第7章 现场总线控制系统

知识点： 技能点： 学习目标 ●掌握现场总线控制系统的基本概念及技术特点 ●掌握基金会现场总线基本概念 ●了解几种典型的现场总线 ●了解现场总线控制系统的构成 ●了解Delta V系统的构成及技术特点 ●了解Delta V现场总线系统设计上需要注意的问题 ●结合实例理解Delta V现场总线系统在生产装置中的应用 技能点： ●能够根据配置现场设备计算单根总线电缆长度 ●结合实例学习Delta V系统的组态 ●结合实例掌握现场总线回路的测试 学习目标

7.1 现场总线概述 7.1.1 现场总线的基本概念 现场总线是将自动化系统最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络。 7.1 现场总线概述 现场总线是将自动化系统最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络。 7.1.1 现场总线的基本概念 现场总线控制系统（FCS）实现将自动化系统现场控制装置与现场智能仪表互连的实时网络控制系统。

现场总线的技术特点： 现场总线的优越性： (1)系统的开放性 (2)互可操作性与互用性 (3)现场设备的智能化与功能自治性 (4)系统结构的高度分散性 (5)对现场环境的适应性 (1)节省硬件数量与投资 (2)节省安装费用 (3)节省维护开销 (4) 具有高度的系统集成主动权 (5)提高了系统的准确性与可靠性

7.1.2 现场总线技术发展概况 1.现场总线的产生 2.现场总线技术的现状 3.现场总线技术的发展趋势

7.1.3 几种典型的现场总线 1.基金会现场总线 2.Profibus 现场总线 3.ControlNet 现场总线 4.CAN总线 5.DeviceNet 总线 6.LonWorks 总线 7.HART总线 8.Modbus总线 9.CC-Link总线

7.2 现场总线控制系统构成原理 7.2.1 现场总线控制系统的硬件构成 5.计算机服务 6.数据库 3.设备管理系统 4.通信系统 7.2 现场总线控制系统构成原理 7.2.1 现场总线控制系统的硬件构成 5.计算机服务 6.数据库 3.设备管理系统 4.通信系统 2.控制系统 1.测量系统 图7.1 现场总线控制系统体系结构

7.2.2 现场总线控制系统的软件 1.操作系统 2.网络管理软件 3.通信软件 4.组态软件 企业管理层 (数据网络) 过程监控层 7.2.2 现场总线控制系统的软件 企业管理层 (数据网络) 1.操作系统 2.网络管理软件 3.通信软件 4.组态软件 过程监控层 (数据网络) 现场控制层 (控制网络) 图7.1 现场总线控制系统体系结构

7.3 Dleta V现场总线控制系统简介 7.3.1 系统概述 7.3.1 系统概述 ➢ Delta V系统是Fisher-Rosemount 公司依据现场总线FF标准设计出的兼容现场总线功能的全新控制系统. ➢它充分发挥众多DCS 的优势，如系统的安全性、冗余功能、集成的用户界面、信息集成等. ➢克服传统DCS的不足，具有规模灵活可变、使用简单、维护方便的特点。

7.3.2 Delta V系统的构成 Delta V系统工作站(1)Professional Plus工作站 (3)操作员工作站 (4)应用工作站 接口 系统软件 (1)Delta V Explorer软件 (2)Control Studio软件 (3)Graphics Studio软件 图7.4 Delta V系统构成

7.3.3 Delta V系统在工业生产过程控制中的应用 1.系统结构 图7.5 系统构成

➢某石化公司年产30万吨聚丙烯装置挤压风送单元采用Delta V现场总线控制系统。系统共使用2个现场总线网段，采用Emerson公司的温度变送器848T来检测风机轴承温度，8台风机共64个温度监控点。 ➢聚丙烯装置挤压风送单元共有8台风机，每台风机有8个电机绕组及轴承温度需要在操作站上显示并报警。一旦某台风机轴承温度超过120℃，联锁系统将动作而使某台风机停车。系统的第7个控制器的第24卡设置为H1卡，并设两个冗余网段，每个网段配置4个848T，每个848T带8个温度点，系统的构成如图7.5所示。

848T是安装在现场的基于基金会现场总线的8通道温度变送器。 H1卡为现场总线通信卡，H1卡下带有2个port（端口），每个端口带一个网段即2个网段通过冗余的P+F安全栅模块（HD2-FBPS-1500）与现场总线仪表连接。 图7.5 系统构成

2.现场总线控制系统设计时需要注意的问题 (1)在硬件方面 ①每个总线网段上FF设备数量规定 ②每根总线电缆长度规定 ③每个总线网段电源的规定 ④FF总线电缆连接的规定 (2)在软件方面 ①要限制一个现场总线网段上的通信量 ②指定这些功能块是在现场总线设备中执行或在DCS 控制器中执行

3.组态过程 4.现场总线回路的测试

本章小结 ➢现场总线控制系统是在计算机网络技术、通信技术、微电子技术飞速发展的基础上与自动控制技术相结合的产物。 ➢它实际模拟式仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统后的新一代控制系统。 ➢本章介绍了现场总线控制系统的基本概念、技术特点及现场总线控制系统的发展、现状及发展趋势. ➢还介绍了CAN、Lonwork、Hart、Modbus、CC-LINK等几种典型的现场总线，重点介绍了基金会现场总线，其前生是以Fisher-Rosemount公司为首，1994年联合Honeywell公司成立“现场总线基金会（Fieldbus Foundation）”。 ➢该基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备、DCS制造企业、科研机构和最终用户，所以具备足以左右该领域自控设备发展方向的能力，因此基金会现场总线规范具有一定的权威性。

思考题与习题 1.现场总线的定义是什么？ 2.现场总线有哪些技术特点？ 3.现场总线与以往的模拟式控制系统、数字式控制系统及集散式控制系统相比有哪些优越性？ 4.从现场总线的发展中了解仪表控制系统经过哪几个阶段？体会现场总线技术的实质精髓是什么？

思考题与习题 5.基金会现场总线分为哪两种？试分析基金会现场总线技术的通信模型。 6.试解释通信系统的一些基本术语。 7.工业通信网络有几种拓扑结构？ 8.简述Delta V系统的构成及技术特点。