現(xiàn)場總線技術及其應用

現(xiàn)場總線技術及其應用報告人：劉暾東單位：廈門大學自動化系1提綱索引現(xiàn)場總線技術簡介現(xiàn)場總線在煤化工控制領域中的應用現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用現(xiàn)場總線在配電自動化中的應用現(xiàn)場總線在樓宇自動化中的應用現(xiàn)場總線在智能交通領域中的應用結束語2一現(xiàn)場總線技術簡介1.

現(xiàn)場總線產(chǎn)生的歷史背景第一代工業(yè)控制體系結構(氣動信號標準：0.2～1kgf/cm2)；第二代工業(yè)控制體系結構—ACS

(電氣信號：4～20mA)；第三代工業(yè)控制體系結構—CCS(集中式控制)；第四代工業(yè)控制體系結構—DCS(分布式控制體系結構)；第五代工業(yè)控制體系結構—FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))。2.現(xiàn)場總線定義

現(xiàn)場總線是現(xiàn)場儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，主要用于工廠低層設備(傳感器及傳動裝置等)的數(shù)據(jù)通信。3一現(xiàn)場總線技術簡介3.現(xiàn)場總線主要特點 1)

系統(tǒng)可靠性高；

2)

實現(xiàn)開放式互連網(wǎng)絡；

3)

安裝與接線費用低；

4)

調節(jié)性能提高；

5)

系統(tǒng)組態(tài)簡單。4.現(xiàn)場總線國際標準化狀況

早在1985年，IEC(國際電工委員會)開始著手制訂國際性現(xiàn)場總線標準，并將此標準命名為FieldBus；之后，ISA(美國儀表學)SP50委員會也加入到此標準的制訂工作中。目前，較流行的現(xiàn)場總線主要有FF、Profibus、LonWorks、CAN、HART、P-Net等。

4一現(xiàn)場總線技術簡介5.

現(xiàn)場總線結構模型現(xiàn)場總線的模型結構在低層(1、2層)是基本相同的，在上層各現(xiàn)場總線之間的功能有所不同。IEC定義為3層，即采用ISO(國際標準化組織)的OSI所規(guī)定的7層中的3層，分別為物理層、鏈路層、應用層。

ISA/SP50委員會增加了用戶層，因此現(xiàn)場總線模型已統(tǒng)一為4層，即物理層、鏈路層、應用層和用戶層。5一現(xiàn)場總線技術簡介6二現(xiàn)場總線在煤化工控制領域中的應用

我國煤炭資源十分豐富，石油資源相對短缺，大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，是我國技術經(jīng)濟發(fā)展過程中必須采取的一項措施。在我國，中、小氮肥造氣工藝多數(shù)采用固定床間歇式造氣爐，五步循環(huán)的制氣控制直接影響煤氣的產(chǎn)量、質量及原料的消耗，長期一直受到業(yè)內(nèi)的高度重視。機械式水壓自動機單回路數(shù)字調節(jié)器、PLC和集散控制系統(tǒng)(DCS)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS

7煤氣空氣1水蒸汽2347吹風氣56各階段氣體流向示意圖

階段1234567ΟΧΧΟΟΧΧ上吹ΧΟΧΟΧΟΧ下吹ΧΧΟΧΧΟΟ二上ΧΟΧΟΧΟΧ吹凈ΟΧΧΟΧΟΧ閥門開閉情況吹風工作循環(huán)中各閥門開閉狀態(tài)

氣化層溫度將隨著空氣的加入而升高，隨著蒸氣的加入而降低，呈現(xiàn)一定規(guī)律變化，該生產(chǎn)過程被稱為一個工作循環(huán)。二現(xiàn)場總線在煤化工控制領域中的應用

8工藝流程中必須安裝足夠的閥門，通過對閥門的閉啟來控制間歇制氣工藝生產(chǎn)過程，工藝流程如下圖所示：

爐況監(jiān)測探頭灰斗燃燒室蒸總閥放空爐口上行測溫裝置爐條空層干燥層干餾層氣化層灰渣層下行測溫裝置吹風閥上氮閥上吹閥下行閥下氮]閥下吹閥上行閥蒸汽吹回閥煙囪閥煤總閥氣柜9CAN現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計

工業(yè)控制機(IPC)CAN適配器CAN總線打印機企業(yè)局域網(wǎng)InternetCAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐CAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐二現(xiàn)場總線在煤化工控制領域中的應用

10二現(xiàn)場總線在煤化工控制領域中的應用

硬件節(jié)點設計

RRCAN驅動器82C250CAN控制器SJA1000Intel16—80C196KC顯示器鍵盤報警輸出串行接口爐溫監(jiān)測探頭換向閥站調節(jié)閥常規(guī)儀表CANFieldBus11二現(xiàn)場總線在煤化工控制領域中的應用

軟件節(jié)點設計

各節(jié)點軟件具體包括以下各軟件包：

(1)RDSP-4型雷達信號處理軟件包；

(2)ZF-4S-BIOS型基本I/O管理模塊；

(3)ZF-4S-ZQC型造氣過程控制軟件包；

(4)ZF-4S-HN型氫氮比控制模塊。12二現(xiàn)場總線在煤化工控制領域中的應用

CAN現(xiàn)場總線技術應用于造氣爐控制系統(tǒng)，從根本上實現(xiàn)結構分散、信息集中、管控一體化的全新分布式控制模式；基于CAN現(xiàn)場總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將為造氣爐的高水平自動化提供強有力的技術支持。13三現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用1.

項目概述我國的鍋爐產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但運行熱效率低,浪費能源，污染環(huán)境，自動化改造的任務十分緊迫；

我國工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展大致經(jīng)過五個階段：手工控制階段；專用儀表控制階段；電動單元組合控制階段；

計算機控制階段（分布式控制系統(tǒng)DCS）；

現(xiàn)場總線控制階段。經(jīng)典的PID控制往往不易達到最佳的控制狀態(tài)采用更先進的控制策略勢在必行。14三現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用2.工藝流程簡介燃料和空氣按一定比例進入鍋爐內(nèi)燃燒，生成熱量傳給蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生飽和蒸汽，經(jīng)過過熱器使飽和蒸汽成為有一定溫度和壓力的過熱蒸汽，并且匯集到過熱聯(lián)箱，經(jīng)主氣閥供負荷設備使用；燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣除了將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，通過省煤器預熱鍋爐的給水，通過煙道引導，經(jīng)過除塵器和引風機處理，達到國家排放標準，最后通過煙囪進入大氣。153.工藝流程圖164.基于現(xiàn)場總線的鍋爐控制系統(tǒng)

175.SY-2008GL鍋爐監(jiān)控器原理框圖按鍵測溫熱電阻溫度變送器SY-2008GL監(jiān)控器一體化操作站鍵盤鼠標顯示打印中心工作站測溫熱電偶壓力變送器流量變送器液位變送器液位開關含氧量變送器顯示手動/自動切換帶手操開關伺服放大器執(zhí)行器現(xiàn)場各電氣設備報警壓力傳感器流量傳感器鍋爐現(xiàn)場控制室186.控制系統(tǒng)的技術特點由各子系統(tǒng)的計算機進行自動控制，降低了產(chǎn)品成本；

系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、精度高、維護成本低、系統(tǒng)互換性；采用現(xiàn)場總線技術，實現(xiàn)多級分層控制、集中管理、信息共享；主、輔工作站集中在中央控制室，便于設備和人員的集中管理。

三現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用19四現(xiàn)場總線在配電自動化中的應用

國內(nèi)外配電自動化的發(fā)展現(xiàn)狀

配電是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電中直接面向電力用戶的重要環(huán)節(jié)。八十年代末，配電自動化在美國等工業(yè)發(fā)達國家逐步發(fā)展起來。配電自動化的內(nèi)容大致分為四個方面：1)饋線自動化;2)用戶自動化;3)變電站自動化;4)配電管理自動化。 城市配電自動化是國家最近幾年重要的投資方向，配網(wǎng)自動化為電網(wǎng)的運行監(jiān)測、快速故障定位、故障隔離等提供了有力的保障措施。電力配電系統(tǒng)環(huán)境特殊，需要