现场总线介绍

现场总线介绍第1页，课件共49页，创作于2023年2月

主要内容现场总线技术的基本概念现场总线控制系统的发展和现场总线国际标准适用于过程控制领域的典型FCS简介及应用现场总线控制系统在火电厂的应用

现场总线控制系统（FCS）

第2页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线技术的基本概念现场总线的产生及定义现场总线的核心和基础现场总线的应用领域现场总线通信协议模型第3页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线的产生及定义

工业控制领域不断提高的需求：范围、规模、性能控制、管理和决策结合，信息量和实时性要求提高

4C技术（Computer、Control、Communucation、CRT）的高速发展

国际电工委员会IEC61158对现场总线定义：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的数字式、串行、多点的数据总线称为现场总线。现场总线是自动化发展的必然产物第4页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线的核心和基础不同类型的总线，其核心是不同的“总线协议”。协议的本质是“标准”。总线协议技术是系统的，有完整的硬件和软件支持，能够形成系统和产品。总线协议的标准化是实现开放、互操的前提。现场总线的核心－总线协议现场总线的基础－智能现场装置遵循统一的总线协议，实现双向数字通信。具有多种智能化功能，增加现场级的信息处理和控制能力。具有丰富的状态、诊断、参数信息。第5页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线控制系统的应用领域FCS应用的三大典型领域

(1)制造:典型是汽车制造，自动化生产线机器人的离散操作。由PLC发展到FCS(2)物业：楼宇自动化，节点多达32,385，无主从，各节点对等，但节点间传递信息量较低

(3)过程控制：石化、发电等，模拟量监控技术复杂、安全性高。由DCS发展到FCS

第6页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线控制系统的应用领域不同领域对FCS的要求不同

(1)模拟连续类：基本测控对象流量、温度、料位、压力等变化缓慢，不要求快速响应时间，但要求复杂的模拟量处理能力。防爆的本安性能。如从仪表行业发展起来的FF标准H1总线。

(2)数字分立动作类：需有快速巡回检测和快速控制的能力，快速响应时间。如从PLC发展的Profibus-DP(3)大数量节点大阵列类：以上2类节点不超过300，此类节点要在30000以上，完全分散。

第7页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线通信协议模型协议分层：大多数网络软件按分层结构组织。网络体系结构是指划分层次、每层功能、层间接口及相同层次通信的协议。ISO7498标准的OSI分层模型：ISO－OSI标准用于信息技术和邮电通信的国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI）七层参考模型第一层：物理层第二层：数据链路层第三层：网络层第四层：传送层第五层：会话层第六层：表示层第七层：应用层第8页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线通信协议模型现场总线通信协议模型：在ISO－OSI模型的基础进行简化，并增添面向用户的第8层－用户层第9页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线通信协议模型物理层：提供机械、电气、功能性和规程性的位流传输

通信速率－32.25kb/s、1Mb/s、2.5Mb/s、12Mb/s等现场总线段的现场装置数现场总线的导线媒体和长度：双绞线、同轴电缆、光纤

数据链路层：提供媒体送取控制和逻辑链路控制

通信“交通管理”：令牌、主从、非调度/非周期通信收/发帧管理：对帧信号的控制，检验传输差错（海明码等）实现通信的实时性、确定性和优先级管理

第10页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线通信协议模型应用层：提供应用、应用管理和系统管理的分布式信息服务

主要有通信功能、特殊功能以及管理控制功能用户层：提供现场智能装置控制功能和互操作性

标准功能块（FB）：为现场智能装置提供的AI、AO、PID等装置描述（DD）：类似于装置的驱动软件，允许不同厂商的装置连在同一现场总线实现互操。有EDDL和FDT/DTM两大类描述方法。目前这两种标准有统一的议向。第11页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线控制系统的发展和现场总线的国际标准现场总线的国际发展概况和趋势IEC国际标准的16类型现场总线第12页，课件共49页，创作于2023年2月现场总线的国际发展概况和趋势现场总线的标准化进程

漫长的国际标准制定过程（16年），已产生了妥协和折衷性质的IEC61158现场总线国际标准，2000年包含了8种类型的现场总线。到2007年11月增加到16类，其中包括中国自主研发的EPA现场总线标准。国际著名现场总线组织基金会现场总线FF：美国公司为主的国际性组织Profibus组织：德国和欧洲国公司为主的国际性组织WorldFIP组织：法国、北美等国公司为主的国际性组织ControlNet组织：由ROCKWELL公司牵头的国际性组织第13页，课件共49页，创作于2023年2月适用于过程控制的FCS简介及应用适用于电厂过程控制的现场总线基金会（FF）现场总线Profibus现场总线及应用第14页，课件共49页，创作于2023年2月Profibus现场总线控制系统Profibus现场总线技术是由离散控制(PLC)发展而来。是IEC61158现场总线国际标准中的第3类。Profibus技术规范，在2006年10月经国家标准化管委会审查通过，成为我国第一个现场总线国家标准：GB/T20540-2006

Profibus产品，全球有超过250家公司生产1500多种产品。第15页，课件共49页，创作于2023年2月Profibus现场总线控制系统通信模型：

物理层－DP、FMS为RS－485传输，9.6k～12Mb/sPA为IEC61158-2传输，总线供电，31.25kb/s数据链路层－采用一致的总线存取协议：令牌和主从令牌：主站与主站之间通信主从：主站与从站之间通信用户层－实现不同厂家设备的互换和互操性，通用站描述文件(GSD)电子设备数据文件（EDDL或FDT/DTM）

第16页，课件共49页，创作于2023年2月Profibus现场总线控制系统拓扑结构第17页，课件共49页，创作于2023年2月Profibus现场总线控制系统

主站－分为二类(1)一类主站(DPM1)：能主动地、周期性地与其所组态的从站进行数据交换，被动地与二类主站通信。如PLC、控制站(2)二类主站(DPM2):监控主站，可非周期地与其他主站、自己的从站通信，如编程器、操作员站等。

从站－是输入、输出信息采集和发送的外围设备，被动地与主站通信。如通信接口卡、变送器、阀门驱动器、电机控制单元、检测仪表等。第18页，课件共49页，创作于2023年2月Profibus现场总线控制系统Profibus通信机制循环周期数据通信:用于实时性数据通信，包括过程I/O和标准状态字。对于32站系统主站与每个从站通信量为512bit输入和512bit输出，在12Mbps速率下的周期为1ms。非循环周期数据通信:具有较低的通信优先级，用于非实时数据通信。设备的详细状态、诊断、参数化、检验数据。可在多个循环通信周期中传输。扩展诊断的DP-V1标准比DP-V0所采集的信息更多、更深入。第19页，课件共49页，创作于2023年2月Profibus现场总线控制系统主站和从站网络结构主站通信单元主站-仪表、执行机构第20页，课件共49页，创作于2023年2月Profibus现场总线控制系统第21页，课件共49页，创作于2023年2月电站控制系统的特殊性FCS在电厂应用研究的进展玉环电厂水处理FCS简介现场总线控制系统在电厂的应用第22页，课件共49页，创作于2023年2月电站控制系统的特殊性对电站运行可靠性的特殊要求

对新技术、新装置既渴望又保守的矛盾态度。电站I/O特点

测点密集、现场装置密集、设备立体布置。厂域远小于石油、化工企业。控制功能和控制策略的复杂性

火电厂自动化监控的六大系统（DAS、FSSS、MCS、SCS、DEH、ECS）；机炉协调控制涉及设备、信息量大；汽机控制、SOE要求ms级响应速度；第23页，课件共49页，创作于2023年2月FCS在电厂应用研究的进展国外电厂FCS的应用国内电厂FCS的工程应用第24页，课件共49页，创作于2023年2月国外电厂FCS的应用Profibus现场总线系统在德国电厂应用电厂名称：Niederaussem（尼德豪森）容量：1012MW，超临界，压力27.0MPa控制系统：DCS与FCS相结合－DCS控制器实现逻辑运算、控制策略。变送器、执行器等采用现场总线设备。现场总线设备：变送器:HART协议气动阀门(电磁阀):Profibus-DP气动阀门定位器：Probibus-PA电机起动开关设备：Profibus-DP仪表诊断和管理：PDM软件第25页，课件共49页，创作于2023年2月OTOTOTOT/ETOT/DTOSESDSAPFAPFUMAPFUM-FAPTAPAdd

FEMexternal

networkwebserverterminalbusPlantbusPROFIBUS-DPMMCCPositionerAS-interfaceDP/AS-i

LinkHART-MUXHART-Bus国外电厂FCS应用的现状第26页，课件共49页，创作于2023年2月国外电厂FCS应用的现状冗余DP总线连接的现场总线阀门第27页，课件共49页，创作于2023年2月国外电厂FCS应用的现状现场总线气动电磁阀第28页，课件共49页，创作于2023年2月国外电厂FCS应用的现状DP智能电机控制和保护单元多种控制方式：正/反转、星/三角起动、变极起动保护功能：过流保护、过热保护；控制和状态信息：启、停状态，电流、温度；诊断信息：硬件、线圈、传感器诊断；第29页，课件共49页，创作于2023年2月国内电厂FCS工程应用连云港新海电厂200MW机组，采用了Profibus-DP接口的SIPOS电动调节阀；江阴夏港电厂330MW机组及其脱硫、辅助车间的400V电动机采用了Profibus-DP接口的电机控制和保护单元(SIMOCODE),共346台；华能巢湖电厂水处理控制系统、深能源河源电厂水处理控制系统均采用了Profibus现场总线控制系统，并已投入运行；海门电厂海水脱硫控制系统采用Profibus和FF现场总线的网络、设备和仪表。国内电厂局部应用现场总线技术第30页，课件共49页，创作于2023年2月玉环电厂FCS工程应用研究和实施是国内电厂完整的现场总线控制系统控制器：PLC（高性能冗余CPU系统）现场总线：Profibus-DP、Profibus-PA现场总线仪表：DP超声波液位计、PA压力/差压变送器、PA磁翻板液位计现场总线设备：DP气动电磁阀(阀岛)、DP智能电机控制和保护单元(SIMOCODE)、DP变频器信息和管理软件：自主开发中文界面的诊断和管理软件对仪表进行远程诊断、参数设定等；PDM软件对变送器、CIMOCODE进行远程参数化、调试等。第31页，课件共49页，创作于2023年2月玉环电厂水处理FCS网络结构第32页，课件共49页，创作于2023年2月玉环电厂水处理FCS工程应用中文界面的诊断信息和设备管理窗口

变送器窗口超声波液位计窗口应用FCS的核心是现场设备信息的利用第33页，课件共49页，创作于2023年2月玉环电厂水处理FCS工程应用操作员站的现场总线设备信息画面第34页，课件共49页，创作于2023年2月玉环电厂水处理FCS工程应用操作员站的现场总线设备信息画面第35页，课件共49页，创作于2023年2月华能玉环电厂水网控制室第36页，课件共49页，创作于2023年2月补给水控制系统

主机柜1面

动力柜1面

通讯箱5面

电磁阀箱8面废水处理控制系统

通讯箱2面

电磁阀箱4面控制站（PLC）机柜。除冗余PLC、通信接口模件外没有常规I/O卡件。第37页，课件共49页，创作于2023年2月就地通信箱包含：光电链路器OLMDP二合一单元Y-LinkDP/PA耦合单元24V直流电源华能玉环电厂水网控制系统第38页，课件共49页，创作于2023年2月第39页，课件共49页，创作于2023年2月Profibus-DP接口的超声波液位计华能玉环电厂水网控制系统第40页，课件共49页，创作于2023年2月火电厂应用FCS将带来自动化技术革命

现场总线的技术优越性

突破信号传统的“点对点”传输，带来丰富的现场状态、诊断信息，以及远程参数调整、校正功能；促进信息管理、设备管理、优化控制软件的开放、发展和应用；电厂控制、管理自动化实现革命化发展，建立真正的“数字化电厂”。

现场总线产生的新理念

网络设计，是系统设计的重点；需要设计仪表、设备的地理位置，电缆桥架的走向，是优化通讯支路设计，仪表连接设计的条件；第41页，课件共49页，创作于2023年2月火电厂应用FCS将带来自动化技术革命

现场总线产生的新理念

安装、接线的数量减少，但安装工艺的要求有提高；仪表、设备的状态能够在集控室监视，就地工作减少，但技术要求提高。第42页，课件共49页，创作于2023年2月电站现场总线控制系统FCS165第43页，课件共49页，创作于2023年2月电站现场总线控制系统FCS16