现场总线概述课件.ppt

1、共113页第1页现场总线概述现场总线概述共113页第2页1.1 1.1 现场总线的背景和发展现场总线的背景和发展 在计算机数据传输领域内，长期以来使用在计算机数据传输领域内，长期以来使用RS-232RS-232和和CCITT V.24CCITT V.24通信标准，尽管它们被广泛地使用，但确是通信标准，尽管它们被广泛地使用，但确是一种低数据速率和点对点的数据传输标准，无能力支持一种低数据速率和点对点的数据传输标准，无能力支持更高层次的计算机之间的功能操作。同时，在复杂或大更高层次的计算机之间的功能操作。同时，在复杂或大规模的应用（如工业现场控制或生产自动化领域）中需规模的应用（如工业现场控制或生

2、产自动化领域）中需要使用大量的传感器、执行器和控制器等，它们通常分要使用大量的传感器、执行器和控制器等，它们通常分布在非常广的范围内，如果在最低层上采用传统星型拓布在非常广的范围内，如果在最低层上采用传统星型拓扑结构，那么安装成本和介质造价都将非常高昂；采用扑结构，那么安装成本和介质造价都将非常高昂；采用流行的流行的LANLAN组件及环型或总线型拓扑结构，虽然可以减组件及环型或总线型拓扑结构，虽然可以减少电缆长度，但是增加的少电缆长度，但是增加的LANLAN介质及相关硬件和软件又介质及相关硬件和软件又使其系统造价与星型系统相差无几。所以在最低层次上使其系统造价与星型系统相差无几。所以在最低层次

3、上的确需要设计出一种造价低廉而又能经受工业现场环境的确需要设计出一种造价低廉而又能经受工业现场环境的通信系统，现场总线就是在这种背景下产生的。的通信系统，现场总线就是在这种背景下产生的。共113页第3页1.1 1.1 现场总线的背景和发展现场总线的背景和发展 现场总线的先驱可谓是现场总线的先驱可谓是HoneywellHoneywell公司在公司在19831983年推出年推出的数字信号的数字信号4mA4mA20mA20mA输出的差分信号驱动器，它在输出输出的差分信号驱动器，它在输出的的4mA4mA20mA20mA直流信号上叠加了数字信号，从而使现场装直流信号上叠加了数字信号，从而使现场装置与控制

4、室控制装置之间的连接由模拟信号过渡到了数字置与控制室控制装置之间的连接由模拟信号过渡到了数字信号。在此基础上，美国信号。在此基础上，美国RosemountRosemount公司配合使用了它自公司配合使用了它自己的己的HARTHART数字通信协议。到了数字通信协议。到了19871987年，美国年，美国FoxboroFoxboro公司公司发表了发表了I/AI/A智能式自动控制系统，系统中使用了全数字通智能式自动控制系统，系统中使用了全数字通信。信。FieldbusFieldbus网络体系结构及标准的研究和制定始于网络体系结构及标准的研究和制定始于19851985年。在年。在MontrealMont

5、real的的IECIEC技术委员会技术委员会TC65CTC65C会议上决定由会议上决定由ProwayProway Working Group(IEC TC65C WG6)Working Group(IEC TC65C WG6)小组负责此项工小组负责此项工作。该组在作。该组在19861986年和年和19871987年公布了一组年公布了一组Field busField bus的功能的功能需求。在此期间其他一些国际标准化机构或公司也开始了需求。在此期间其他一些国际标准化机构或公司也开始了这项工作，其中有著名的这项工作，其中有著名的ISAISA（美国仪器协会）和（美国仪器协会）和IEEE IEEE P

6、18P18。共113页第4页1.1 1.1 现场总线的背景和发展现场总线的背景和发展共113页第5页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述 现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表互连的通信网络，是现场通信网络与控制系设备或现场仪表互连的通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。统的集成。现场总线的节点是现场设备或现场仪表，如传感器、变现场总线的节点是现场设备或现场仪表，如传感器、变送器、执行器和编程器等。但不是传统的单功能的现场仪表，送器、执行器和编程器等。但不是传统的单功能的现场仪表，而是具有综合功能的智能仪表，例

7、如，温度变送器不仅具有而是具有综合功能的智能仪表，例如，温度变送器不仅具有温度信号变换和补偿功能，而且具有温度信号变换和补偿功能，而且具有PIDPID控制和运算功能；控制和运算功能；调节阀的基本功能是信号驱动和执行，另外还有输出特性补调节阀的基本功能是信号驱动和执行，另外还有输出特性补偿、自校验和自诊断功能。现场设备具有互换性和互操作性，偿、自校验和自诊断功能。现场设备具有互换性和互操作性，采用总线供电，具有本质安全性。采用总线供电，具有本质安全性。现场总线不单单是一种通信技术，也不仅仅是用数字仪现场总线不单单是一种通信技术，也不仅仅是用数字仪表代替模拟仪表，关键是用新一代的现场总线控制系统表

8、代替模拟仪表，关键是用新一代的现场总线控制系统FCS(FieldbusFCS(Fieldbus Control System)Control System)代替传统的集散控制系统代替传统的集散控制系统DCS(Distributed Control System)DCS(Distributed Control System)，实现现场通信网络与，实现现场通信网络与控制系统的集成。控制系统的集成。共113页第6页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述现场总线的本质含义表现在以下现场总线的本质含义表现在以下6 6个方面：个方面：_ _现场通信网络现场通信网络_ _现场设备互连现场设备互连_ _

9、互操作性互操作性_ _分散功能块分散功能块_ _通信线供电通信线供电_ _开放式互连网络开放式互连网络共113页第7页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述 70 70年代发展起来的年代发展起来的DCSDCS分布式控制系统，分布式控制系统，它的结构模式为它的结构模式为“操作站控制站现场总仪操作站控制站现场总仪表表”即三层结构方式。虽然现场仪表带微处理即三层结构方式。虽然现场仪表带微处理器成为智能现代化现场仪表，但是由于三层结器成为智能现代化现场仪表，但是由于三层结构方式，成本较高。而且各公司的构方式，成本较高。而且各公司的DCSDCS有各自有各自的标准，不能互联。的标准，不能互联。FCS

10、FCS现场控制系统就与传统的现场控制系统就与传统的DCSDCS分布式控分布式控制系统不同，它的结构为制系统不同，它的结构为“工作站现场总线智工作站现场总线智能现场仪表能现场仪表”FCSFCS用两层设备完成用两层设备完成DCSDCS中三层设中三层设备的功能，降低了成本，提高了可靠性，国际备的功能，降低了成本，提高了可靠性，国际标准统一后，实现了真正开放式的相互连接的标准统一后，实现了真正开放式的相互连接的结构系统。结构系统。共113页第8页1.21.2现场总线的概述现场总线的概述 现场总线控制系统现场总线控制系统FCSFCS对传统的集散控制系统对传统的集散控制系统DCSDCS的挑战和变的挑战和变

11、革有以下几个方面：革有以下几个方面：首先，首先，FCSFCS的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行机构采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络执行机构采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互连；互连；第二，第二，FCSFCS系统结构则是全分散式，系统结构则是全分散式，FCSFCS废弃了废弃了DCSDCS的输入的输入/输输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取而代之，即把出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取而代之，即把DCSDCS控制控制站的功能化整为零，分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟的控站的功能化整为零，分散地分配给

12、现场仪表，从而构成虚拟的控制站，实现彻底的分散控制；制站，实现彻底的分散控制；第三，第三，FCSFCS的现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备既的现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备既可互连也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统可互连也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统DCSDCS控制层的封控制层的封闭性和专用性；闭性和专用性；第四，第四，FCSFCS的通信网络为开放式互连网络，既可与同层网络互的通信网络为开放式互连网络，既可与同层网络互连，也可与不同层网络互连，用户可极其方便地共享网络数据库；连，也可与不同层网络互连，用户可极其方便地共享网络数据库；第五，第五，FCSFCS的技术和标

13、准实现了全开放，从总线标准、产品检的技术和标准实现了全开放，从总线标准、产品检验到信息发布完全是公开的，面向世界任何一个制造商和用户。验到信息发布完全是公开的，面向世界任何一个制造商和用户。共113页第9页1.21.2现场总线的概述现场总线的概述 现场总线控制系统的核心是现场总线，现场总线控制系统的核心是现场总线，现场总线技术是计算机技术、通信技术和现场总线技术是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成。控制技术的综合与集成。它的出现将使传它的出现将使传统的自动控制系统产生革命性变革，变革统的自动控制系统产生革命性变革，变革传统的信号标准、通信标准和系统标准，传统的信号标准、通信标准和系统标

14、准，变革现有自动控制系统的体系结构、设计变革现有自动控制系统的体系结构、设计方法、安装调试方法和产品结构。方法、安装调试方法和产品结构。共113页第10页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述 现场总线的特点现场总线的特点 第一、在分级控制系统中，采用现场总线的系统虽第一、在分级控制系统中，采用现场总线的系统虽然可能具备足够的智能（数字计算能力），但只执行简然可能具备足够的智能（数字计算能力），但只执行简单的节点顺序或一种控制方式等较低级功能；单的节点顺序或一种控制方式等较低级功能；第二、现场总线经常只负责发送或接收较小的数据第二、现场总线经常只负责发送或接收较小的数据报文，并且以这种数

15、据报文作为与较高一级的控制系统报文，并且以这种数据报文作为与较高一级的控制系统实现设备数据往返传送的有效手段；实现设备数据往返传送的有效手段；第三、采用现场总线的系统通常费用较低，可以用第三、采用现场总线的系统通常费用较低，可以用低廉的造价组成一个系统，而且与上层网络连接的费用低廉的造价组成一个系统，而且与上层网络连接的费用也不高。也不高。共113页第11页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述 (1)(1)一对一对N N结构；结构；(2)(2)可靠性高；可靠性高；(3)(3)可控状态；可控状态；(4)(4)互换性；互换性；(5)(5)互操作性；互操作性；(6)(6)综合功能；综合功能；

16、(7)(7)分散控制；分散控制；(8)(8)统一统一组态；组态；(9)(9)开放式系统开放式系统；(10)(10)分散功能块分散功能块 ；(11)(11)通信线供电。通信线供电。共113页第12页1.2 1.2 现场总线的网络结构现场总线的网络结构共113页第13页1.2 1.2 现场总线的网络结构现场总线的网络结构共113页第14页1.2 1.2 现场总线的网络结构现场总线的网络结构共113页第15页1.21.2 现场总线的网络结构现场总线的网络结构共113页第16页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述操作站LAN服务器124H2现场总线现场设备32H1现场总线现场设备32H1现场总

17、线现场设备H1H1H1H1H2网桥共113页第17页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述 现场总线的网络拓扑结构有环型、总线型、树型以及几种类型现场总线的网络拓扑结构有环型、总线型、树型以及几种类型的混合。的混合。环型拓扑结构中令牌环形网最为典型，其优点是延时性较好，环型拓扑结构中令牌环形网最为典型，其优点是延时性较好，缺点是成本较高。缺点是成本较高。总线型拓扑结构的优点是站点接入方便，可扩性较好，成本较总线型拓扑结构的优点是站点接入方便，可扩性较好，成本较低，在轻负载的网络基本上没有时延，但在站点多、通信任务重时，低，在轻负载的网络基本上没有时延，但在站点多、通信任务重时，延时明显加

18、大。缺点是时延的不确定性，对某些实时应用不利。延时明显加大。缺点是时延的不确定性，对某些实时应用不利。树型拓扑结构是总线型拓扑结构的一种变型，其优点是可扩性树型拓扑结构是总线型拓扑结构的一种变型，其优点是可扩性好，有较宽的频带，缺点是站点间通信不方便。总线型拓扑结构的好，有较宽的频带，缺点是站点间通信不方便。总线型拓扑结构的争用使它不适于实时处理某些突发事件，令牌环形网中的令牌绕环争用使它不适于实时处理某些突发事件，令牌环形网中的令牌绕环一周的时间虽然有一个上限，但在轻负载时性能不太好，可靠性比一周的时间虽然有一个上限，但在轻负载时性能不太好，可靠性比总线网差些，综合这两种网的优点，在现场总线

19、中采用了令牌总线总线网差些，综合这两种网的优点，在现场总线中采用了令牌总线网，即在物理上是一个总线网，在逻辑上是一个令牌网。令牌总线网，即在物理上是一个总线网，在逻辑上是一个令牌网。令牌总线网具有总线网接入方便、可靠性较好的优点，也具有令牌环形网网具有总线网接入方便、可靠性较好的优点，也具有令牌环形网“无冲突无冲突”和时延性好的优点。和时延性好的优点。共113页第18页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述 现场总线的数据操作方式现场总线的数据操作方式 从现场总线的数据存取、传送、操作方法来分有三从现场总线的数据存取、传送、操作方法来分有三种 工 作 模 式：对 等种 工 作 模 式：对

20、 等(P e e r t o P e e r)(P e e r t o P e e r)、主 从、主 从(Client/Server C/S)(Client/Server C/S)及网络计算机结构及网络计算机结构(Network(Network Computing ArchnitectureComputing Archnitecture NCA)NCA)。对等和主从工作模式发。对等和主从工作模式发展较早，也获得广泛应用。在展较早，也获得广泛应用。在2020世纪世纪8080年代发展年代发展C/SC/S方式，方式，2020世纪世纪9090年代出现了年代出现了NCANCA方式。方式。共113页第19

21、页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述网络扩展与网络互连网络扩展与网络互连 （1 1）网络扩展）网络扩展 （2 2）网络互连）网络互连 （3 3）开放系统互连模型和通信协议）开放系统互连模型和通信协议 共113页第20页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述1151智能压力变送器原理图智能压力变送器原理图 CPU通信接口MNET低速现场总线A/D电容测量电路显示单元3.3V电源线现场总线智能仪表现场总线智能仪表共113页第21页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述 1151 1151智能压力仪表具有如下功能：智能压力仪表具有如下功能：1 1采集差压信号采集差压信号 ；2

22、2采集温度信号采集温度信号 ；3 3压力信号单压力信号单位转换位转换 ；4 4测压膜片非线性补偿测压膜片非线性补偿 ；5 5压力信号温度补偿压力信号温度补偿 ；6 6流速和流量计算流速和流量计算 ；7 7测量数据越限报警测量数据越限报警 ；8 8自标自标定定 ；9 9零点和满度设定零点和满度设定 ；1010掉电保护掉电保护 ；1111数据通数据通信信 ；1212回路控制回路控制 。FCSFCS上位机管理软件功能上位机管理软件功能 1 1系统组态系统组态 ；2 2数据库组态；数据库组态；3 3历史库组态；历史库组态；4 4图形组态；图形组态；5 5控制算法组态控制算法组态 ；6 6数据报表组态；

23、数据报表组态；7 7实时数据显示实时数据显示 ；8 8历史数据显示历史数据显示 ；9 9图形显示图形显示 ；1010参数列表参数列表 1111数据打印输出；数据打印输出；1212数据输入及参数修数据输入及参数修改改 1313控制运算调节控制运算调节 ；1414报警处理；报警处理；1515故障处理故障处理 ；1616通信接口；通信接口；1717人机接口。人机接口。现场总线智能仪表现场总线智能仪表共113页第22页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述接近传感器接近传感器共113页第23页 1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述超声波传感器超声波传感器物位控制器物位控制器共113页第2

24、4页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述光电传感器光电传感器共113页第25页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述光电数据传送系统光电数据传送系统共113页第26页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述旋转型编码器旋转型编码器共113页第27页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述现场总线标准有如下种类：现场总线标准有如下种类：丹麦国家标准丹麦国家标准DSF21906DSF21906：P-Net P-Net 德国国家标准德国国家标准DIN19245DIN19245（1-21-2）：）：ProfiBusProfiBus-FMS-FMS 德国国家标准德国国家标准DIN1

25、9245DIN19245（3 3）：）：ProfiBusProfiBus-DP-DP 德国国家标准德国国家标准DIN19245DIN19245（4 4）：）：ProfiBusProfiBus-PA-PA 法国国家标准法国国家标准FIPC46601-607FIPC46601-607：WorldFIPWorldFIP 日本日本JEMAJEMA标准标准CC-Link CC-Link 美国国家标准美国国家标准ANSI/NEMAANSI/NEMA以等同方式支持的以等同方式支持的ISA/IECISA/IEC标准草案标准草案 1)ISA/IEC61158-11)ISA/IEC61158-1总论；总论；2)I

26、SA/IEC61158-22)ISA/IEC61158-2物理层规范物理层规范 3)ISA/IEC61158-33)ISA/IEC61158-3链路层服务定义链路层服务定义1998/09/301998/09/30未通过未通过 现场总线标准现场总线标准共113页第28页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述4)ISA/IEC61158-44)ISA/IEC61158-4链路层规范；链路层规范；1998/09/301998/09/30未通过未通过 5)ISA/IEC61158-55)ISA/IEC61158-5应用层服务定义；应用层服务定义；1998/09/301998/09/30未通过未通

27、过 6)ISA/IEC61158-66)ISA/IEC61158-6应用层规范；应用层规范；1998/09/301998/09/30未通过未通过 7)ISA/IEC61158-77)ISA/IEC61158-7管理系统管理系统 8)ISA/IEC61158-88)ISA/IEC61158-8一致性试验一致性试验 9)ISA/IEC618049)ISA/IEC61804过程控制模块欧洲标准过程控制模块欧洲标准EN50170EN50170（CLC65CXCLC65CX）Vol.IPVol.IP-Net-Net Vol.IIProfiBusVol.IIProfiBus Vol.IIIWorldFIP

28、Vol.IIIWorldFIP Vol.IVFFVol.IVFF,联合王国联合王国(UK)IEC(UK)IEC国家委员会提议国家委员会提议 Vol.VControlNetVol.VControlNet,联合王国联合王国(UK)IEC(UK)IEC国家委员会提议国家委员会提议 欧洲标准欧洲标准EN50254EN50254（CLC65CXCLC65CX）1)ProfiBusDP 1)ProfiBusDP 2)FIPDWF 2)FIPDWF 3)Interbus 3)Interbus 共113页第29页1.2 1.2 现场总线的概述现场总线的概述欧洲标准欧洲标准EN50295EN50295（CLCT

29、C17BCLCTC17B）1)ASI 1)ASI 欧洲标准欧洲标准prEN50325 prEN50325 1)DeviceNet1)DeviceNet美国美国Rockwell Rockwell 2)SDS2)SDS美国美国Honeywell Honeywell 国际标准国际标准ISO11898 ISO11898 1)1)德国德国CANbusCANbus;2)2)美国美国DeviceNetDeviceNet;3)3)特性接近特性接近ProfiBusProfiBus;国际标准国际标准IEC62026(IECSC65C)IEC62026(IECSC65C)1)ASI1)ASI法国、德国法国、德国 2

30、)DeviceNet2)DeviceNet美国美国Rockwell Rockwell 3)SDS3)SDS美国美国Honeywell Honeywell 共113页第30页1.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系三大控制系统的特点和差异统的特点和差异 PLCPLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系统的基本特点三大控制系统的基本特点 PLC PLC （1 1）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。是从下往上的。（2 2）连续）连续PIDPID控制等多功能，控制等多功能，PIDPID在中断站中。在中断站中。（3 3

31、）可用一台）可用一台PCPC机为主站，多台同型机为主站，多台同型PLCPLC为从为从站。站。（4 4）也可一台）也可一台PLCPLC为主站，多台同型为主站，多台同型PLCPLC为从站，为从站，构成构成PLCPLC网络。这比用网络。这比用PCPC机作主站方便之处是：有机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。式写就行。（5 5）PLCPLC网格既可作为独立网格既可作为独立DCS/TDCSDCS/TDCS，也可作，也可作为为DCS/TDCSDCS/TDCS的子系统。的子系统。共113页第31页 （6 6）大系统同）大系统

32、同DCS/TDCSDCS/TDCS，如，如TDC3000TDC3000、CENTUMCSCENTUMCS、WDPFIWDPFI、MOD300MOD300。（7 7）PLCPLC网络如网络如SiemensSiemens公司的公司的SINECSINECL1L1、SINECSINECH1H1、S4S4、S5S5、S6S6、S7S7等，等，GEGE公司的公司的GENETGENET、三菱公司的三菱公司的MELSECMELSECNETNET、MELSECMELSECNET/MININET/MINI。（8 8）主要用于工业过程中的顺序控制，新型）主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLCPLC也兼有闭环控制功

33、能。也兼有闭环控制功能。（9 9）制造商：）制造商：GOULDGOULD（美）、（美）、ABAB（美）、（美）、GEGE（美）、（美）、OMRONOMRON（日）、（日）、MITSUBISHIMITSUBISHI（日）、（日）、SiemensSiemens（德）等。（德）等。1.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系统的三大控制系统的特点和差异特点和差异 共113页第32页 DCSDCS或或TDCSTDCS （1 1）分散控制系统）分散控制系统DCSDCS与集散控制系统与集散控制系统TDCSTDCS是集是集4C4C（CommunicationCommunication，

34、ComputerComputer，ControlControl、CRTCRT）技术于一）技术于一身的监控技术。身的监控技术。（2 2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（CommunicationCommunication）是关键。）是关键。（3 3）PIDPID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。仪表与控制装置。（4 4）是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电）是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。缆从中继站并行到现场仪器仪表。（5 5）模拟信号，）模拟信号，A/

35、DA/DD/AD/A、带微处理器的混合。、带微处理器的混合。（6 6）一台仪表一对线接到）一台仪表一对线接到I/OI/O，由控制站挂到局域网，由控制站挂到局域网LANLAN。1.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系三大控制系统的特点和差异统的特点和差异 共113页第33页 （7 7）DCSDCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的场仪表（现场测控站）的3 3级结构。级结构。（8 8）缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操）缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操作，大作，大DCSDCS系统是各家不

36、同的。系统是各家不同的。（9 9）用于大规模的连续过程控制，如石化等。）用于大规模的连续过程控制，如石化等。（1010）制造商：）制造商：BaileyBailey（美）、（美）、WestinghousWestinghous（美）、（美）、HITACHHITACH（日）、（日）、LEEDS&NORTHRMPLEEDS&NORTHRMP（美）、（美）、SIEMENSSIEMENS（德）、（德）、FoxboroFoxboro（美）、（美）、ABB ABB （瑞士）、（瑞士）、Hartmann&Hartmann&BraunBraun（德）、（德）、YokogawaYokogawa（日）、（日）、Hon

37、ewellHonewell（美国）、（美国）、TaylorTaylor（美）等。（美）等。1.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系三大控制系统的特点和差异统的特点和差异 共113页第34页 FCSFCS （1 1）基本任务是：本质（本征）安全、危险区域、）基本任务是：本质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。易变过程、难于对付的非常环境。（2 2）全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪）全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。器、仪表、控制装置。（3 3）用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、）用两根线联接分散的现场仪表、控制装置

38、、PIDPID与控制中心，取代每台仪器两根线。与控制中心，取代每台仪器两根线。（4 4）在总线上）在总线上PIDPID与仪器、仪表、控制装置都是平等与仪器、仪表、控制装置都是平等的。的。（5 5）多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单）多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。变量、单点、并行、模拟系统。（6 6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。的。（7 7）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。（8 8）由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总）由现场电脑操纵，还可挂到上位机

39、，接同一总线的上一级计算机。线的上一级计算机。1.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系统的三大控制系统的特点和差异特点和差异 共113页第35页 （9 9）局域网，再可与）局域网，再可与internetinternet相通。相通。（1010）改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企）改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。业管理网。（1111）制造商：美）制造商：美Honeywell Honeywell、SmarSmar 、FisherFisher RosemountRosemount、AB/RockwellAB/Rockwell、ElsagElsag

40、Bailey Bailey、Foxboro Foxboro、Yamatake Yamatake、日、日YokogawaYokogawa、欧、欧 SiemensSiemens、GECGECAlsthomAlsthom 、SchneiderSchneider、procesprocesDataData、ABBABB等。等。（1212）3 3类类FCSFCS的典型的典型 1 1）连续的工艺过程自动控制如石油化工，其中）连续的工艺过程自动控制如石油化工，其中“本安本安防爆防爆”技术是绝对重要的，典型产品是技术是绝对重要的，典型产品是FFFF、World FIPWorld FIP、ProfibusProf

41、ibusPAPA；2 2）分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车，）分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车，典型产品是典型产品是ProfibusProfibusDPDP、CANbusCANbus；3 3）多点控制如楼宇自动化，典型产品是）多点控制如楼宇自动化，典型产品是LON WorkLON Work、ProfibusProfibusFMSFMS。1.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系三大控制系统的特点和差异统的特点和差异 共113页第36页 三大控制系统之间的差异三大控制系统之间的差异 我们已经知道，我们已经知道，FCSFCS是由是由DCSDCS与与P

42、LCPLC发展而发展而来，来，FCSFCS不仅具备不仅具备DCSDCS与与PLCPLC的特点，而且跨出的特点，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的了革命性的一步。而目前，新型的DCSDCS与新型与新型的的PLCPLC，都有向对方靠拢的趋势。新型的，都有向对方靠拢的趋势。新型的DCSDCS已已有很强的顺序控制功能；而新型的有很强的顺序控制功能；而新型的PLCPLC，在处，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，型网络，DCSDCS与与PLCPLC的适用范围，已有很大的交的适用范围，已有很大的交叉。下面将就体系结构、投资、设计、使用等叉。下面将

43、就体系结构、投资、设计、使用等方面进行叙述。方面进行叙述。1.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系统的三大控制系统的特点和差异特点和差异 共113页第37页 DCS DCS DCS DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统控制系统DCSDCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是：定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆

44、或光纤电缆。一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定特定DCSDCS系统的相对优点与弱点。系统的相对优点与弱点。（1 1）系统能处理多少）系统能处理多少I/OI/O信息。信息。（2 2）系统能处理多少与控制有关的控制回路的信）系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。息。（3 3）能适应多少用户和装置（）能适应多少用户和装置（CRTCRT、控制站等）。、控制站等）。（4 4）传输数据的完整性是怎样彻底检查的。）传输数据的完整性是怎样彻底检查的。（5 5）数据公路的最大允许长度是多少。）数据公路的最大允许长度是多少。1

45、.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系三大控制系统的特点和差异统的特点和差异 共113页第38页 （6 6）数据公路能支持多少支路。）数据公路能支持多少支路。（7 7）数据公路是否能支持由其它制造厂生产的）数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件（可编程序控制器、计算机、数据记录装置硬件（可编程序控制器、计算机、数据记录装置等）。为保证通信的完整，大部分等）。为保证通信的完整，大部分DCSDCS厂家都能提厂家都能提供冗余数据公路。供冗余数据公路。为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。所谓通信规约就是一组规则，用以

46、约和检错技术。所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。数据一样。目前在目前在DCSDCS系统中一般使用两类通信手段，即系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。告系统。1.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系三大控制系统的特点和差异统的特点和差异 共113页第39页 FCS FCS FCS FCS的关键要点有三点

47、的关键要点有三点 （1 1）FCSFCS系统的核心是总线协议，即总线标准前面已经叙述，系统的核心是总线协议，即总线标准前面已经叙述，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。就其总线协议的基本原理而言，各类总有关的设备也就被确定。就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。线都是一样的，都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。但由于各种原因，各类总线的总线协议存在很大的差异。但由于各种原因，各类总线的总线协议存在很大的差异。为了使现场总线满足可互操作性要求

48、，使其成为真正的开放为了使现场总线满足可互操作性要求，使其成为真正的开放系统，在系统，在IECIEC国际标准，现场总线通讯协议模型的用户层中，就国际标准，现场总线通讯协议模型的用户层中，就明确规定用户层具有装置描述功能。为了实现互操作，每个现场明确规定用户层具有装置描述功能。为了实现互操作，每个现场总线装置都用装置描述总线装置都用装置描述DDDD来描述。来描述。DDDD能够认为是装置的一个驱动能够认为是装置的一个驱动器，它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于器，它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于DDDD包括描述装置通信所需的所有信息，并且与主站无关，所以可以包括描述

49、装置通信所需的所有信息，并且与主站无关，所以可以使现场装置实现真正的互操作性。使现场装置实现真正的互操作性。1.3 PLC1.3 PLC、DCSDCS、FCSFCS三大控制系三大控制系统的特点和差异统的特点和差异 共113页第40页 实际情况是否如上述一致，回答是否定的。目前通过的现实际情况是否如上述一致，回答是否定的。目前通过的现场总线国际标准含场总线国际标准含8 8种类型，而原种类型，而原IEOIEO国际标准只是国际标准只是8 8种类型之一，种类型之一，与其它与其它7 7种类型总线的地位是平等的。其它种类型总线的地位是平等的。其它7 7种总线，不论其市种总线，不论其市场占有率有多少，每个总

50、线协议都有一套软件、硬件的支撑。场占有率有多少，每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑。它们能够形成系统，形成产品，而原它们能够形成系统，形成产品，而原IECIEC现场总线国际标准，是现场总线国际标准，是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。所以，要实现这些一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。所以，要实现这些总线的相互兼容和互操作，就目前状态而言，几乎是不可能的。总线的相互兼容和互操作，就目前状态而言，几乎是不可能的。通过上述，我们是否可以得出这样一种映象：开放的现场通过上述，我们是否可以得出这样一种映象：开放的现场总线控制系统的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，总线控制系统的互操作性，