1、第一章第一章 现场总线概论现场总线概论1.1 什么是现场总线什么是现场总线1.1.1现场总线基本概念现场总线基本概念1.1.2现场现场总线产生总线产生 1.1.3DCS，RI/O和和FCS1.1.4现场总线通信系统现场总线通信系统1.1.5现场总线技术现状及发展现场总线技术现状及发展1.2几种典型的现场总线几种典型的现场总线1.3现场总线控制系统的构成现场总线控制系统的构成1.4现场总线控制系统的特点现场总线控制系统的特点1.1 什么是现场总线什么是现场总线 国际电工委员会在国际电工委员会在IEC61158IEC61158中给现场总线下了一个中给现场总线下了一个定义：定义：安装在制造或过程区域
2、的现场装置与控制室内的自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、多点通信的数据动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。总线称为现场总线。简述：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统简述：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络1.1.1现场总线基本概念（现场总线的本质含义）现场通信网络 现场设备互连 互操作性 分散功能块 通信线供电 开放式互连网络（1 1）现场通信网络）现场通信网络现场总线作为一种数字式通信网络一直延伸到现场总线作为一种数字式通信网络一直延伸到
3、生产现场中的现场设备，使过去采用点对点生产现场中的现场设备，使过去采用点对点的模拟信号传输或开关量信号单点并行传输的模拟信号传输或开关量信号单点并行传输变为变为_的双向串行数字传输。的双向串行数字传输。（2 2）现场设备互连）现场设备互连现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过行器等，这些设备通过_传输线互连传输线互连（3 3）互操作性）互操作性用户希望选用各制造商性能价格比最好的产品集成在一用户希望选用各制造商性能价格比最好的产品集成在一起，实现起，实现“即插即用即插即用”；用户希望对不同品牌的现场；用户希望对不同品牌的现场设备统一
4、组态，构成其所需的控制回路设备统一组态，构成其所需的控制回路所谓所谓_是指来自不同厂家的设备（仪表）可以互相是指来自不同厂家的设备（仪表）可以互相通信，并且可以在多厂家的环境中完成功能的能力。通信，并且可以在多厂家的环境中完成功能的能力。（4 4）分散功能块）分散功能块FCSFCS废弃了废弃了DCSDCS的输入的输入/输出单元和控制站输出单元和控制站,把把DCSDCS控制站的控制站的功能块分散地分配给现场仪表功能块分散地分配给现场仪表,从而构成从而构成_ _。（5 5）通信线供电）通信线供电通信线通信线_允许现场仪表直接从通信线允许现场仪表直接从通信线上获取能量上获取能量,这种方式提供用于本质
5、安全环这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表境的低功耗现场仪表,与其配套的还有安全与其配套的还有安全栅。栅。（6 6）开放式互连网络）开放式互连网络现场总线为开放式互连网络现场总线为开放式互连网络,既可与既可与_网络网络互连互连,也可与也可与_网络互连网络互连,不同制造商的不同制造商的网络互连十分简便网络互连十分简便,用户不必在硬件或软件用户不必在硬件或软件上花多大力气。上花多大力气。1.1.2 1.1.2 现场总线的现场总线的产生产生现场总线的现场总线的含义含义 ：现场总线是用于现场总线是用于过程自动化过程自动化和和制造自动化制造自动化底底层的现场仪表或现场设备互连的通信网络，这层的现
6、场仪表或现场设备互连的通信网络，这些些仪表仪表或设备具有输入、输出、运算、控制、或设备具有输入、输出、运算、控制、通信功能，并直接在现场总线上构成分散的通信功能，并直接在现场总线上构成分散的控控制回路制回路。模拟模拟半数字半数字全数字全数字5060708090年代年代在椭圆中填上相应在椭圆中填上相应的仪表英文缩写符号的仪表英文缩写符号20世纪世纪50年代以前，使用年代以前，使用PCS，这种控制按地理位置分散于生产，这种控制按地理位置分散于生产现场，分散于生产现场，自成体系，现场，分散于生产现场，自成体系，实现自治式的实现自治式的彻底分散彻底分散控制。控制。其优点是危险分散，一台仪表故障只影响一
7、个控制点；其缺点是其优点是危险分散，一台仪表故障只影响一个控制点；其缺点是只能实现简单控制，操作工奔跑于生产现场巡回检查，不便于集只能实现简单控制，操作工奔跑于生产现场巡回检查，不便于集中操作控制，而且只适用于几个控制回路的小型系统。中操作控制，而且只适用于几个控制回路的小型系统。20世纪世纪60年代开始集中控制，采用年代开始集中控制，采用ACS。控制器、指示器、记录仪安装于控制室，传感器、执行器安装控制器、指示器、记录仪安装于控制室，传感器、执行器安装于现场。优点是便于集中控制、监视操作和管理，缺点是控制于现场。优点是便于集中控制、监视操作和管理，缺点是控制三要素分离带来安装成本高，要消耗大
8、量的管线和电线，调试三要素分离带来安装成本高，要消耗大量的管线和电线，调试麻烦，维护困难。麻烦，维护困难。产生产生因素因素：传统传统模拟模拟仪表的仪表的缺点缺点现场总线现场总线数字数字仪表的仪表的优点优点计算机及其网络技术的发展计算机及其网络技术的发展用户需求。用户需求。传统传统模拟模拟仪表的仪表的缺点缺点一对一结构：一对一结构：一台仪表，一对传输线，单向传输一个信号；一台仪表，一对传输线，单向传输一个信号；接线庞杂，工程周期长，安装费用高，维护困难。接线庞杂，工程周期长，安装费用高，维护困难。单一功能：单一功能：信号信号检测检测和和变换变换功能。功能。可靠性差：可靠性差：模拟信号传输不仅精度
9、低，而且易受干扰。模拟信号传输不仅精度低，而且易受干扰。传统传统模拟模拟仪表的仪表的缺点缺点一对一结构：一对一结构：一台仪表，一对传输线，单向传输一个信号；一台仪表，一对传输线，单向传输一个信号；接线庞杂，工程周期长，安装费用高，维护困难。接线庞杂，工程周期长，安装费用高，维护困难。单一功能：单一功能：信号信号检测检测和和变换变换功能。功能。可靠性差：可靠性差：模拟信号传输不仅精度低，而且易受干扰。模拟信号传输不仅精度低，而且易受干扰。失控状态：失控状态：操作员在控制室操作员在控制室既不了解现场仪表工作状况，既不了解现场仪表工作状况，也不能对其进行参数调整，也不能对其进行参数调整，更不能预测故
10、障，更不能预测故障，导致操作员对其处于导致操作员对其处于“失控失控”状态。状态。互换性差：互换性差：不同厂家的同类仪表无法互换。不同厂家的同类仪表无法互换。用户依赖制造厂，无法使用性能价格比用户依赖制造厂，无法使用性能价格比 优的仪表。优的仪表。1.1.2 现场总线的现场总线的产生产生 20世纪世纪60年代的年代的计算机集中控制计算机集中控制 一台计算机一台计算机的任务：的任务：承担一套或多套承担一套或多套 生产装置信号输入和生产装置信号输入和 输出、运算和控制、输出、运算和控制、操作监视和打印制表操作监视和打印制表等多项任务。等多项任务。实现几十个或实现几十个或上百个控制回路，上百个控制回路
11、，全厂的信息管理。全厂的信息管理。危险集中。危险集中。20世纪世纪70年代，使用年代，使用DCS，它是一个半数字系统，即，它是一个半数字系统，即DCS与现场设备（仪表）联系仍是采用模拟信号，不与现场设备（仪表）联系仍是采用模拟信号，不能实现真正的数字化电厂。能实现真正的数字化电厂。1.1.2 现场总线的现场总线的产生产生现场总线现场总线数字数字仪表的仪表的优点优点20世纪世纪80年代中期开始研究制定现场总线标准。年代中期开始研究制定现场总线标准。一对一对N结构：结构：一对传输线，一对传输线，N台仪表，双向传输多个信号；台仪表，双向传输多个信号；接线简单，工程周期短，安装费用低，维护容易。接线简
12、单，工程周期短，安装费用低，维护容易。电电源源现场总线现场总线变送器变送器执行器执行器操作站操作站ABCD现场总线现场总线数字数字仪表的仪表的优点优点综合功能：综合功能：既有信号既有信号检测检测和和变换变换功能，功能，又有又有控制控制和和运算运算功能。功能。可靠性高：可靠性高：数字信号传输不仅精度高，而且抗干扰性强。数字信号传输不仅精度高，而且抗干扰性强。可控状态：可控状态：操作员在控制室操作员在控制室既可了解现场仪表的工作状况，既可了解现场仪表的工作状况，也能对其进行参数调整，也能对其进行参数调整，使其处于操作员监控状态，使其处于操作员监控状态，提高了可控性和维护性。提高了可控性和维护性。现
13、场总线现场总线数字数字仪表的仪表的优点优点互换性好：互换性好：不同厂家的同类仪表可以不同厂家的同类仪表可以互换互换，用户可以选用性能价格比最优的现场仪表用户可以选用性能价格比最优的现场仪表。互操作性：互操作性：不同厂家仪表不同厂家仪表集成集成在一起，对在一起，对功能块功能块进行统一进行统一组组 态态，构成所需的控制回路，实现，构成所需的控制回路，实现“即接即用即接即用”。分散控制：分散控制：控制功能控制功能分散分散在现场总线数字仪表中，在现场总线数字仪表中，通过现场总线构成通过现场总线构成控制回路控制回路，实现了彻底的分散控制。实现了彻底的分散控制。提高了系统的可靠性、自治性和灵活性。提高了系
14、统的可靠性、自治性和灵活性。计算机计算机及其及其网络网络技术的技术的发展发展 现场仪表是现场仪表是模拟模拟和和数字数字混合处理器，混合处理器，既有检测、变换和放大等既有检测、变换和放大等模拟模拟信号处理，信号处理，也有也有CPU、内存和通信等、内存和通信等数字数字信号处理。信号处理。工作环境恶劣，易燃易爆，总线供电，本质安全，工作环境恶劣，易燃易爆，总线供电，本质安全，要求要求集成电路元件集成电路元件体积体积小小、功能、功能全全、性能、性能好好、可靠性可靠性高高、耗电、耗电少少。用户用户需求需求传统模拟仪表的传统模拟仪表的缺点缺点，束缚束缚了了DDC和和DCS的发展。的发展。现场数字仪表的现场
15、数字仪表的优点优点，促进促进了了DDC和和DCS的革新。的革新。用户需要现场总线仪表。用户需要现场总线仪表。厂商看到现场总线仪表的厂商看到现场总线仪表的市场市场需要。需要。1.1.3DCS，RI/O和和FCS DCS：DCS处理器模件与处理器模件与I/O模件之间不但模件之间不但可以通过厂家专用的通信协议进行数据交互可以通过厂家专用的通信协议进行数据交互，还可以通过某种现场总线协议进行数据交，还可以通过某种现场总线协议进行数据交互。互。RI/O：在：在DCS中，为了与距离电子设备间较中，为了与距离电子设备间较远的某个子系统进行数据交互，使用了远的某个子系统进行数据交互，使用了RI/O，通过某种协
16、议的数据总线将远程，通过某种协议的数据总线将远程I/O中的多中的多个数据与电子设备间的处理器模件进行数据个数据与电子设备间的处理器模件进行数据交互。交互。FCS：FCS是通过现场总线技术，将现场的是通过现场总线技术，将现场的智能设备串联在一起组成控制系统。智能设备串联在一起组成控制系统。处理器模件处理器模件DCS处理器模件处理器模件处理器模件处理器模件BUSBUSBUSI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OCPCPCPCPCPCPI/OI/OI/OP-微处理器微处理器PPPRI/OFCS电子设备间电子设备间 现场现场CP-通信处理器通信处理器I/O-输入输入/输出输出 模件模件
17、/模块模块远程远程I/O机柜机柜智能现场设备智能现场设备/现场总线仪表现场总线仪表图图1-2DCS、RI/OFCS对应关系对应关系 控制柜安装在什么地方？控制柜安装在什么地方？处理器模件和处理器模件和I/O模件安装在什么模件安装在什么地方？地方？BUS是是什么？什么？BUS都采用什么协议？都采用什么协议？处理器模件和处理器模件和I/O模件之间传递是模件之间传递是什么性质的信号？什么性质的信号？画出画出I/O模件与现场仪表连接示意模件与现场仪表连接示意图，它们之间传递是什么性质的信图，它们之间传递是什么性质的信号？号？画出现场仪表与生产过程连接示画出现场仪表与生产过程连接示意图，它们之间传递是什
18、么性质的意图，它们之间传递是什么性质的物理量？物理量？控制策略存在于什么模件中？控制策略存在于什么模件中？画出开环监视信息流。画出开环监视信息流。处理器模件处理器模件DCSBUSI/OI/OI/O电子设备间电子设备间 现场现场处理器模件处理器模件BUSI/OI/OI/OCPCPCPI/OI/OI/ORI/O远程远程I/O机柜机柜处理器模件安装在什么地方？处理器模件安装在什么地方？远程远程I/OI/O机柜机柜安装在什么地方？安装在什么地方？通信处理器模件安装在什么地方？通信处理器模件安装在什么地方？I/OI/O模件安装在什么地方？模件安装在什么地方？BUS BUS是什么？是什么？BUS BUS都
19、采用什么协议？都采用什么协议？处理器模件和处理器模件和I/OI/O模件之间传递是什模件之间传递是什么性质的信号？么性质的信号？画出画出I/OI/O模件与现场仪表连接示意图模件与现场仪表连接示意图，它们之间传递是什么性质的信号？，它们之间传递是什么性质的信号？画出现场仪表与生产过程连接示意图画出现场仪表与生产过程连接示意图，它们之间传递是什么性质的物理量，它们之间传递是什么性质的物理量？控制策略存在于什么模件中？控制策略存在于什么模件中？处理器模件处理器模件BUSI/OI/OI/OCPCPCPPPPFCS智能现场设备智能现场设备/现场总线仪表现场总线仪表处理器模件安装在什么地方？处理器模件安装在
20、什么地方？I/OI/O安装在什么地方？安装在什么地方？FBFB安装在什么地方？安装在什么地方？CPCP是什么？是什么？P是什么？是什么？BUS BUS都采用什么协议？都采用什么协议？处理器模件和处理器模件和I/OI/O模件之间传递是什模件之间传递是什么性质的信号？么性质的信号？画出现场仪表与生产过程连接示意图画出现场仪表与生产过程连接示意图，它们之间传递是什么性质的物理量，它们之间传递是什么性质的物理量？控制策略存在于什么模件中？控制策略存在于什么模件中？1.1.4 现场总线通信系统现场总线通信系统 现场总线通信系统由数据发送仪表（设备现场总线通信系统由数据发送仪表（设备）、接收仪表（设备）、
21、传输介质、传输）、接收仪表（设备）、传输介质、传输报文和通信协议等部分组成，试画出现场报文和通信协议等部分组成，试画出现场总线通信系统示意图。总线通信系统示意图。帧长度为几个或几十个数据位的总线属于帧长度为几个或几十个数据位的总线属于_。A.传感器总线；传感器总线；B.设备总线；设备总线；C.现场总线现场总线 CAN总线属于总线属于_。A.位级总线；位级总线；B.字节级总线；字节级总线；C.数据块级总数据块级总线线 1.1.5现场总线技术现状及发展现场总线技术现状及发展 现场总线的关键技术是通信协议。在发展初现场总线的关键技术是通信协议。在发展初期，各大自动化集团各自推出自己的现场总期，各大自
22、动化集团各自推出自己的现场总线，其类型达线，其类型达40种之多。为了用户便于使用，种之多。为了用户便于使用，达到各总线之间互联的目的，就必须实行大达到各总线之间互联的目的，就必须实行大家都遵守的国际标准，以实现开放、兼容、家都遵守的国际标准，以实现开放、兼容、互操作的目的。互操作的目的。国际国际IECTC65标准化组织，为了统一现场标准化组织，为了统一现场总线通信协议，在十多年的工作中，通过争总线通信协议，在十多年的工作中，通过争论与妥协，于论与妥协，于2019年年12月底，各委员国家月底，各委员国家投票表决，通过了投票表决，通过了8种总线标准的折中方案，种总线标准的折中方案，并于并于2000
23、年年1月月4日，由日，由IEC中央办公室公布中央办公室公布了投票结果。了投票结果。这这8种总线标准的类型是：种总线标准的类型是：TS-61158或或 FF-H1（现场总线基金会）；（现场总线基金会）；CIP或或CONTROLNET(美国美国ROCKWEIL公公司司)；PROFIBUS(德国西门子公司德国西门子公司)；P-NET(丹麦丹麦PROCESS DATA公司公司)；FF-HSE(FISHER-ROSEMOUNT公司公司)；SWIFT NET(美国波音公司美国波音公司)；WORLDFIP(法国法国ALSTOM公司公司)；INTERBUS(德国德国PHOENIX CONTACT公公司司)。1
24、.2 1.2 几种典型的现场总线几种典型的现场总线IEC61158IEC61158标准中有标准中有 FFFF，PROFIBUSPROFIBUS，Control NetControl Net，P-NETP-NET，Swift NetSwift Net，World FIPWorld FIP，Inter busInter bus，等等；等等；另外另外还有还有 CANCAN，LONLON，HARTHART，ASIASI，Device NetDevice Net 等等。等等。多种多种现场总线标准现场总线标准并存并存。1.2.几种典型的现场总线几种典型的现场总线传输传输速率：速率：低速低速为几十为几十几百
25、几百Kbps中速中速为几百为几百几千几千Kbps高速高速为几为几M几十几十Mbps 传输传输介质介质：双绞线双绞线、同轴电缆、光缆、无线，、同轴电缆、光缆、无线，动力电缆动力电缆(如楼宇中的照明电缆如楼宇中的照明电缆)。拓扑拓扑结构：结构：总线形总线形树形树形环形环形 1.2.几种典型的现场总线几种典型的现场总线现场总线现场总线区别区别 于一般的通信总线，于一般的通信总线，不仅是一种不仅是一种通信通信技术，技术，而且是一种而且是一种控制控制技术。技术。现场总线现场总线标准标准 不仅规定了不仅规定了通信协议通信协议，而且规定了而且规定了控制协议控制协议或应用或应用功能块功能块。通过现场总线，通过
26、现场总线，既可以既可以共享共享现场总线节点内部的现场总线节点内部的数据数据，也可以也可以共享共享现场总线节点内部的现场总线节点内部的功能块功能块，以便在现场总线上组成以便在现场总线上组成控制回路控制回路。PROFIBUS现场总线现场总线 制造业自动化制造业自动化 过程控制自动化过程控制自动化 电力自动化电力自动化 楼宇自动化楼宇自动化 铁路交通自动化铁路交通自动化现场总线技术现场总线技术FF现场总线应用领域以过程控制自动化为主 化工 电力 废水处理 油田现场总线技术LONWORKS现场总线由美国Echelon公司研制 工业控制 楼宇自动化 数据采集 SCADA系统 国内主要应用于楼宇自动化现场
27、总线技术CANBUS现场总线 由德国Bosch公司为汽车的监测和控制而设计 主要用于汽车制造、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现场总线技术1.3 现场总线控制系统的构成现场总线控制系统的构成FCS的讨论重点放在什么层级上？的讨论重点放在什么层级上？FCS按结构分成几类？按结构分成几类？二层的现场总线控制系统由哪几部分组成？二层的现场总线控制系统由哪几部分组成？PID在什么设备里实现？在什么设备里实现？智能仪表指的是什么设备？智能仪表指的是什么设备？人机接口指的是什么设备？人机接口指的是什么设备？此结构有控制级吗？此结构有控
28、制级吗？现场总线控制系统由哪几部分组成？现场总线控制系统由哪几部分组成？PIDPID在什么设备里实现？在什么设备里实现？现场总线设备指的是什么设备？现场总线设备指的是什么设备？人机接口指的是什么设备？人机接口指的是什么设备？此结构有控制级吗？此结构有控制级吗？此结构的控制站与此结构的控制站与DCS的控制站的区别？的控制站的区别？此结构适合控制什么样的生产过程此结构适合控制什么样的生产过程现场总线控制系统由哪几部分组成？现场总线控制系统由哪几部分组成？PIDPID在什么设备里实现？在什么设备里实现？现场总线设备指的是什么设备？现场总线设备指的是什么设备？人机接口指的是什么设备？人机接口指的是什么
29、设备？此结构有控制级吗？此结构有控制级吗？此结构的控制站与此结构的控制站与DCS的控制站的有区别吗？的控制站的有区别吗？此结构适合控制什么样的生产过程此结构适合控制什么样的生产过程此结构能在工程师站上对现场设备进行组态吗？此结构能在工程师站上对现场设备进行组态吗？传统传统DCS和新一代和新一代FCS是几层结构，并写出数字是几层结构，并写出数字所对应的含义。所对应的含义。传统传统DCS是几层结构，写出数字所对应的含义。是几层结构，写出数字所对应的含义。几层结构？与教材中哪张图对应？几层结构？与教材中哪张图对应？几层结构？与教材中哪张图对应？几层结构？与教材中哪张图对应？华能九台电厂华能九台电厂S
30、PPA-T3000几层结构？几层结构？与教材中哪张图对应？与教材中哪张图对应？几层结构？几层结构？与教材中哪张图对应？与教材中哪张图对应？FCS165系统控制网络示意图系统控制网络示意图几层结构？几层结构？与教材中与教材中哪张图对应？哪张图对应？1.4现场总线控制系统的特点现场总线控制系统的特点现场总线具有以下特点：现场总线具有以下特点：一根双绞线可连接多台设备，从而减少导一根双绞线可连接多台设备，从而减少导线数量，降低配线成本。线数量，降低配线成本。由于采用数字传输方式，可以实现高精度由于采用数字传输方式，可以实现高精度的信息处理，提高控制质量。的信息处理，提高控制质量。由于实现了多重通信，
31、除了可以传送由于实现了多重通信，除了可以传送PV、MV之外，还可以传送大量的现场设备管理之外，还可以传送大量的现场设备管理信息。信息。现场仪表之间可以通信，实现了现场仪表现场仪表之间可以通信，实现了现场仪表的自律分散控制。的自律分散控制。由于现场总线仪表具有互操作性，不同由于现场总线仪表具有互操作性，不同厂家的仪表可以自由组合，为用户提供了厂家的仪表可以自由组合，为用户提供了广泛的选择余地。广泛的选择余地。实现了测量仪表、电气仪表、分析仪表实现了测量仪表、电气仪表、分析仪表的综合化。的综合化。在控制室就可以对现场仪表进行调试、在控制室就可以对现场仪表进行调试、校验、诊断和维护。校验、诊断和维护
32、。1.通信方式通信方式 模拟通信方式模拟通信方式 混合通信方式混合通信方式 现场总线通信方式现场总线通信方式 2.节省导线、电缆及其安装费用节省导线、电缆及其安装费用 多仪表互连多仪表互连 多变量检测多变量检测 多变量传送多变量传送PVSV上限上限报警报警下限下限报警报警诊断诊断信息信息 3.传输精度的提高传输精度的提高 现场仪表中现场仪表中D/A转换产生误差转换产生误差 模拟信号传输产生误差模拟信号传输产生误差 系统仪表的系统仪表的A/D转换产生误差转换产生误差 4.多层次的信息传输（多对多）多层次的信息传输（多对多）5.系统控制功能的分散化系统控制功能的分散化 现场仪表具有综合管理功能现场
33、仪表具有综合管理功能 系统控制功能的自律分散系统控制功能的自律分散 系统控制功能的下移系统控制功能的下移 6.互操作性互操作性填空：填空：DCS系统是个大系统，其控制器功能强而系统是个大系统，其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要，数据公路更且在系统中的作用十分重要，数据公路更是系统的关键，所以必须整体投资一步到是系统的关键，所以必须整体投资一步到位，事后位，事后_难度较大。难度较大。FCS功能下放较彻底，信息处理现场化，功能下放较彻底，信息处理现场化，广泛采用的数字智能现场装置使得控制器广泛采用的数字智能现场装置使得控制器功能与重要性相对减弱。因此，功能与重要性相对减弱。因此，FCS系统系
34、统投资起点低，可以边用、投资起点低，可以边用、_、边投运。、边投运。DCS系统是系统是_系统，各公司产品基本互不系统，各公司产品基本互不兼容。而兼容。而FCS系统是系统是_系统，用户可以选择系统，用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到最佳的系统集成。达到最佳的系统集成。DCS系统的信息全都是二进制或模拟信号形成系统的信息全都是二进制或模拟信号形成的，必须有的，必须有DA与与AD转换。而转换。而FCS系统是全系统是全数字化，免去了数字化，免去了DA与与AD变换，高集成化高变换，高集成化高性能，使性能，使_可以从可以从0.5提高到提高到
35、0.1。_系统可以将系统可以将PID闭环控制功能装入变送器闭环控制功能装入变送器或执行器中，缩短了控制周期，目前可以从或执行器中，缩短了控制周期，目前可以从DCS的的25次次s，提高到，提高到FCS的的1020次次s，从而，从而改善调节性能。改善调节性能。_系统可以控制和监视工艺全过程，对系统可以控制和监视工艺全过程，对自身进行诊断、维护和组态。但是，由于其自身进行诊断、维护和组态。但是，由于其自身的致命弱点，其自身的致命弱点，其I0信号采用传统的模信号采用传统的模拟量信号，无法在工程师站上对现场仪表拟量信号，无法在工程师站上对现场仪表(含含变送器、执行器等变送器、执行器等)进行远方诊断、维护
36、和组进行远方诊断、维护和组态。态。_系统采用全数字化技术，数字智能现系统采用全数字化技术，数字智能现场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。信息，并且还具备检测信息差错的功能。_系统采用双向数字通信现场总线信号系统采用双向数字通信现场总线信号制。因此，它可以对现场装置制。因此，它可以对现场装置(含变送器、执含变送器、执行器等行器等)进行远方诊断、维护和组态。进行远方诊断、维护和组态。_系统由于信息处理现场化，与系统由于信息处理现场化，与_系统相比，可以省去相当数量的隔离器、系统相比，可以省去相当数量的隔离器、端子柜、端子柜
37、、IO终端、终端、IO卡件、卡件、IO文件文件及及IO柜，同时也节省了柜，同时也节省了IO装置及装置装置及装置室的空间与占地面积，有专家认为可以节室的空间与占地面积，有专家认为可以节省省60。_系统可以减少大量电缆与敷设电缆系统可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也节省了设计、安装和用的桥架等，同时也节省了设计、安装和维护费用，有专家认为可以节省维护费用，有专家认为可以节省66。_相对于相对于_ 组态简单，由于结构、组态简单，由于结构、性能标准化，便于安装、运行、维护。性能标准化，便于安装、运行、维护。两种通信方式如图所示，试说明：两种通信方式如图所示，试说明：（1）两种通信方式的名称是
38、什么？）两种通信方式的名称是什么？（2）那种通信方式精度高？）那种通信方式精度高？（3）精度高的原因是什么？）精度高的原因是什么？填空填空 _通信方式产生误差的原因有以下三个通信方式产生误差的原因有以下三个方面：现场仪表中方面：现场仪表中DA转换产生误差；模拟转换产生误差；模拟信号传递产生误差；系统仪表的信号传递产生误差；系统仪表的AD转换产转换产生误差。生误差。在在_通信方式中，不存在通信方式中，不存在DA和和AD转换电路，所以不会产生转换电路，所以不会产生DA和和AD的的转换误差，因而信号的传输精度有所提高。转换误差，因而信号的传输精度有所提高。_的作用是把微处理机输出的数字信号的作用是把
39、微处理机输出的数字信号变换为适合传送的数字信号，反之就是变换为适合传送的数字信号，反之就是_。在模拟通信方式中，信号是以在模拟通信方式中，信号是以_的的连续变化形式存在的，信号值的变化可以无连续变化形式存在的，信号值的变化可以无限小，因此，噪声和信号畸变在模拟信号传限小，因此，噪声和信号畸变在模拟信号传输中是无法避免的。输中是无法避免的。现场仪表传输模拟信号时现场仪表传输模拟信号时_较差，较差，信号误差只会将一个有效信号变为另一个有信号误差只会将一个有效信号变为另一个有效信号，即使从最精确的模拟仪表送来的信效信号，即使从最精确的模拟仪表送来的信号，当它到达控制器时也可能已变得完全不号，当它到达
40、控制器时也可能已变得完全不准确。准确。而在现场总线仪表中，信号的有效值只有而在现场总线仪表中，信号的有效值只有_或或_两个，所以它非常坚实可靠，一般两个，所以它非常坚实可靠，一般的噪声很难扭曲它。的噪声很难扭曲它。_与模拟信号相比，其抗干扰或抗畸变的能与模拟信号相比，其抗干扰或抗畸变的能力强。更为重要的是，检错机制可以检测数字信号力强。更为重要的是，检错机制可以检测数字信号失真，一旦发现失真，就可以废除相关报文，并可失真，一旦发现失真，就可以废除相关报文，并可能要求再重新传送一次。能要求再重新传送一次。在在_通信方式内不可能检测到信号的畸变，这通信方式内不可能检测到信号的畸变，这是因为一个畸变
41、的信号看起来仍然像是一个有效的是因为一个畸变的信号看起来仍然像是一个有效的过程信号。例如，一个过程信号。例如，一个19mA的的_信号，由于噪信号，由于噪声干扰可以在声干扰可以在18.97mA19.03mA之间变化，或者之间变化，或者由于电源电压的下降而固定在由于电源电压的下降而固定在18mA。由于它仍然属。由于它仍然属于一个有效的信号，因此没有一种方法可告知操作于一个有效的信号，因此没有一种方法可告知操作员信号存在的误差。操作员可以怀疑信号受到了干员信号存在的误差。操作员可以怀疑信号受到了干扰或者限制，但是没有办法确定究竟是畸变还是过扰或者限制，但是没有办法确定究竟是畸变还是过程发生了变化。程
42、发生了变化。一个接收到的一个接收到的_信号则忠实于起始信号则忠实于起始被传送的信号。例如，若信号高电平被传送的信号。例如，若信号高电平为为5V，代表逻辑，代表逻辑“1”；信号低电平为；信号低电平为0V，代表逻辑，代表逻辑“0”。若因为干扰使高。若因为干扰使高电平降到电平降到4V或使低电平升到或使低电平升到1V时，时，4V仍代表数字仍代表数字“1”，1V仍代表数字仍代表数字“0”，数字信号并没有失真。数字信号并没有失真。_信号优越的保真度正是它们被光信号优越的保真度正是它们被光盘和自动化领域采用的原因，它不但盘和自动化领域采用的原因，它不但带来了较高的精度，而且带来了较高带来了较高的精度，而且带
43、来了较高的置信度。的置信度。试将图示英文翻译成中文试将图示英文翻译成中文厂厂-广域网广域网办公自动化办公自动化局域网局域网显示系统显示系统现场总线网络现场总线网络工厂（现场）仪工厂（现场）仪表表&控制系统控制系统工厂网络的工厂网络的层次结构层次结构1.4（自编）（自编）控制回路如图所示，试回答下列问题：控制回路如图所示，试回答下列问题：（1）说明控制回路的名称）说明控制回路的名称（2）写出控制回路总的延迟时间表达式）写出控制回路总的延迟时间表达式（3）哪个控制回路迟延大？）哪个控制回路迟延大？（4）两种控制回路迟延不同的主要原因是什么？）两种控制回路迟延不同的主要原因是什么？Hardware
44、reduction.(1)将图中的英文翻译成中文将图中的英文翻译成中文(2)说明说明AI、PID、AO的含义的含义(3)说明说明AI、PID、AO在两种控制系统的安装位置在两种控制系统的安装位置(4)此图说明了此图说明了FIELDBUS的哪些优点？的哪些优点？(1)将图中的英文翻译成中文将图中的英文翻译成中文(2)说明说明AI、PID、AO的含义的含义(3)说明说明AI、PID、AO在两种控制系统的安装位置在两种控制系统的安装位置(4)此图说明了此图说明了FIELDBUS的哪些优点？的哪些优点？Installation Savings(1)将图中的英文翻译成中文将图中的英文翻译成中文(2)此图
45、说明了此图说明了FIELDBUS的哪些优点？的哪些优点？(1)将图中的英文翻译成中文将图中的英文翻译成中文(2)此图说明了此图说明了FIELDBUS的哪些优点？的哪些优点？（1）说明图示阀门的通信方式）说明图示阀门的通信方式（2）左图）左图I/O信号有几个，试说明各信号的含义。信号有几个，试说明各信号的含义。（3）右图）右图I/O信号有几个，试说明各信号的含义。信号有几个，试说明各信号的含义。（4）此图说明了）此图说明了FIELDBUS的哪些优点？的哪些优点？填空填空 一台带阀门定位器的调节阀。阀上有一台带阀门定位器的调节阀。阀上有_的输的输出信号（即位置控制信号）、出信号（即位置控制信号）、
46、_阀位信号、阀位信号、_阀位信号、阀位信号、_阀门信号。阀门信号。模拟通信方式下的带阀门定位器的调节阀至少需模拟通信方式下的带阀门定位器的调节阀至少需要要_连接，而现场总线只需要连接，而现场总线只需要_即可替代。即可替代。对于具有对于具有_输出的现场总线执行器，当阀门输出的现场总线执行器，当阀门的行程超过一定的距离的行程超过一定的距离(如如2km)时；当腐蚀性介质时；当腐蚀性介质流过阀门到一定的数量流过阀门到一定的数量(如如2000m3)时；当运行的时时；当运行的时间超过一定年限间超过一定年限(如如2年年)时；当阀门已经损坏时。时；当阀门已经损坏时。中央控制室只要得到上述四个信息中的任何一个，
47、中央控制室只要得到上述四个信息中的任何一个，就要采取措施修理阀门了。就要采取措施修理阀门了。在控制领域采用在控制领域采用_技术，而不是在问题技术，而不是在问题发生后再做出反应，能够使现场总线仪表和控发生后再做出反应，能够使现场总线仪表和控制系统更好地工作。制系统更好地工作。现场总线仪表的强大功能，不仅局限于闭环现场总线仪表的强大功能，不仅局限于闭环回路控制、先进的连续控制和间断性控制，而回路控制、先进的连续控制和间断性控制，而且还能实现且还能实现_功能。功能。_能够延长仪表的运行寿命，允许预先能够延长仪表的运行寿命，允许预先校正，减少由于仪表和程序问题而发生的停机校正，减少由于仪表和程序问题而
48、发生的停机(工工)时间，减少部件和人工上所花的费用，提高时间，减少部件和人工上所花的费用，提高运行的安全性和经济性。火力发电厂状态检修运行的安全性和经济性。火力发电厂状态检修的实现，在很大程度上要依赖于控制仪表的的实现，在很大程度上要依赖于控制仪表的_功能。功能。问答题问答题什么是现场总线？什么是现场总线？现场总线的本质含义是什么？现场总线的本质含义是什么？什么是现场通信网络？什么是现场通信网络？什么是现场设备互连？什么是现场设备互连？什么是互操作性？什么是互操作性？什么是分散功能块？什么是分散功能块？通信线供电的含义是什么？通信线供电的含义是什么？开放式互连网络的含义是什么？开放式互连网络的
49、含义是什么？简要概述现场总线优势有哪些？简要概述现场总线优势有哪些？现场总线如何完成控制策略？现场总线如何完成控制策略？现场总线的产生因素有哪些？现场总线的产生因素有哪些？传统控制系统的缺点有哪些？传统控制系统的缺点有哪些？现场总线控制系统的优点有哪些？现场总线控制系统的优点有哪些？填空填空_指生产现场各控制设备之间的指生产现场各控制设备之间的通信传输线。通信传输线。_是应用于生产现场，在现场控是应用于生产现场，在现场控制设备之间、现场控制设备与监控装置之制设备之间、现场控制设备与监控装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。术。随着网络化控制系统的技术
50、发展，随着网络化控制系统的技术发展，_成为工业数据通信与控制网络技术成为工业数据通信与控制网络技术的代名词。的代名词。_的节点是现场设备或现场仪表。的节点是现场设备或现场仪表。_具有互换性和互操作性。具有互换性和互操作性。_的节点不是传统的单功能的现场仪的节点不是传统的单功能的现场仪表表,而是具有综合功能的智能仪表。而是具有综合功能的智能仪表。试用数学符号表示图示的三者关系。试用数学符号表示图示的三者关系。现场总线内涵是什么？现场总线内涵是什么？FCS的优势的优势FCS的信号传输实现了的信号传输实现了_FCS的系统结构是的系统结构是_FCS的现场设备具有的现场设备具有_FCS的通信网络为的通信
