现场总线与自动化仪表讲座.ppt

1、现场总线与自动化仪表,主讲 于海生,电话：5891064 传真：5882831 Email: ,1 工厂自动化技术,1.1 工业过程控制与自动化仪表,一、回顾,过程工程基础 过程检测及仪表技术 过程控制仪表及装置 过程控制系统,1.2 电力电子与运动控制,电力电子技术 电机及拖动技术 运动控制系统,1.4 CIMS,1.5 CIPS,1.6 控制网络,工厂供电技术 电气控制技术,1.3 工厂供电与电气控制技术,2.1 透明工厂 2.2 透明工厂整体解决方案 2.3 Internet、Intranet、Infranet2.4 透明工厂整体解决方案的主要内容2.5 拟解决的关键问题 2.6 透明工

2、厂的实现方法,2 现代自动化工厂（透明工厂 整体解决方案,二、自动化仪表,1 过程检测及仪表技术 1.1 气动 1.2 电动 1.3 智能 1.4 现场总线智能仪表,2 过程控制仪表及装置 2.1 气动 2.2 电动 2.3 智能 2.4 现场总线智能仪表,三、现场总线技术及应用,1 现场总线概述 1.1 什么是现场总线 现场总线（Fieldbus）是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、双向、串行、多点通信的数据总线。现场总线被称为21世纪工业过程控制网络标准，与控制系统和现场仪表联用组成新一代现场总线控制系统（FCS,现场总线的出现，打破了自动化系统信息孤岛的僵

3、局，为企业的控制信息和管理信息连为一体、实现企业的信息继承创造了条件。现场总线技术具有显著的优越性，可以预见，作为现场级设备互连的主流技术，现场总线最终将取代现有的模拟信号方式，对工业自动化领域将产生划时代的影响，具有重大的现实意义和深远的历史意义,1.2 现场总线构造了网络集成式全分布控制系统 1.3 现场总线底层是控制网络2 现场总线的发展背景与趋势 2.1 现场总线是综合自动化的需要 2.2 智能仪表为现场总线的出现奠定了基础 2.3 现场总线朝着开放系统、统一标准的方向发展,1984年，美国仪表学会ISA下属的标准实施SP第50组，简称ISA/SP50开始制定现场总线标准。l992年，

4、国际电工委员会IEC批准了SP50物理层标准。 1992年，由Siemens、Foxboro、Rosemount、Fisher、Yokogawa(横河、ABB等公司成立ISP组织，以德国标准PR0FIBUS为基础制定总线标准，1993年成立了ISP基金会ISPF(ISP Foundation)。 1993年，由Honeywell、Bailey等公司牵头，成立了World FIP，约有120多个公司加盟，以法国标准FIP为基础制定现场总线标准。 1994年ISP和World FIP握手言和，成立了现场总线基金会FF (Fieldbus Foundation)。现场总线基金会（FF）成立以来的工作

5、进展比较快，推动了现场总线的研究和产品开发,到1999年年底，国外已有多种现场总线网络产品发布及应用实例，目前，已形成了几种主要的现场总线产品，如德国的Profibus，法国的FIP，Bosch公司的CAN，美国Echelon公司的LONWORKS，美国ROSEMOUNT公司的HART、国际现场总线基金会的FF等。除FF的产品（处于试用阶段）外，其它都已成熟并大量推广,全球性现场总线统一标准的争论已历时13年了。现场总线既有层次差别，又有行业来由，更有相关企业的巨大商业利益，可想统一国际标准决非易事。从目前的情况看，工业上还没有一种现场总线能覆盖所有的应用面，多种现场总线并存的局面已经形成，企

6、图由FF一统天下的希望可能已经破灭,而企业对自动化提出了更高的要求，信息技术更是迅猛发展，法国施耐德公司率先提出了一种全新的，基于Fieldbus、Ethernet和面向对象软件技术的透明工厂整体解决方案。 近年来，国内已有不少单位正在开发应用于不同行业的现场总线产品。已有少量产品发布，如本课题组研制的CAN现场智能测控装置、北京三兴达公司的CAN，北京中机浦发工贸发展公司的Profibus, 北京康拓公司的Lonworks、浙大中控的HART等，国内目前尚没有FF产品，与国外的差距在5年以上,3 现场总线的特点与优点 3.1 现场总线系统的结构特点 3.2 现场总线系统的技术特点 3.3 现

7、场总线的优点,4 典型的现场总线 4.1 基金会现场总线(FF） 4.2 CAN 4.3 PROFIBUS 4.4 Lonworks 4.5 HART,5 基于现场总线的企业信息系统 5.1 企业信息系统的基本组成 5.2 企业信息系统的功能模型 5.3 企业信息系统的集成环境,6 MAP，TOP与现场总线 6.1 MAP，TOP的发展 6.2 MAP/TOP/Fieldbus的网络结构 6.3 LAN/ Fieldbus的网络结构,7 网络与通信基础 7.1 总线 7.2 通信、数据编码、传输方式、同步方式、多路共传 7.3 网络拓扑结构、网络传输介质、介质访问控制方式、数据交换、差错控制

8、7.4 网络互连,8 开放系统互连参考模型（ISO/OSI） 应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层,9 基于现场总线的控制系统与网络系统 9.1 FCS 9.2 企业网 Infranet Intranet Internet,四、现场总线与自动化仪表,五、系统集成技术,以太网（Ethernet）是美国施乐（Xerox）公司的Palo Alto研究中心于1975年研制成功的，并以曾在历史上表示传播电磁波的以太（Ether）来命名。实际上，以太网是一种技术规范，采用IEEE802.3定义的数据传输协议CSMA/CD，其主要特性包括：每秒10MB100MB数据传输速率，最大的站点

9、间隔为2.8公里，站点连接采用同轴电缆、光纤、双绞线，采用曼彻斯特编码的数字基带方式在电缆上传输电信号等,以太网（Ethernet）在工业自动化和过程控制领域正在迅猛增长，100MB以上数据传输速率的Ethernet已经实现。在德国举办的99 INTERKA工业过程测控技术展览会上，许多基于现场总线的FCS系统都最终连接到Ethernet，直至与Internet相连。专家们预言：种种迹象表明，Ethernet将最终到达所有的传感器和执行机构,在工业自动化领域，除了Fieldbus的发展和推广应用之外，Ethernet已经发生从被抛弃到受到优待的翻天覆地变化，关于Ethernet的种种优势吸引了自动化工程师们，阻碍使用Ethernet的屏障已经消失，对于用户来说，可能尚未意识到这一趋势。基金会现场总线FF的H1标准IEC已经批准，但是H2标准难产，Profibus的FMS也可能胎死腹中，其代替方案是选用100Mbps速率的以太网,主要原因是：以太网适配器的价格大幅度下跌；速率从最初的10 Mbps发展到100Mbps，已有超过1000Mbps的产品了；网线也已经从昂贵且难以安装的同轴电缆变化到廉价的非屏蔽的双绞线，这些进步不仅大大减少了安装费用，而且还提供了工业环境所需要的抗噪声和隔离。还有如使用电话线和无线局域网的用于低成本家庭网络的芯片正在开发之中，它可以