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文档简介

现场总线技术学习报告自动化111班38号黄小华1. 现场总线的定义所谓现场总线,按照国际电工委员会IEC61158的定义,是指安装在翩造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线。以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场控制系统(FCS)。现场总线与传统的控制方式的显著区别在于其通讯方式的不同。现场总线是用于智能化现场设备和基于微处理器的控制室自动化系统间的全数字化、多站总线式的双向多信息数字通讯的通讯规程。是互相操作以及数据共享的公共协议。可以认为现场总线是通信总线在现场设备中的延伸。允许将各种现场设备。如变送器、调节阀、基地式控制器、记录仪、显示器、PLC及手持终端和控制系统之间,通过同一总线进行双向多变量数字通讯。2. 现场总线的发展历史方方面面的原因,现场总线的发展经历了曲折的历史,而且至今还没有形成一致的国际标准从20世纪70年代现场总线技术就已经萌芽,并在生产现场安装使用由于现场总线技术表现出的突出优点,欧美的许多厂家为此进行了大量的工作,它们各自采用不同的方法、不同的信号标准进行产品开发结果导致了众多的智能化工业控制仪表不相兼容从用户使用的角度看,这样的状况很不利于生产的全球化发展鉴于这种情况。国际电工技术委员会(IEC)从1985年开始着手制订国际性的智能化现场设备和控制室自动化设备之间的通讯标准。并命名为Fieldbus。即现场总线然而,也就是从此之后,关于现场总线的战争开始了,一直持续至今这其中有技术上的问题,更重要的是经济的、甚至是政治上的原因这里只简单讨论其标准化的进程1985年国际电工技术委员会(IEC)制订现场总线标准,实际是后来德国的PROFIBUS与法国的FIP在技术上的争端而未达成协议与此同时,美国仪表协会(ISA)下属的标准与实施工作组的ISASP50开始制订现场总线标准但都没有达成一致统一的结果无法达成统一的协议,基于经济利益的原因,各国各大公司纷纷开发自已的产品占领市场各种现场总线标准相继产生1986年,德国推出Profibus过程现场总线标准1990年,美国Echelon公司推出LonWorks现场总线产品1992年,Siemens、Rosemount、ABB、Foxboro、Yokogawa等80家公司联合,成立ISP(InteroperableSystem Project,可互操作系统规划)协会,着手在Profibus基础上制定标准1993年。Honewell、Bailey等公司成立WorldFIP协会,有120家公司参加,以法国标准FIP(FactorInsrtumentation Protoc01)为基础制定标准1994年ISP与WorldFIP(北美部分)两大集团握手言和,成立了现场总线基金会FF(FieldbusFoundation)FF成立后,标准制定工作进展较快1996年,FF公布了低速总线H1标准,并安装了示范系统将不同厂商的符合FF规范的设备互连构成控制系统和通讯网络使H1低速总线开始步人实用阶段这十年间,现场总线的争端处于胶着状态,直到1999年6月15日,国际电工技术委员会(IEC)决定以新的思路解决争端,在经过艰苦的努力之后,2000年1月4日。IEC宣布现场总线国际标准以86 oA赞成、12反对通过,IEC一61158面世2“实际上。IEC宣布现场总线国际标准并不是一种完全意义上的统一标准。其中包含有8种不同的现场总线协议,这8种通信协议。互不兼容,距离统一标准的现场总线,还有很大距离虽然这些现场总线在功能上可以互补但如果考虑到世界上已有30多种有影响的现场总线,这也还是在统一的路程上,前进了一大步4现场总线的特点以现场的智能仪表为基础,按现场总线技术构建起来的现场总线控制系统(FCS),解决了传统控制系统一对一封闭回路、集中控制的状况,彻底将控制功能下放至现场的智能仪表,“分散控制集中监控”,具有显著的特点(1)结构简洁,易安装维护扩充系统即用一条传输线连接多台仪表,双向传输数字信号这种结构使得接线简单、安装费用低、容易维护增加现场控制设备与仪表时,只需要挂接到电缆上,无需架设新的电缆(2)高可靠性网络数据通信采用基带传输(即数字数据数字传输),数据传输速率高(为Mbits或10Mbits级),实时性好,抗干扰能力强;(3)现场级信息集成能力强现场级的智能仪表不仅可以实现传感测量、补偿计算、工程量处理与控制。而且可实现设备状态、故障、参数信息的双向传送即系统除完成远程控制。还可实现远程参数化工作,管控一体化(4)互可操作性与户用性用户可以将不同制造商的符合同一协议的不同品牌的仪表集成在一起。构成所需要的控制系统不必为集成不同品牌的产品而在硬件或软件上花费力气或者增加额外投资(5)分散控制控制功能分散在现场仪表中,通过现场仪表本身可构成控制回路,实现了彻底的分散控制,提高了系统的可靠性、自制性和灵活性,并降低了布线成本(6)系统开放现场总线是开放式互连网络,所有的技术和标准都是公开的,制造商必须共同遵守这样用户可以自由集成不同制造商的通信网络。既可同层网络互连,也可与不同层网络互连另外,用户可以极其方便地共享网络数据库总而言之,现场总线是高可靠、低成本、组态简单、可互操作性强、分散控制、方便运行。数据库一致的开放式系统3. 现场总线技术的应用领域现场总线的产生对工业的发展起着非常重要的作用,对国民经济的增长有着非常重要的影响。现场总线主要应用于石油、化工、电力、医药、冶金、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。目前国际上现有各种总线及总线标准不下二百多种。具有一定影响和已占有一定市场份额的总线有如下几种。3.1 PROFIBUS现场总线1996年3月15日批准为欧洲标准,即DIN 50170 V.2。PROFIBUS产品在世界市场上已被普遍接受,市场份额占欧洲首位,年增长率25%。目前支持PROFIBUS标准的产品超过1500多种,分别来自国际上250多个生产厂家。在世界范围内已安装运行的PROFIBUS设备已超过200万台,到1998年5月,适用于过程自动化的PROFIBUS-PA仪表设备在19个国家的40个用户厂家投入现场运行。1985年组建了PROFIBUS国际支持中心;1989年12月建立了PROFIBUS用户组织(PNO)。目前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织,企业会员近650家。1997年7月组建了中国现场总线(PROFIBUS)专业委员会,并筹建现场总线PROFIBUS产品演示及认证的实验室。PROFIBUS主要应用领域有:.制造业自动化:汽车制造(机器人、装配线、冲压线等)、造纸、纺织。.过程控制自动化:石化、制药、水泥、食品、啤酒。.电力:发电、输配电。.楼宇:空调、风机、照明。.铁路交通:信号系统3.2 FF现场总线1994年由ISP 基金会和World FIP(北美)两大集团合并成立FF基金会,其宗旨在于开发出符合IEC和ISO标准的、唯一的国际现场总线(Fundation Fieldbus)。低速总线(H1)协议已于1996年发表。已完成开发的高速总线(H2)拟于1998年内发表。1997年5月建立了中国现场总线(FF)专业委员会,并筹建FF现场总线产品认证中心。目前,FF现场总线的应用领域以过程自动化为主。如:化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。3.3 LONWORKS总线LONWORKS现场总线全称为LONWORKS NetWorks,即分布式智能控制网络技术,希望推出能够适合各种现场总线应用场合的测控网络。目前LONGWORKS应用范围广泛,主要包括工业控制、楼宇自动化、数据采集、SCADA系统等。国内主要应用于楼宇自动化方面。3.4 CANBUS现场总线CANBUS现场总线已由ISO/TC22技术委员会批准为国际标准IOS 11898(通讯速率小于1Mbps)和ISO 11519(通讯速率小于125Kbps)。CANBUS主要产品应用于汽车制造、公共交通车辆、机器人、液压系统、分散型I/O。另外在电梯、医疗器械、工具机床、楼宇自动化等场合均有所应用。3.5 WorldFIP现场总线9091年FIP现场总线成为法国国家安全标准。96年成为欧洲标准(EN 50170 V.3)。下一步目标是靠近IEC标准,现在技术上已做好充分准备。WorldFIP国际组织在北京设有办事处,即WorldFIP中国信息中心,负责中国的技术支持。WorldFIP现场总线采用单一总线结构来适应不同应用领域的需求,不同应用领域采用不同的总线速率。过程控制采用31.25Kbit/s,制造业为1M bit/s,驱动控制为1-2.5Mbit/s。采用总线仲裁器和优先级来管理总线上(包括各支线)的各控制站的通信。可进行1对1、1对多点(组)、1对全体等多重通信方式。在应用系统中,可采用双总线结构,其中一条总线为备用线,增加了系统运行的安全性。WorldFIP现场总线适用范围广泛,在过程自动化、制造业自动化、电力及楼宇自动化方面都有很好的应用。3.6 P-NET现场总线P-NET现场总线筹建于己于1983年。1984年推出采用多重主站现场总线的第一批产品。1986年通信协议中加入了多重网络结构和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口产品。1987年P-NET标准成为开放式的完整标准,成为丹麦的国家标准。1996年成为欧洲总线标准的一部分(EN 50170 V.1)。1997年组建国际P-NET用户组织,现有企业会员近百家,总部设在丹麦的Siekeborg,并在德国、英国、葡萄牙和加拿大等地设有地区性组织分部。P-NET现场总线在欧洲及北美地区得到广泛应用,其中包括石油化工、能源、交通、轻工、建材、环保工程和制造业等应用领域。现场总线技术的发展前景现场总线做为一种新的控制系统,目前在一些工业装置、楼宇智能化等方面得到了广泛的应用,其结果显示出巨大的发展前景.在国际上,各大自动化仪表公司和自动化厂商竞相采用现场总线,使其在智能化、网络化方面得以快速发展,适应了工业生产自动化的需要。由于其FCS系统的先进性,它将影响今后几十年内自动控制技术的发展,FCS将成为自动控制系统的主流。现场总线技术的学习心得现场总线技术这门课程涉及的内容比较丰富,总线种类繁多,新技术不断涌现,应用领域广泛,所以学习这门课程的必要性不言而喻。现场总线技术这门课程的学习很大程度上受到了教材的局限。对于技术性类课程,课本局限性比较大,不利于学生的学习。因为技术性知识发展变化快。对于如何更好的学习现场总线技术这们课程,在老师的角度,我觉得主要在于丰富教学内容。随着信息技术进入教学领域,几乎所有高校的老师都实行了多媒体教学,幻灯片内容基本呈现课本内容,或者受到教学大纲的要求限制,导致很多老师不去扩展教学内容。技术性课程如果没有实际的案例分析和实际的操作,教学内容很容易空洞化,同学们很容易陷入“空对空”的被动局面。老师在上面讲协议结构协议原理、协议器件接口,但是我们学生只是以“茫然”的表情面对老师,面对多体,最多能懂些基本概念。所以学好这门课,第一关键在于课程讲解的丰富性上,老师应该不应让这门课程的讲解停留在空乏的理论层面,不能只讲解一下课本的理论知识,应该与实际相结合,多举实例,让学生感受的这么技术,这们课程的重要性。空乏的理论只会让学生感到疲惫,只有丰富的讲解才会吸引学生。站在学生的角度来思考。要学好现场总线技术这门课程。首先要做的课前预习,课后复习,同时上课要认真听讲。遇到不懂的地方要及时的向老师提出疑问,及时解决。想要学好这门课程,光靠课堂的学习,是远远不够的,课余时间学习应主动利用网络、图书馆等媒介了解这门课程在实际生活中的运用,了解这门技术在当今社会的最新发展状况。同时多去运用这门技术,在实验课的时候应认真完成相应的课程设计,把握好课程实验的机会与时间,认真理解运用课堂学到的理论知识。同时,如果完全自由的让学生去学好一门课程是不太现实的。但是完全由一场单纯的理论知识考试来判断学生对一门课程的学习情况,这是非常不利于学生对这么课程的学习。所以,我觉得一门课程考核方式的多样化是对学生学好这门课程事非常有必要的。建立了多样性的考核办法,让它成为一种综合能力表现,通过学生平时成绩(主动性表现、探索性表现、创新性表现)、卷面成绩(基本开卷考试)、小组报告成绩(培

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