PROFIBUS的应用与发展

学号：1109111118

2022-2022学年第二学期

@和）鹿耳皮

《PROF旧US的应用与发展》

题目：的应用与发展

专业：_______自动化____________

班级：自动化（）班

姓名：_______汤传军

指导教师：杨锐敏____________

成绩：_________________________

电气工程学院

2022年4月15日

PROFIBUS的发展与应用

目录

摘要.............................................................................1.

1.弓I言.........................................................................2

1.1现场总线结构模型........................................................2

1.2现场总线主要特点........................................................2

2.现场总线在煤化工控制领域中的应用.............................................3

3.现场总线在锅炉控制系统中的应用...............................................3

4.现场总线在配电自动化中的应用...............................................4

4.1国内外配电自动化的发展现状.............................................4

5.现场总线在楼宇自动化中的应用.................................................5

51概述.......................................................................5

5.2楼宇自动化中应用的主要现场总线技术.......................................5

6.现场总线在智能交通领域中的应用...............................................6

概述.......................................................................6

6.2智能交通信号控制系统介绍..................................................6

7.结束语........................................................................6

参考文献..........................................................................8

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摘要

现场总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，近年来得到

了迅猛的发展和应用。用于过程自动化、创造自动化、电力自动化、楼宇自动化

等领域的现场智能设备互连通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了

生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。为此本文阐

述了现场总线的发展和现场总线技术在各个代表性领域的应用。

关键词：现场总线技术，自动化控制系统，发展，应用

1

1.引言

计算机自动控制系统急速发展的今天，特殊是考虑到现场总线已经普遍地渗

透到自动控制的各个领域的现实，现场总线势必成为电工自动控制领域主要的发

展方向之一。现场总线技术向来是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大

公司已经在大力拓展中国市场，发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总

线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高白动化系统整体

水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发

展现场总线。现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协

议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。

目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较

著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS

现场总线、PROF旧US现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS.

AS-INTERFACE总线等。

现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的

通信系统，主要用于工厂低层设备（传感器及传动装置等）的数据通信。现场总线

己不仅仅是一个新技术领域或者新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经

改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。

1.1现场总线结构模型

现场总线的模型结构在低层（1、2层）是基本相同的，在上层各现场总线之

间的功能有所不同。IEC定义为3层，即采用ISO（国际标准化组织）的OSI所

规定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。ISA/SP50委员会增加

了用户层，因此现场总线模型已统一为4层，即物理层、链路层、应用层和用户

层。

1.2现场总线主要特点

1）系统可靠性高；

2）实现开放式互连网络；

3）安装与接线费用低；

4）调节性能提高；

5）系统组态简单

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1.3现场总线是一场技术革命

现场总线带来了观念的变化，我们以往开辟新产品，往往只注意产品本身的性能

指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业

这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那末容易地被用户接收。而现场总线

产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性

比生产商更高。然而，现场总线新产品的开辟也与传统产品不同；它是从系统构

成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优，而

是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来

发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技

术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的推

广更加容易。

2.现场总线在煤化工控制领域中的应用

我国煤炭资源十分丰富，石油资源相对短缺，大力发展煤化工产业，是我国

技术经济发展过程中必须采取的一项措施。在我国，中、小氮肥造气工艺多数

采用固定床间歇式造气炉，五步循环的制气控制直接影响煤气的产量、质量及原

料的消耗，长期向来受到业内的高度重视。气化层温度将随着空气的加入而升

高，随着蒸气的加入而降低，呈现一定规律变化，该生产过程被称为一个工作循

环。

CAN现场总线技术应用于造气炉控制系统，从根本上实现结构分散、信息集

中、管

控一体化的全新分布式控制模式；基于CAN现场总线的造气炉智能控制系统

的产业化发展，将为造气炉的高水平自动化提供强有力的技术支持。

3.现场总线在锅炉控制系统中的应用

我国的锅炉产业发展迅猛，但运行热效率低，浪费能源，污染环境，自动化改

造的任务十分紧迫；我国工业锅炉控制系统发展大致经过五个阶段：

1）手工控制阶段；

2）专用仪表控制阶段；

3）电动单元组合控制阶段；

4）计算机控制阶段（分布式控制系统DCS）；

3

5）现场总线控制阶段。

经典的PID控制往往不易达到最佳的控制状态采用更先进的控制策略势

在必行。

3.1工艺流程简介

燃料和空气按一定比例进入锅炉内燃烧，生成热量传给蒸发系统产生饱和蒸

汽，经过过热器使饱和蒸汽成为有一定温度和压力的过热蒸汽，并且汇集到过热

联箱，经士气阀供负荷设备使用；燃烧过程中产生的烟气除了将饱和蒸汽变成

过热蒸汽外，通过省煤器预热锅炉的给水，通过烟道引导，经过除尘器和引风机

处理，达到国家排放标准，最后通过烟囱进入大气。

3.2控制系统的技术特点

由各子系统的计算机进行自动控制，降低了产品成本；系统稳定、可靠、

精度高、维护成本低、系统互换性；采用现场总线技术，实现多级分层控制、

集中管理、信息共享；主、辅工作站集中在中央控制室，便于设备和人员的集中

管理。

4.现场总线在配电自动化中的应用

4.1国内外配电自动化的发展现状

配电是电力系统发电、输电和配电中直接面向电力用户的重要环节。八十年

代末，配电自动化在美国等工业发达国家逐步发展起来，配电自动化的内容大致

分为四个方面：1）馈线白动化;2）用户自动化;3）变电站自动化;4）配电管理自

动化。

城市配电自动化是国家最近几年重要的投资方向，配网自动化为电网的运行监

测、快速故障定位、故障隔离等提供了有力的保障措施。电力配电系统环境特殊，

需要一种可靠性高、实时性强、容易操作的测控网，并能把上层的管理网和前端

的测控网连接起来。主要用于低层设备通信的现场总线彻底可以合用于这种要

求。这对利用现有设备，进一步提高配电网的自动化水平，提高供电可靠性，增

加电网经济效益，都具有十分重要的意义。

4.2系统主要特点

1）友好的人机界面；

2）强大的网络通信；

4

3）可靠的安全管理；

4）实时的故障报警和事件处理；

5）完善的数据报表；

6）系统内相关资源的数据采集、监控和共享；

7）为各级电力系统的管理者提供的决策匡助；

8）系统可靠性、稳定性和可视化的明显提高；

9）对各个智能子系统的远程监控。

5.现场总线在楼宇自动化中的应用

5.1概述

随着计算机、控制与通信技术的飞速发展，特殊是近年来房地产业的持续升

温，楼宇自动化系统（BAS）技术也在不断改善、更新。楼宇自动化管理着建造物

内大量分散的机电设备，使大楼变得更加安全、经济与舒适。

普通而言，楼宇自动叱系统由暖通空调、变配电、给排水、照明、保安及

消防等子系统组成；对其它独立子系统，如电梯、广播、电缆电视等系统，则可

根据需要将工作状态监视及紧急状态下越级控制权赋予BAS的监控中心。

我国现有的智能建造中，楼宇自动化程度普遍不高。国内绝大多数楼宇自动

化系统普通由世界著名公司成套提供，包括传感器、阀门、执行器、控制器、上

位机、监控软件等。

5.2楼宇自动化中应用的主要现场总线技术

智能建造中广泛使用的主要有两种：BACnet和LonWorks＜）

1）BACnet：1987年，美国暖通空调工程师协会（ASHRAE）组织成立SPC135

开辟；目前已成为美国和欧洲标准，并有20多家公司推出了60余种不同类型的

BACnet；IH金山的金门大度改造工程被认为是BACnel的标准应用范例。

2）LonWorks:1991美国Echelon公司推出的技术，该协议彻底支持国际

标准化组织ISO定义的CSI七层模型。由于其具有高可靠性、开放性和低成本

的优点,全世界数以千记的创造厂商在其控制网络方案中纷纷采用。LonWorks

技术的核心是同时具有通信和控制功能的神经元（Neurol芯片中有3个8位的

CPU,其中2个中央处理器用于执行通信协议，而另一个处理器用于执行节点的

监控功能。

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6.现场总线在智能交通领域中的应用

6.1概述

为了大幅度提高公路交通的通行能力和安全度，采用智能交通（ITS）新技术改

变现有公路交通技术面貌，是国际公路交通科学的发展方向。智能交通涉及交通、

电子、计算机、信息科学以及自动控制、通信、检测技术等诸多领域。

据统计，ITS技术的应用可以减少10%的废气排量，20%的交通延时，30%

的停车次数。美国LosAngeles地区和Texas州在ITS技术方面投资的效益成本

比率分别是16:1和22:1o

我国的交通特点是：

1）机动车与非机动车泥行；

2）自行车数量大；

3）机动车数量增长快；

4）国产机动车速度、网络容纳能力和交通宣传力度都非常有限。

发展ITS要适合我国的交通特点，结合我国的国情，研究中国的智能交通系

统。

6.2智能交通信号控制系统介绍

模似屏上位机

现场总线

交通信号机21交通信号机N#交通信号机

基于现场总线的交通信号控制系统框图

7.结束语

现场总线属于尚在发展之中的技术，我国在这一技术领域还刚刚起步。总体

6

说来，自动化系统与设备将朝着