最出的傳輸速率為1200B/s，通信距離最遠(yuǎn)為3000m，后來將傳輸速率提高到9600B/s。（一）HART的技術(shù)特點(diǎn)1、數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)共存 HART通信采用基于Bell202通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK（移頻鍵控）技術(shù)，在420mA模擬信號(hào)上疊加上頻率信號(hào)，支持模擬式控制系統(tǒng)和數(shù)字式

31、控制系統(tǒng)。2、支持純數(shù)字多站數(shù)字通信 在一對(duì)雙絞線上連接多臺(tái)智能儀表，電流被限制在4mA，采用雙向純數(shù)字通信模式工作。3、協(xié)議簡單，便于應(yīng)用程序開發(fā) 使用一個(gè)公用報(bào)文結(jié)構(gòu)，采用簡單的HART命令，分為通用命令、普通命令和專用命令三類。應(yīng)用層HART命令6(未使用）5(未使用）4(未使用）3(未使用）數(shù)據(jù)鏈路層HART通信協(xié)議規(guī)則物理層電氣特性、Bell-202（二）HART的通信模型1、物理層 雙絞線連接，Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK技術(shù)，頻率信號(hào),11200Hz，02200Hz。要求以上的峰-峰電壓，所以負(fù)載電阻要大于250。2、數(shù)據(jù)鏈路層（數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)）3、應(yīng)用層（HART命令） 通用命令：所

32、有設(shè)備都能識(shí)別和執(zhí)行的命令，如制造廠家、設(shè)備型號(hào)、過程變量及單位等； 普通命令：適用于大多數(shù)HART設(shè)備，如阻尼時(shí)間常數(shù)、標(biāo)定、寫過程變量單位等； 專用命令：針對(duì)各種設(shè)備的特殊命令，不要求統(tǒng)一。前導(dǎo)碼幀前定界符地址HART命令字節(jié)數(shù)設(shè)備和通信狀態(tài)數(shù)據(jù)校驗(yàn)字節(jié)（三）HART系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)三類設(shè)備：現(xiàn)場設(shè)備、基本主設(shè)備、副主設(shè)備?，F(xiàn)場儀表與副主設(shè)備均為并聯(lián)，連接點(diǎn)位置任意。支持總線供電，能滿足本質(zhì)安全防爆要求。使用模擬控制器時(shí)，只能有一臺(tái)現(xiàn)場儀表，即模擬/數(shù)字混合方式?；局髟O(shè)備或模擬控制器安全柵現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表現(xiàn)場儀表副主設(shè)備 第三節(jié) 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)一、概述 以太網(wǎng)（Ethernet）于1980

33、年由Xerox、DEC和Intel三家公司推出，并被PC機(jī)局域網(wǎng)普遍采用。 1982年，美國電氣與電子工程師協(xié)會(huì)在此基礎(chǔ)上制定了標(biāo)準(zhǔn)。后經(jīng)修訂、增補(bǔ)，于1990年被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO接受，成為。 傳輸速率：10M、100M、1000M、10G 傳輸介質(zhì)：雙絞線、光纖以太網(wǎng)的特點(diǎn)1、應(yīng)用廣泛2、通信速率高3、技術(shù)成熟4、成本低5、發(fā)展?jié)摿Υ蠖?、以太網(wǎng)用于工業(yè)現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)1、通信的實(shí)時(shí)性2、總線供電和本安性能3、互可操作性4、遠(yuǎn)距離傳輸5、網(wǎng)絡(luò)的安全性6、網(wǎng)絡(luò)的可靠性各種管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器互聯(lián)網(wǎng)管理層通用Ethernet網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)器監(jiān)控層通用Ethernet瀏覽器、操作站、高級(jí)控制器網(wǎng)關(guān)現(xiàn)

34、場層過程Ethernet交換機(jī)或網(wǎng)橋其他現(xiàn)場總線現(xiàn)場智能設(shè)備網(wǎng)關(guān)其他現(xiàn)場總線三、基于Ethernet的工控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)四、幾種典型的實(shí)時(shí)以太網(wǎng) 建立在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,通過實(shí)時(shí)擴(kuò)展提高實(shí)時(shí)性能,并能與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)無縫連接的Ethernet稱為實(shí)時(shí)以太網(wǎng)(Real Time Ethernet,簡稱RET)。按采用的技術(shù)方案，可分為四種類型：1）采用在TCP/IP之上進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的方案，如Ethernet/IP，Modbus/TCP等。2）采用經(jīng)優(yōu)化處理和提供旁路實(shí)時(shí)通道的通信協(xié)議模型的方案，如PROFINET V2，Modbus-IDA等。3）采用集中調(diào)度提高實(shí)時(shí)性的方案，如EPA，PROFINET V

35、3、Power Link等4）采用類似Interbus總線“集總幀”通信方式和在物理層使用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提升以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性的方案，如Ethernet CAT。1、Ethernet/IP 由ControlNet國際組織CI、工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)IEA和開放的DeviceNet供應(yīng)商協(xié)會(huì)ODVA等共同開發(fā)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 Ethernet/IP在標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議之上，利用固定的以太網(wǎng)硬件和軟件，為配置、訪問和控制工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備定義了一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議基于控制和信息協(xié)議（CIP）1) Ethernet/IP通信協(xié)議模型封裝/解包TCP / UDPIP以太網(wǎng)媒體訪問控制(CSMA/CD)以太網(wǎng)物理層 CIP報(bào)

36、文路徑: 鏈接管理CIP數(shù)據(jù)管理服務(wù): 顯性報(bào)文或 I/O報(bào)文 CIP應(yīng)用: 應(yīng)用對(duì)象庫物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層 用戶設(shè)備行規(guī)CIP公共規(guī)范TCP/IP協(xié)議組數(shù)據(jù)鏈路和物理層2) CIP通信系統(tǒng) CIP可以傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) EtherNet/IP在IEEE 1588精確時(shí)間同步協(xié)議基礎(chǔ)上，制定了CIPsync標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高了實(shí)時(shí)性，同步精度準(zhǔn)確到微秒級(jí)。(1)交換基本I/O數(shù)據(jù)和PLC類信息等 CIP用UDC/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，以簡單的主從方式處理。(2)上傳和下載參數(shù)與設(shè)定點(diǎn)，趨勢數(shù)據(jù)傳輸?shù)?屬于實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)量較大的通信任務(wù)，CIP用TCP/IP實(shí)現(xiàn)這類任務(wù)。(3)可以處

37、理輪詢、周期（循環(huán)）和事件驅(qū)動(dòng)(4)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和廣播通信 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)上的典型設(shè)備有主機(jī)、PLC、HMI、I/O設(shè)備等，典型的EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，多組設(shè)備連接到一個(gè)交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。 EtherNet/IP現(xiàn)場設(shè)備具有內(nèi)置的Web Server功能，支持眾多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 3) Ethernet/IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交換機(jī)I/OPLCPLCSLCPLC交換機(jī)交換機(jī)監(jiān)控站MIS通信組件操作員站工程師站PLCPLCPLCControl NetEthernet/IP2、PROFINET PROFINET實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)是由PI組織提出的基于以太網(wǎng)的自動(dòng)化

38、標(biāo)準(zhǔn)。 1）PROFINET的通信系統(tǒng) PROFINET提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通信通道和兩類實(shí)時(shí)通信通道。 標(biāo)準(zhǔn)通信通道是使用TCP/IP協(xié)議的非實(shí)時(shí)通道，主要用于設(shè)備參數(shù)化、組態(tài)和讀取診斷數(shù)據(jù)等。一般響應(yīng)時(shí)間在幾十毫秒。 實(shí)時(shí)通信通道的SRT （Software RT）是軟件實(shí)時(shí)方案，主要用于過程數(shù)據(jù)的高性能循環(huán)傳輸、事件控制的信號(hào)和報(bào)警信號(hào)等。這里采用旁路技術(shù)（旁路第3和第4層）及報(bào)文優(yōu)先級(jí)分級(jí)等（最多分7級(jí)）。一般響應(yīng)時(shí)間在幾毫秒。 實(shí)時(shí)通信通道的IRT （Isochronous Real-Time）是等時(shí)同步的ASCI芯片方案，用于傳輸對(duì)時(shí)間要求特別嚴(yán)格的數(shù)據(jù)，如運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用等。響應(yīng)時(shí)間小于1毫

39、秒。2）PROFINET通信協(xié)議模型IT應(yīng)用 HTTP SNMP DHCPPROFINET應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)TCP/UDP實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換器 ASIC 以太網(wǎng)SRTIRT實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)IP3）PROFINET系統(tǒng)結(jié)構(gòu)FD現(xiàn)場交換機(jī)現(xiàn)場交換機(jī)車間級(jí)交換機(jī)工廠級(jí)交換機(jī)FDFDFDFDFDFDFDFD現(xiàn)場交換機(jī)車間級(jí)交換機(jī)FD現(xiàn)場設(shè)備3、EPA EPA（Ethernet for Plant Automation）為我國擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 EPA由兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，即過程監(jiān)控級(jí)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)。 1）EPA的通信系統(tǒng) 為提高網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性， EPA對(duì)協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行了擴(kuò)展，增加了一個(gè)EPA通

40、信調(diào)度管理實(shí)體EPA-CSME。 EPA-CSME支持完全基于CSMA/CD的自由競爭通信調(diào)度和基于分時(shí)發(fā)送的確定性通信調(diào)度。2）EPA通信協(xié)議 模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層ISO/OSI模型用戶層 用戶應(yīng)用進(jìn)程HTTP、FTP、DHCP、SNCP、SNTP、SNMP、EPA應(yīng)用層規(guī)范、EPA管理功能塊未使用未使用TCP/UDPIP實(shí)時(shí)通信調(diào)度接口IEEE 802.3/IEEE 802.11/IEEE 802.15EPA模型3）EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)EPA變送器工程師站以太網(wǎng)交換機(jī)操作員站EPA現(xiàn)場控制器EPA現(xiàn)場控制器EPA現(xiàn)場控制器EPA-HUBEPA-HUBEPA-HUBE

41、PA變送器EPA變送器EPA執(zhí)行器EPA變送器EPA變送器EPA執(zhí)行器現(xiàn)場設(shè)備層監(jiān)控層控制區(qū)域1控制區(qū)域2控制區(qū)域n 第四節(jié) 智能變送器與執(zhí)行器一、智能變送器的特點(diǎn) 智能變送器中帶有微處理器，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能?？刹捎脧?fù)合傳感器，增加校正功能。 1）測量精度高，誤差小。 2）具有較寬的零點(diǎn)遷移范圍和較大的量程比。 3）可帶溫度、靜壓補(bǔ)償（差壓變送器用）和非線性校正（溫度變送器用）。 4）輔助功能增強(qiáng)（顯示、報(bào)警、診斷等）。 5）可輸出模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)（通信功能）。 6）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程組態(tài)、校準(zhǔn)（含盲校）。A/D轉(zhuǎn)換器 溫度傳感器 差壓傳感器傳感器組件存儲(chǔ)器微處理器 *傳感器線性化 *溫度補(bǔ)償

42、 *阻尼調(diào)整 *工程單位設(shè)定 *診斷 *通信電子組件存儲(chǔ)器 *范圍值 *變送器配置D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字通信傳感器組件電子組件本地量程和零點(diǎn)調(diào)整HART型P+P-二、智能差壓變送器3051C HART3051CFF結(jié)構(gòu)功能示意圖基金會(huì)現(xiàn)場總線功能塊： AI、PID、 特性化模塊基金會(huì)現(xiàn)場總線兼容的通信棧資源塊：物理設(shè)備信息 轉(zhuǎn)換器塊： 傳感器線性化重設(shè)量程阻尼診斷工程單位溫度補(bǔ)償模擬到數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換壓力輸入檢測部件電子部件SITRANS P系列差壓變送器傳感器存儲(chǔ)器ADCDA調(diào)制解調(diào)器存儲(chǔ)器電流信號(hào)接電流表調(diào)整鍵CJCA/D轉(zhuǎn)換器輸入微處理器PSUD/A轉(zhuǎn)換及輸出放大器輸出微處理器PSU光電隔離（信號(hào)

43、隔離）變壓器隔離（供電隔離）通信接口二線制輸出及電源端子熱電偶、熱電阻輸入端子電源單元冷端補(bǔ)償三、智能溫度變送器輸入放大器3244MVF溫度變送器 FF功能塊： AI1、AI2、AI3PID1、PID2ISEL、 特性化模塊基金會(huì)現(xiàn)場總線兼容的通信棧資源塊：物理設(shè)備信息 轉(zhuǎn)換器塊： 傳感器1溫度傳感器2溫度溫差端子溫度診斷工程單位冷端溫度補(bǔ)償A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換傳感器1傳感器2電子部件三、智能閥門定位器 智能閥門定位器是數(shù)字式執(zhí)行器的重要組件,它既具有傳統(tǒng)閥門定位器的基本功能，又具備數(shù)字通信和PID運(yùn)算能力 。 SIPART PS2 智能電氣閥門定位器 可選擇配直行程和角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式。可選擇接收

44、疊加了HART信號(hào)的420mA直流電流，也可選擇接收符合Profibus-PA或FF總線協(xié)議的數(shù)字信號(hào) 。 功能及工作原理 定位器可由用戶設(shè)定非線性補(bǔ)償特性，自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)和量程的設(shè)定，具備豐富的診斷功能，能夠提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制閥的多項(xiàng)重要信息，如行程、報(bào)警計(jì)數(shù)、閥門極限位置、閥門定位時(shí)間等 。 微處理器對(duì)給定值和位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，若存在偏差，則向壓電閥輸出一個(gè)電控指令，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的空氣量。偏差很大時(shí)，定位器輸出連續(xù)信號(hào)；偏差稍小,輸出連續(xù)脈沖；偏差很小則不輸出控制指令 。SIPART PS2 閥門定位器結(jié)構(gòu)原理圖 氣源放空放空單作用執(zhí)行器雙作用執(zhí)行器1主板2顯示與按鍵單元3，

45、4壓電閥單元5二線制420mADC位置反饋信號(hào)模塊6報(bào)警模塊7限位開關(guān)報(bào)警模塊8，9氣動(dòng)執(zhí)行器第五節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)一、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場智能儀表、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和通信纜，以及網(wǎng)絡(luò)管理、通信軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件等。1、現(xiàn)場智能儀表(設(shè)備） 現(xiàn)場智能儀表作為現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的智能節(jié)點(diǎn)，應(yīng)具有測量、計(jì)算、控制、通信等功能，通常是智能變送器、智能執(zhí)行器、PLC等。 2、監(jiān)控計(jì)算機(jī) 監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以有一臺(tái)或多臺(tái)，用于智能儀表的登錄、組態(tài)、診斷、監(jiān)控與操作等。3、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備是現(xiàn)場總線之間及總線與節(jié)點(diǎn)之間的連接橋梁，包括通信控制器或接口卡、集線器（HUB）

46、、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)等。4、監(jiān)控系統(tǒng)軟件 監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理、通信和組態(tài)軟件。 操作系統(tǒng)大多采用Windows系列軟件（如Windows NT、Windows XP Professioal） 網(wǎng)絡(luò)管理軟件的作用是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的加入、刪除、測試、診斷以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的建立與維護(hù)等。 通信軟件的功能是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場控制儀表之間的信息交換。 組態(tài)軟件用于開發(fā)用戶應(yīng)用程序。包括現(xiàn)場儀表和控制器組態(tài)及操作站監(jiān)控界面組態(tài)等?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成示意圖監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信控制器智能變送器智能執(zhí)行器智能變送器智能執(zhí)行器PLC網(wǎng)關(guān)其它總線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)其它網(wǎng)段或子網(wǎng)二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)例（一）基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng) Delta V 系統(tǒng)開放、模塊結(jié)構(gòu)、配置靈活、擴(kuò)展方便。選用不同的I/O卡, 可連接符合總線標(biāo)準(zhǔn)的多種現(xiàn)場設(shè)備。 硬件安裝簡單、快捷。采用即插即用技術(shù)，可帶電插拔，維護(hù)方便。 本安I/O卡、集成隔離安全柵、IO卡件的每個(gè)通道均與現(xiàn)場隔離，系統(tǒng)可靠性高。 軟件功能豐富、多樣。具有資源管理器、圖形界面設(shè)計(jì)、先進(jìn)控制軟件、數(shù)據(jù)庫管理和設(shè)備管理系統(tǒng)。 支持OPC標(biāo)準(zhǔn)，Delta V可方便地與廠內(nèi)局域網(wǎng)連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu): 包括工作站、通信網(wǎng)絡(luò)、控制器及I/O卡件, 支持FF、H