第4章 現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)

第4章現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)周鳴爭安徽工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院1安徽工程大學(xué)研究生課程主要內(nèi)容1概述2現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)3FCS的軟件結(jié)構(gòu)4FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)5FCS的布線與安裝6FCS的發(fā)展趨勢(shì)2安徽工程大學(xué)研究生課程1概述

第4章現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)3安徽工程大學(xué)研究生課程1現(xiàn)場(chǎng)總線的定義

應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行數(shù)字通信的總線，也有把它稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

現(xiàn)場(chǎng)總線是工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的代名詞，是測(cè)控領(lǐng)域的通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要組成部分。它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題，所以現(xiàn)場(chǎng)總線既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是自控網(wǎng)絡(luò)。

概述4安徽工程大學(xué)研究生課程（1）ISASP50（美國儀表協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的定義

—現(xiàn)場(chǎng)總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路，它溝通了過程控制領(lǐng)域的基本控制設(shè)備（即場(chǎng)地級(jí)設(shè)備）之間以及與更高層次自動(dòng)控制領(lǐng)域的自動(dòng)化控制設(shè)備（即車間級(jí)設(shè)備）之間的聯(lián)（2）國際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)FF的定義

—現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(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)概述5安徽工程大學(xué)研究生課程現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)特征—現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)—現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)—互操作性—分散功能塊—通信線供電—開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)概述6安徽工程大學(xué)研究生課程概述7安徽工程大學(xué)研究生課程概述2發(fā)展歷程：

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的開發(fā)始于20世紀(jì)80年代但對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)之熱是近年之舉。與PLC同時(shí)出現(xiàn)的Culter-Hammer推出的DirectrolGeneralElectric的GeniusI/OPhoenix的Interbus-S，TURCK的Sensoplex丹麥ProcessData公司83年推出的P-Net；德國Siemens公司84年推出的Profibus(ProcessFieldbus的簡稱)法國Alstom公司87年推出的FIP(FactoryInstrumentationProtocol)等都屬于早期推出且至今仍有較大影響的總線技術(shù)8安徽工程大學(xué)研究生課程概述

今年來，歐洲、北美、亞洲的許多國家都投入巨額資金與人力進(jìn)行研究開發(fā)。已經(jīng)形成了各式各樣的企業(yè)、國家、地區(qū)、及國際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，已出現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線一百多種，其中宣稱為開放型總線的就有40多種。由于行業(yè)、地域、經(jīng)濟(jì)利益等多種原因，本應(yīng)是唯一的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、開放互連的控制通信網(wǎng)絡(luò)，目前情況卻是在不同領(lǐng)域形成多個(gè)頗具影響力的總線標(biāo)準(zhǔn)。9安徽工程大學(xué)研究生課程

概述3現(xiàn)場(chǎng)總線組織現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（FieldbusFoundation）LonMark協(xié)會(huì),Profibus協(xié)會(huì)，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)IEA（IndustrialEthernetAssociation），工業(yè)自動(dòng)化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟IAONA（IndustrialAutomationOpenNetworkAlliance）SocietyofAutomotiveEngineers（SAE）10安徽工程大學(xué)研究生課程4現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織：IEC和ISO（1）IEC/TC65負(fù)責(zé)測(cè)量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的SC65C/WG6，是最先開始現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)化工作的組織它于1984年就開始著手總線標(biāo)準(zhǔn)的制定，致力于推出世界上單一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，也因此而歷經(jīng)坎坷，歷經(jīng)了16年的艱難歷程，出現(xiàn)了波及全球的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)大戰(zhàn)。IEC61158-2誕生于1993年，之后的標(biāo)準(zhǔn)制定就陷于混亂。2000年初宣布，IEC現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)子集有八種：IEC61158；

ControlNet；Profibus；P-Net；HighSpeedEthernet；NewcomerSwiftNet；WorldFIP；

Interbus-S概述11安徽工程大學(xué)研究生課程（2）最早成為國際標(biāo)準(zhǔn)的是CAN，它屬于ISO標(biāo)準(zhǔn)：ISO11898（3）IEC/17B為負(fù)責(zé)制定低壓開關(guān)裝置與控制裝置用控制設(shè)備之間的接口標(biāo)準(zhǔn)的組織,已通過的IEC62026國際標(biāo)準(zhǔn)包括：第2部分ASI、第3部分DeviceNet、第4部分智能分布式系統(tǒng)SDS（SmartDistributedSystem）、第5部分Seriplex（4）其它有實(shí)力、有發(fā)展前景的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)；LonWorks；Modbus；藍(lán)牙、無線局域網(wǎng)；消費(fèi)電子總線CEBus；光總線等；（過渡型總線HART）概述12安徽工程大學(xué)研究生課程5特點(diǎn)（1）技術(shù)特點(diǎn)

—系統(tǒng)的開放性—互操作性和互用性—系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性—對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性—一對(duì)N結(jié)構(gòu)—可控狀態(tài)—互換性—綜合功能—統(tǒng)一組態(tài)概述13安徽工程大學(xué)研究生課程（2）優(yōu)點(diǎn)—節(jié)省硬件數(shù)量與投資—節(jié)省安裝費(fèi)用—節(jié)省維護(hù)開銷—用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)—提高了信號(hào)的測(cè)量、控制和傳輸精度概述14安徽工程大學(xué)研究生課程2現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)

第4章現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)15安徽工程大學(xué)研究生課程1定義

現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)亦稱現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem,FCS），是由現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成的控制系統(tǒng)，這是繼電式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS后的新一代控制系統(tǒng)。2組成（1）從物理結(jié)構(gòu)來看，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)有兩個(gè)主要組成部分：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和傳輸介質(zhì)，其中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由現(xiàn)場(chǎng)微處理芯片及外圍電路構(gòu)成，傳輸介質(zhì)可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖等（2）現(xiàn)場(chǎng)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，如總線型、環(huán)型、樹型、星型、菊花鏈型等現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)16安徽工程大學(xué)研究生課程現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)17安徽工程大學(xué)研究生課程現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)（3）從系統(tǒng)層次看FCS由以下部分組成控制系統(tǒng)：監(jiān)控組態(tài)軟件、維護(hù)軟件仿真軟件等；測(cè)量系統(tǒng)：完成參數(shù)測(cè)量；設(shè)備管理系統(tǒng)：提供設(shè)備自身及過程的診斷、管理信息。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（4）從功能結(jié)構(gòu)上看，F(xiàn)CS由設(shè)備層、回路控制層、現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化控制層和現(xiàn)場(chǎng)管理層組成。18安徽工程大學(xué)研究生課程現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)操作站模擬量輸出功能塊控制功能塊H1現(xiàn)場(chǎng)總線差壓變送器模擬量輸入功能塊PIDI10…...AOI10AI110H1H1網(wǎng)橋H2現(xiàn)場(chǎng)總線…….現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器LAN（局域網(wǎng)）FCS結(jié)構(gòu)19安徽工程大學(xué)研究生課程現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)3現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的類型（1）臨時(shí)設(shè)備工作在現(xiàn)場(chǎng)總線上的設(shè)備，占用一個(gè)地址。（2）靜態(tài)塊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包含功能塊應(yīng)用的設(shè)備，占用一個(gè)永久地址。（3）靜態(tài)塊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有靜態(tài)塊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能，同時(shí)有對(duì)功能塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)安裝或刪除的能力。（4）接口設(shè)備完成設(shè)備之間的接口功能，不包含功能塊應(yīng)用進(jìn)程。（5）監(jiān)視設(shè)備監(jiān)聽數(shù)據(jù)傳送不能向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)。20安徽工程大學(xué)研究生課程4現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議—現(xiàn)場(chǎng)總線一般采用國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）協(xié)議，OSI協(xié)議是為計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)而制定的7層參考模型，只要網(wǎng)絡(luò)中所有要處理的要素都是通過共同的路徑進(jìn)行通信的，那么不管它是不是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都可以使用該協(xié)議—各廠家在實(shí)際制定自己的通信協(xié)議時(shí)，往往依據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同，僅實(shí)現(xiàn)該7層協(xié)議的子集現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)21安徽工程大學(xué)研究生課程現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)—現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議有如下要求：

通信介質(zhì)的多樣性：支持多種通信介質(zhì)，以滿足不同現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求。實(shí)時(shí)性：信息的傳輸不允許有較大時(shí)延或時(shí)延的不確定性。信息的完整性、精確性：要確保通信質(zhì)量?？煽啃裕壕邆淇垢鞣N干擾的能力和完善的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力?？苫ゲ僮餍裕翰煌圃焐讨圃斓默F(xiàn)場(chǎng)儀表可在同一總線上互相通信和操作。數(shù)字特征：數(shù)據(jù)在各設(shè)備間以及網(wǎng)絡(luò)上以0或1的數(shù)字信息串行地進(jìn)行傳輸。22安徽工程大學(xué)研究生課程3FCS的軟件結(jié)構(gòu)

第4章現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)23安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的軟件結(jié)構(gòu)1FCS軟件的組成

FCS軟件一般包含有實(shí)施時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)軟件（通信組態(tài)、控制組態(tài)、監(jiān)控軟件）維護(hù)軟件仿真軟件現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理軟件24安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的軟件結(jié)構(gòu)2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫作為其它應(yīng)用軟件平臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制器和數(shù)據(jù)收集器，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀寫、管理、歸檔和維護(hù)。3組態(tài)軟件組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，擁有豐富的工具箱、圖庫和操作向?qū)?，使系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體的計(jì)算機(jī)語言，只需通過可視化的組態(tài)方式，就可完成控制策略的設(shè)計(jì)。已成為監(jiān)控系統(tǒng)主要的軟件開發(fā)工具之一。以控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，配以成熟的組態(tài)軟件，是目前控制領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。25安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的軟件結(jié)構(gòu)

FCS組態(tài)包括硬件和軟件組態(tài)。硬件組態(tài)包括操作員站的選擇及硬件配置、控制站的選擇等；軟件組態(tài)包括基本配置組態(tài)和應(yīng)用軟件組態(tài)。基本配置組態(tài)是給系統(tǒng)一個(gè)配置信息；應(yīng)用軟件組態(tài)包括控制策略組態(tài)和控制算法組態(tài)。系統(tǒng)監(jiān)控軟件組態(tài)的任務(wù)就是完成應(yīng)用軟件的組態(tài)。

（1）控制策略組態(tài)的功能◆提供多種器件庫以及圖形控制和功能組件（如PID等）；◆可組態(tài)各種顯示功能；完成信息的顯示、記錄與處理◆創(chuàng)建畫面，提供友好的人機(jī)界面。26安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的軟件結(jié)構(gòu)（2）控制算法組態(tài)其組態(tài)方法是把用戶常用的一些算法，編成一個(gè)個(gè)功能模塊存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，用戶根據(jù)需要從模塊庫中選取所需的功能模塊和連接線，構(gòu)成系統(tǒng)的控制回路?？刂扑惴ńM態(tài)在用戶編輯完成系統(tǒng)的控制回路后，在進(jìn)行編譯生成相應(yīng)的組態(tài)目標(biāo)文件，即執(zhí)行信息文件。把該文件讀入內(nèi)存，即可在控制站上運(yùn)行。因此，算法模塊編寫的是否合理，以及編譯器的功能是否完善都影響到系統(tǒng)性能。27安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的軟件結(jié)構(gòu)4監(jiān)控系統(tǒng)軟件（1）功能◆提供系統(tǒng)的人機(jī)接口◆構(gòu)成工業(yè)過程的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作與監(jiān)控。◆實(shí)現(xiàn)與信息管理網(wǎng)絡(luò)的互連?！魧?shí)時(shí)趨勢(shì)顯示與事件報(bào)警。（2）組成◆組態(tài)開發(fā)平臺(tái)軟件：具有流程頁面組態(tài)、動(dòng)態(tài)報(bào)表組態(tài)、工藝參數(shù)報(bào)警組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)趨勢(shì)、動(dòng)畫定義、數(shù)據(jù)顯示等。28安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的軟件結(jié)構(gòu)◆運(yùn)行平臺(tái)軟件：對(duì)組態(tài)開發(fā)平臺(tái)所產(chǎn)生的工程文件進(jìn)行解釋并執(zhí)行。◆遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件：實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程傳輸、顯示、處理與控制（如Web)29安徽工程大學(xué)研究生課程4FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)第4章現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)30安徽工程大學(xué)研究生課程1FCS軟件模塊的類型在FCS系統(tǒng)中。采用功能塊作為描述控制策略的基本方法，從用戶角度看，F(xiàn)CS中有如下三種軟件模塊：（1）功能塊：提供一個(gè)通用的結(jié)構(gòu)來規(guī)定輸入、輸出、算法和控制參數(shù)；把輸入?yún)?shù)通過這種模塊化的函數(shù)，轉(zhuǎn)化為輸出參數(shù)。實(shí)現(xiàn)基本的自動(dòng)化功能。常見的有：AI、PID、AO、AR等。（2）轉(zhuǎn)換塊：將功能塊與I/O設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行器等）隔離開來，它通過與設(shè)備獨(dú)立的接口來訪問I/O設(shè)備。將I/O數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為與I/O設(shè)備無關(guān)的表達(dá)方式。同時(shí)完成I/O數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)和線性化功能。FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)31安徽工程大學(xué)研究生課程（3）資源塊：用于定義功能塊應(yīng)用的一些硬件特性。將功能塊與實(shí)際的物理硬件隔離，提供一套與硬件參數(shù)無關(guān)的執(zhí)行過程。2功能塊的屬性（1）按信息類型分：●輸入屬性：來自操作員、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者其它功能塊輸入到本功能塊的值?！褫敵鰧傩裕罕竟δ軌K的輸出值●內(nèi)合屬性：僅在功能塊內(nèi)部所使用的，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、控制策略以及狀態(tài)表達(dá)的一組參數(shù)?！穹绞綄傩裕河糜诒磉_(dá)功能塊工作方式的屬性。FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)32安徽工程大學(xué)研究生課程（2）按存儲(chǔ)方式分：●動(dòng)態(tài)屬性：由功能塊的算法計(jì)算出來的值具有動(dòng)態(tài)屬性。這類屬性的值在斷電時(shí)不需保存，電源恢復(fù)時(shí)可重新計(jì)算?！耢o態(tài)屬性：靜態(tài)屬性的值具有確定的值。斷電時(shí)必須保存。電源恢復(fù)時(shí)重新使用?！穹且资傩裕悍且资傩缘闹凳前匆欢l率改寫的值。斷電時(shí)必須將其最新的值保存在設(shè)備中。每一個(gè)屬性都可以按照一定的數(shù)據(jù)格式在用于控制、趨勢(shì)、報(bào)警以及診斷的功能塊之間進(jìn)行傳輸。3功能塊的工作方式FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)33安徽工程大學(xué)研究生課程工作方式?jīng)Q定了功能塊由誰來控制以及進(jìn)行什么樣的控制。有時(shí)也決定了信息的處理方法和信息來源。一般有如下7種：（1）離線方式（O/S）：功能塊停止運(yùn)算。輸出保持離線前的值或者預(yù)先設(shè)置的安全值。現(xiàn)場(chǎng)總線上所有的功能塊都支持這種方式。（2）初始化手動(dòng)（Iman)：該方式下功能塊的輸出跟隨外部跟蹤信號(hào)。（3）本地超馳（LO)：應(yīng)用于控制或者輸出功能塊，以便跟蹤某一信號(hào)。在該方式下，功能塊的輸出被設(shè)置為跟蹤輸入?yún)?shù)值。FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)34安徽工程大學(xué)研究生課程

（4）手動(dòng)(Man）：功能塊的輸出不是控制算法計(jì)算出來的，而是操作員手動(dòng)設(shè)置的。

（5）自動(dòng)（Auto）：功能塊采用本身的給定值（內(nèi)給定），以及預(yù)定的控制算法來計(jì)算功能塊的輸出。本地給定值可以由操作員通過接口設(shè)備輸入。

（6）串級(jí)（Cas）：功能塊的輸出按功能塊的正常功能進(jìn)行運(yùn)算。如果該塊有給定值，那么該給定值通過功能塊連接來自另一個(gè)功能塊。在該方式下，操作員不能改變給定值。

（7）遠(yuǎn)方串級(jí)(Raas）：功能塊的輸出按功能塊的正常功能進(jìn)行運(yùn)算。如果該塊有給定值，那么該給定值來自另一個(gè)控制設(shè)備。FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)35安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)通常將需要確定功能塊所希望的工作方式稱為正常方式。而將功能塊實(shí)際所處的方式稱為實(shí)際方式。將功能塊在實(shí)際運(yùn)行時(shí)允許出現(xiàn)的方式稱為允許方式。當(dāng)將功能塊的工作方式從一種方式切換到另一種方式，則將后一種方式稱為目標(biāo)方式。目標(biāo)方式可以手動(dòng)設(shè)置也可以在運(yùn)行期間由另一個(gè)功能塊設(shè)置。目標(biāo)方式必須包含在允許方式中，否則不允許設(shè)置。初始化手動(dòng)和本地超馳方式不能設(shè)置為目標(biāo)方式。一個(gè)功能塊對(duì)象被組態(tài)時(shí)，它的默認(rèn)方式是離線方式。當(dāng)功能塊組態(tài)完成之后，最終的有效目標(biāo)方式將會(huì)被重新啟動(dòng)。36安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)輸入獲取處理算法輸出獲取執(zhí)行控制功能塊控制輸入?yún)?shù)（從其它功能塊連接過來）輸出參數(shù)（連接到其它功能塊）內(nèi)含參數(shù)事件輸入事件輸出4功能塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與連接（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)37安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的功能塊組態(tài)的實(shí)現(xiàn)（2）連接變換塊1功能塊1觀測(cè)表傳感器1趨勢(shì)對(duì)象38安徽工程大學(xué)研究生課程5FCS的布線與安裝

第4章現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)39安徽工程大學(xué)研究生課程1FCS的設(shè)計(jì)步驟（1）確定控制方案（2）根據(jù)方案選擇現(xiàn)場(chǎng)智能儀表（3）選擇總線網(wǎng)絡(luò)及器件（4）選擇開發(fā)組態(tài)軟件（5）根據(jù)控制策略，分配功能塊位置；（6）通過組態(tài)軟件完成功能塊之間的連接（7）根據(jù)功能塊的要求，確定各功能塊相應(yīng)參數(shù)（8）網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，分配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)號(hào)，決定鏈路活動(dòng)的主管（9）下載組態(tài)信息，并啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)運(yùn)行。FCS的布線與安裝40安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝2布線與安裝現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)傳輸線的電氣特性有一些特殊的要求。現(xiàn)場(chǎng)總線裝置是通過總線供電的，需要考慮如何避免電源對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸所造成的影響（1）FCS的網(wǎng)絡(luò)部件現(xiàn)場(chǎng)總線上連接的部件除了各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，還包含如下一些輔助部件：◆電源現(xiàn)場(chǎng)總線電源分為4種：41安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝●非本安的現(xiàn)場(chǎng)總線電源●電源調(diào)理器和標(biāo)準(zhǔn)電源一起使用●非本安的現(xiàn)場(chǎng)總線電源外接本安柵●本質(zhì)安全的現(xiàn)場(chǎng)總線電源用總線供電的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，應(yīng)確保有足夠的電壓驅(qū)動(dòng)配置網(wǎng)段時(shí)應(yīng)考慮以下情況：●每個(gè)設(shè)備的功耗情況；●設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的位置；●電源在網(wǎng)絡(luò)中的位置；●每段電纜的阻抗；●電源的電壓；42安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝◆電源阻抗器電源阻抗器接在電源與現(xiàn)場(chǎng)總線之間，防止電源將現(xiàn)場(chǎng)總線上的信號(hào)短路，還可以調(diào)整電源電壓，實(shí)現(xiàn)主電源與后備電源之間的自動(dòng)無擾切換?！艚K端器終端器是在現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸媒體的末端。每個(gè)網(wǎng)段有且只能有2個(gè)終端器，分別接在該段的兩端，有時(shí)一個(gè)放在電源阻抗器或安全柵中。它有兩個(gè)功能：●電流/電壓轉(zhuǎn)換●防止信號(hào)反射，提高信息傳輸可靠性。43安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝◆電纜

一般推薦使用屏蔽雙絞線。電纜的允許長度與電纜的類型有關(guān)。其中IEC/ISA物理層標(biāo)準(zhǔn)中指定的電纜類型如下表，推薦使用A、B型。電纜型號(hào)特性規(guī)格號(hào)最大長度A型屏蔽雙絞線（31.25kbs）#18AWG1900mB型多股屏蔽雙絞線H1（31.25kbs）#22AWG1200mC型非屏蔽雙絞線（31.25kbs）#22AWG400mD型多芯屏蔽線（31.25kbs）#16AWG200m44安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝（2）布線與安裝◆電纜總長度的限制這些限制主要取決于電纜的類型、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和掛接設(shè)備的數(shù)量與類型?？傞L度是指干線長度與支線長度之和。在混合使用不同電纜時(shí)一般要求：L1/L1max+L2/L2max+…+Ln/Lnmax<1PC機(jī)控制器設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備3干線支線1支線2支線3設(shè)備445安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝分支線越短越好，分支的總長度取決于分支數(shù)目和每個(gè)分支上的設(shè)備個(gè)數(shù)，建議按下表取值。設(shè)備總數(shù)1個(gè)設(shè)備/分支2個(gè)設(shè)備/分支3個(gè)設(shè)備/分支4個(gè)設(shè)備/分支25~321m1m1m1m19~2430m1m1m1m15~1860m30m1m1m13~1490m60m30m1m1~12120m90m60m30m46安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝◆網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充如果網(wǎng)絡(luò)總線長度超過1900米，使用中繼器進(jìn)行擴(kuò)充。但在任何兩個(gè)設(shè)備之間最多可以使用4個(gè)中繼器（受現(xiàn)場(chǎng)總線物理層協(xié)議中前導(dǎo)碼個(gè)數(shù)的限制），構(gòu)成5個(gè)網(wǎng)段?？傻玫?500米總長?！羝帘?、接地與極性當(dāng)使用屏蔽電纜時(shí)，要將各支線的屏蔽與干線的屏蔽連接在一起，最后集中于一點(diǎn)進(jìn)行接地。屏蔽層不能當(dāng)作電源線。在總線供電的網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)電壓是疊加在供電的直流電壓之上，應(yīng)將所有設(shè)備當(dāng)作有極性的要求，雙絞線和所有的連接點(diǎn)都應(yīng)注明極性。47安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝◆本質(zhì)安全本質(zhì)安全技術(shù)是在易燃易爆環(huán)境下使用電氣設(shè)備時(shí)保證安全的一種方法。其基本思想是限制電氣設(shè)備中的能量，使其所產(chǎn)生的電火花或發(fā)熱量不足以點(diǎn)燃易燃易爆物質(zhì)。因此現(xiàn)場(chǎng)總線需要使用專用的安全柵或電流隔離器。對(duì)本質(zhì)安全系統(tǒng)，由每個(gè)安全柵引出的現(xiàn)場(chǎng)總線只能安裝2—6臺(tái)設(shè)備電流隔離器采用了變壓器或光/電隔離器，將危險(xiǎn)場(chǎng)所的電路與地完全隔離。安全柵和電流隔離器一般是不允許安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所的位于危險(xiǎn)場(chǎng)所的終端器必須是本質(zhì)安全的，對(duì)于電纜的電氣特性都有一定的要求。48安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝◆在線安裝與拆除在拆除現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，應(yīng)注意避免總線的短路、碰屏蔽或接地。把一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在線連接到總線上，應(yīng)按照以下步驟進(jìn)行：●在工作室將設(shè)備與帶有系統(tǒng)組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)連接；●為該設(shè)備分配一個(gè)標(biāo)簽?！駥⒃O(shè)備拆下計(jì)算機(jī)，安裝到現(xiàn)場(chǎng)與正在工作的現(xiàn)場(chǎng)總線連接。●把組態(tài)下載到該設(shè)備上。啟動(dòng)工作。49安徽工程大學(xué)研究生課程FCS的布線與安裝◆實(shí)際安裝的一些要求●選擇類型恰當(dāng)、尺寸合理的電纜；●從整體上確定連接箱的位置；●合理地選擇每網(wǎng)段上的電源和終端器●盡量將同一個(gè)控制回路的設(shè)備安排在同一網(wǎng)段上；●總線網(wǎng)段或各支線網(wǎng)段不宜過長；●同一網(wǎng)段上不宜接過多的設(shè)備；●避免多級(jí)配線；●通信速度不同的設(shè)備不能連接在同一網(wǎng)段上；●非現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不允許連接在現(xiàn)場(chǎng)總線上；●在查找故障時(shí)，應(yīng)使用高阻抗的儀表。50安徽工程大學(xué)研究生課程6FCS的發(fā)展趨