现场总线课后答案

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现场总线课后答案第一章现场总线技术概述 1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段?大致经历了四个发展阶段,具体如下:20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统;直接数字控制系统;70年代中期出现集散控制系统;90年代后期现场总线控制系统。控制系统的结构包括哪几部分?包括三部分:分散过程控制装置部分,操作管理装置部分,通信系统部分 3.现场总线的基本定义?现场总线(Fieldbus):是用于过程自动化或制造自动化中的,实现智能化现场设备传输宽带传输异步转移模式ATM 7.在载带传输中有哪几种常用的数据表示方法?调幅方式、调频方式、调幅方式8.在数据通讯系统中,通常采用哪几种数据交换方式? 线路交换方式报文交换方式报文分组交换

方式9.比较通信系统中的几种拓扑结构。星型结构:在星形拓扑中,每个站通过点-点连接到中央节点,任何两站之间通信都通过中央节点进行。中央节点的结构显得比较复杂,对其要求较高。环型结构:通过中继器进行点-点连接,构成一个封闭的环路。中继器接收前驱站发来的数据,发往后继站。链路是单向的,工作站需有较复杂的网路处理功能。总线型结构:在总线拓扑中,传输介质是一条总线,工作站通过相应硬件接口接至总线上。一个站发送数据,所有其它站都能接收。

10.介质访问控制方式主要有哪两种?说明各自的含义。/CD(载波监听多路访问/冲突检测) 。载波监听CSMA的控制方案是先听再讲。一个站要发送,首先需监听总线,以决定介质上是否存在其他站的发送信号。如果介质是空闲的,则可以发送。如果介质是忙的,则等待一定间隔后重试。 2.令牌访问控制方式。令牌方式是一种按一定顺序在各

站点传递令牌(Token)的方法。谁得到令牌,谁才有发报权。11.什么样的现场设备可以作为现场控制网络节点?举出几个例子。具有计算与通信能力的测量控制设备可以作为现场控制网络节点。例如限位开关、感应开关等各类开关;条形码阅读器;光电传感器;温度、压力、流量、物位等各种传感器、变送器;可编程逻辑控制器PLC;PID 等数字控制器;各种数据采集装置等。

12.现场控制网络完成哪些通信任务?

1.将现场运行的各种信息(现场设备的运行参数、状态以及故障信息等)传送到远离现场的控制室;

2.又将各种控制、维护、组态命令等送往位于现场的测量控制现场设备中;

3.现场级控制设备之间数据联系与沟通;

4.还要在与操作终端、上层管理网络的数据连接和信息共享中发挥作用。13. ISO/OSI参考模型为哪7层?各层的主要功能是什么?ISO/OSI的7层参考模型包括:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、

表示层和应用层。物理层(physical layer)主要是处理机械的、电气的和过程的接口,以及物理层下的物理传输介质等问题。数据链路层(data link layer)的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能,使之对网络层显现为一条无错线路。网络层(network layer)关系到子网的运行控制,其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路。传输层(transport layer)的基本功能是从会话层接收数据,并且在必要时把它分成较小的单元,传递给网络层,并确保到达对方的各段信息正确无误。会话层(Session layer)允许不同机器上的用户建立会话(session)关系。表示层(presentation layer)完成某些特定功能,例如用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。应用层(application layer)包含大量人们普遍需要的协议。14.常用的网络互联设备有哪些?各自对应OSI参考模型的哪一层?1.物理层使用中继器(Repeater),通过复制位信号延伸

网段长度 2.数据链路层使用网桥(bridge),在局域网之间存储或转发数据帧 3.网络层使用路器(Router)在不同网络间存储转发分组信号 4.传输层及传输层以上,使用网关(gateway)进行协议转换,提供更高层次的接口第三章PROFIBUS总线1、PROFIBUS 哪三个兼容部分组成?各自应用的行业有哪些?2、PROFIBUS-PA、DP、FMS 通信模型包括哪几层?PROFIBUS 通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层和第2层,其中FMS还采用了第7层,另外增加了用户层。6、PROFIBUS 的总线存取控制机制是什么?主站之间采用令牌总线机制,主站与从站之间采用主从机制。7、PROFIBUS-DP 的主要功能是什么?1)DP主站和DP从站间的循环用户数据传输; 2)各DP从站的动态激活和撤消; 3)DP从站组态的检查; 4)强大的诊断功能,三级诊断信息; 5)输人或输出的同步; 6)通过总线给DP从站赋予地址; 7)通过总线对DP

主站(DPM1)进行配置; 8)每个DP 从站最大为246字节的输人和输出数据。

8、PROFIBUS控制系统有哪几部分组成?1.一类主站一类主站指PLC、PC或可做一类主站的控制器。一类主站完成总线通信与管理。2.二类主站二类主站指操作员工作站、编程器、操作员接口等。完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。3.从站分散式I/OPLC驱动器、传感器、执行机构等现场设备9、简述RS-485传输技术的基本特征。网络拓扑:线性总线,两端有有源的总线终端电阻;传输速率:/s—12Mbit/s;介质:屏蔽双绞电缆,也可取消屏蔽,取决于环境条件;站点数:每段32站,127站;插头连接:9针D型插头第五章监控组态软件的功能和使用1.组态及组态软件的概念使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置,达到使计算机或软件按照预先设置,自动执行待定任务,满足使用者要求的

目的。开发商事先开发好一套具有一定通用性的软件开发平台,生产若干种规格的硬件模块,然后,再根据用户的要求在软件平台上进行二次开发以及硬件模块的连接。这种软件的二次开发工作就称为“组态”,相应的软件开发平台就称为“监控组态软件”,简称“组态软件”。 2.监控组态软件主要解决哪些问题? 如何与采集、控制设备间进行数据交换;使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来;处理数据报警及系统报警;存储历史数据并支持历史数据的查询;各类报表的生成和打印输出;为使用者提供灵活、多变的组态工具,可以适应不同应用领域的需求;最终生成的应用系统运行稳定可靠;具有与第三方程序的接口,方便数据共享。第六章基金会现场总线 1. FF总线特点。可以工作在生产现场,并能适应本质安全防爆的要求,还可以通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。传输速

率的典型值为/s。 2.基金会现场总线通信模型只具备ISO/ OSI参考模型中的哪几层?它们各自的作用是什么?基金会现场总线的参考模型只具备了ISO/OSI参考模型七层中的三层,即物理层、数据链路层和应用层,并在原有ISO/OSI参考模型第七层应用层之上增加了用户层。物理层规定了信号如何发送;数据链路层规定如何在设备间共享网络和调度通信;应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式。用户层则用于组成用户所需要的应用程序,如规定标准的功能块、设备描述,实现网络管理、系统管理等。 3.何谓FF现场总线的通信栈?FF总线的参考模型中的数据链路层和应用层统称为通信栈。 4.按照各部分在物理设备中要完成的功能可分为三大部分:通信实体、系统管理内核、功能块应用进程。 5.物理层被分为哪两层?媒体相关子层和媒体无关子层。 6. FF总线的信号哪几种信号

编码组成?协议报文编码、前导码、帧前定界码、帧结束码。7. FF总线通信设备类型按照各自的通信能力分为哪三类?链路主设备、基本设备和网桥8. FF总线的通信活动归结起来有哪两类?

通信与现场总线课程设计报告书

电气工程学院 通信与现场总线课程设计

目录 一:设计任务 (4) 理想模型: (4) 实验中用到的任务模型 (5) 二:力控软件平台建立的实验模型 (5) 三、实验设备与仪器 (6) 四、设计思路与过程 (6) 五、调试和功能 (13) 六、联机调试:C/S方式的远程控制 (26) 七、课设总结与心得 (29)

(一)本次课程设计题目: 通过三维力控组态软件实现对搅拌罐的网络控制 (二)主要容及要求 在组态软件Forecontrol V6.1平台上,通过工业以太网,分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式(浏览器/服务器)完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台,实现对搅拌罐PLC控制系统(含本地控制和远程控制)的网络控制。 独立完成,承担系统设计、系统分析、组态软件的学习与编程、网络系统调试等任务,要求提供最终的解决程序(验收)和相关文件,并以报告论文方式说明实现的思路及工程应用前景。 (三)进度安排: (1)在第一次课堂上了解并知道了Forecontrol V6.1软件的初步使用。 (2)根据相关资料,熟悉并设计并完成客户端组态软件的实际工艺流程界面界面的绘制。 (3)对搅拌罐工程相关控制进行了编程。 (4)熟悉服务器端通信参数的要求,完成C/S的网络控制。 (4)3月30日在实验室完成整个系统的软件调试及最后联机调试。 (5)撰写设计报告。

通过三维力控组态软件实现 对搅拌罐的网络控制 一:设计任务 在组态软件Forecontrol V6.1平台上,通过工业以太网,分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式(浏览器/服务器)完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台,实现对搅拌罐PLC控制系统(含本地控制和远程控制)的网络控制。 本次课程设计中,我们主要运用了C/S(客户端/服务器)方式,实现对搅拌罐PLC控制系统(含本地控制和远程控制)的网络控制。 理想模型:

现场总线控制系统的现状和发展前景

现场总线控制系统的现状和发展前景 序言 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展,传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革,开始向网络化方向发展。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统(DCS)后,今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。 现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础,沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络,而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术,是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术,是能应用于各种计算机控制领域的工业总线,因现场总线潜在着巨大的商机,世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域,由于现场总线技术的不断创新,过程控制系统由第四代的DCS 发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统,已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号,在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上,大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用,许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争,仍未形成一个统一的标准,目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础,这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法,将极大地推动整个工业领域的技术进步,对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。 现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术,是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成,也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过10年的研发、试验和局部应用阶段,现已开始大量地在中小系统中应用,并开始在超大规模的自动化系统工程中应用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱,它的出现正在引起工业控领域的一次前所未有的技术革命。现场总线不仅仅是分散于最底层的控制系统,而且是建立于整个工业体系的通信系统,它的通信协议建立在控制策略之上,标准的编程语言(DDL)和强大的通信功能,使现场总线控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具,由于其巨大的技术优势,被认为是工业控制发展的必然趋势,将逐步取代传统的控制方法。 进入二十一世纪以来,随着我国国民经济的高速发展,我国现场总线控制系统行业保持了多年高速增长,并随着我国加入WTO, 近年来,现场总线控制系统行业的出口也形势喜人,2008年,全球金融危机爆发,我国现场总线控制系统行业发展也遇到了一些困难,如国内需求下降,出口减少等,现场总线控制系统行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面,2009年,随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷,我国现场总线控制系统行业也逐渐从金融危机的打击中恢复,重新进入良性发展轨道。

现场总线技术及控制系

现场总线技术及控制系统 摘要:文章介绍了现场总线的概念,回顾了其产生及发展历程,分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的特点和优点。针对当前流行的几种现场总线,简要介绍了各自的技术特色,指出控制系统的开放互连是发展的必然。 关键词:现场总线,集散控制系统,分布式控制,FCS,DCS,开放式互连系统 一、前言 七十年代以前,控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递,其精度差、受干扰信号影响大,因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。七十年代末,随着大规模集成电路的出现,微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统,控制效果得到提高;但是尽管如此,还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展,控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统(如集散控制系统)无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃,这次变革的基础就是现场总线技术的产生。 现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络,它也被称为现场底层设备控制网络(INFRANET)。80年代以来,各种现场总线技术开始出现,人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高,从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会(ISA)于1984年开始制订现场总线规范,在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等,各种现场总线规范陆续形成。其中主要的有:基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)、控制局域网络CAN(Controller Area Network)、局部操作网络LonWorks(Local Operating Network)、过程现场总线PROFIBUS(Process Field Bus)和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是,总线规范的制定工作并非一帆风顺,由于行业与地域发展等历史原因,加上各公司和企业集团受自身利益的驱使,致使现场总线的国际化规范工作进展缓慢。但是不论如何,制定单一的开放国际现场总线规范是发展的必然。 二、当前流行的几类现场总线 1、基金会现场总线FF 基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种 技术。其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首,联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首,联合欧洲等地150家公司制定的World

集散控制系统期末考试试题库及答案解析(1)

集散控制系统期末考试试题库及答案解析 一、填空 4. TDC3000系统中,一条LCN网最多可连40 个模块,通过扩大器可连64 个模块。 5. CS3000系统主要由操作站、现场控制站、工程师站、通信总线、通信网关等部分组成。 7.现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构、计算机局部网络的底层控制网络。 9.现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器、现场总线-电流变换器等。 10. PROFIBUS现场总线的组态软件是STEP7。 11.计算机控制系统由:工业控制机生产过程组成。 12.计算机控制系统按参与控制的计算机不同,可分为工业控制机控制系统、PLC控制、单片机控制 20. CS3000集散控制系统的FCS有标准型、扩展型、紧凑型三种。 22.计算机控制系统按其结构不同可分为集中结构、分散结构大类。 23.集散控制系统由:工业控制机、通信网络、现场检测控制设备大部分组成。 25.集散控制系统又称为分散控制系统,英文简称DCS ,现场总线控制系统简称为FCS 。

二、名词解释 数据采集系统:计算机只承担数据的采集和处理,而不直接参与控制。 直接数字控制系统:计算机既采集数据,又对数据进行处理,并按照一定的控制规律进行运算,其结果经输出通道作用到控制对象,使被控变量符合要求。 现场总线控制系统:利用现场总线将分布在工业现场的各种智能设备和I/O单元方便的连接在一起构成的系统。 实时控制:计算机在规定的时间内完成数据的采集、、计算和输出。 传输速率:单位时间内通信系统所传输的信息量,一般以每秒种能够传输的比特数来表示,其单位是bps。 计算机控制系统:利用计算机来实现工艺过程自动控制的系统。 集散控制系统:是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层结构形式、局部网络通信的计算机综合控制系统。 现场总线: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。组态:利用软件工具将计算机的软硬件及各种资源进行配置,使其按预定的功能实现特定的目的。 串行传输:把数据逐位依次在信道上进行传输的方式。 通信协议:通信双方共同遵守的规则,包括语法、语义、时序。 监督计算机控制系统:简称SCC系统,是一种两级微型计算机控制系统,其中DDC级计算机完成生产过程的直接数字控制。 分级控制系统:由多台计算机完成不同的控制功能和对多个设备的控制,其特点是控制分散、危险分散。 模拟通信:通信系统中所传输的是模拟信号,通常采用0-10m A DC或4-20m A DC电流信号传输信息。 数字通信:通信系统中所传输的是数字信号。 并行传输:把数据多位同时在信道上进行传输的方式。 开放系统互连参考模型:信息处理领域内最重要的标准之一,是一种框架模型,它将开发系统的通信功能分为七层,描述了各层的意义及各层的命名和功能。 六、问答题 1.操作站的主要功能:为过程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。工程师站的主要功能:控制系统组态的修改、控制参数的调试 监控计算机的主要功能:在车间管理级与过程优化级之间起到信息传递的作用,同时可对信息进行优化计算,为系统决策提供参考。 2.组态设计的一般步骤如下: (1)组态软件的安装按照要求正确安装组态软件,并将外围设备的驱动程序、通信协议等安装就绪。 (2)工程项目系统分析首先要了解控制系统的构成和工艺流程,弄清被控对象的特征,明确技术要求,然后再进行工程的整体规划,包括系统应实现哪些功能、需要怎样的用户界面窗口和哪些动态数据显示、数据库中如何定义及定义哪些数据变量等。

现场总线基础知识

现场总线基础知识 现场总线技术综述 现场总线(Fieldbus)是80年代末、90年代初国际上发展形成的,用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础,沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络,而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术,已经受到世界范围的关注,成为自动化技术发展的热点,并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层,作为工厂设备级基础通讯网络,要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点。 具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定,多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点,现场总线系统从网络结构到通讯技术,都具有不同上层高速数据通信网的特色。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统,也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代,把4~20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代,把数字计算机集中式控制系统称为第三代,而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统,一方面,突破了DCS系统采用通信专用网络的局限,采用了基于公开化、标准化的解决方案,克服了封闭系统所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构,变成了新型全分布式结构,把控制功能彻底下放到现场。可以说,开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 现场总线技术在历经了群雄并起,分散割据的初始阶段后,尽管已有一定范围的磋商合并,但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有:FoudationFieldbus (FF)、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特色,在不同应用领域形成了自己的优势。本文将在简要描述现场总线技术特点的基础,紧扣系统的可靠性、实用性等,介绍现场总线网络结构、体系结构等关键技术及目前较为流行的几种有实力的现场总线技术的现状,最后阐述现场总线的发展趋势与技术展望。 一、现场总线的技术特点 1、系统的开放性。开放系统是指通信协议公开,各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换,现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性,强调对标准的共识与遵从。一个开放系统,它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的,开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 2、互可操作性与互用性,这里的互可操作性,是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通,可实行点对点,一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 3、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等

最新过程控制系统考试试题汇总

精品文档过程控制系统考试试题汇总(预测) 编辑:郭长龙河南工业大学 一:填空题28分 1?过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。 2.过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3?过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。 4.过程检测仪表的接线方式有两种:电流二线制四线制、电阻三线制 5?工程中,常用引用误差作为判断进度等级的尺度。 6?压力检测的类型有三种,分别为:弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测 7?调节阀按能源不同分为三类:气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀&电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。 9 ?气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 10. 理想流量特性有四类,分别是直线、对数、抛物线、快开。 11. 过程数学模型的求取方法有三种,分别是机理建模、试验建模、混合建模。 12?PID调节器分为模拟式和数字式两种。 13?造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用,外因是控制器长期存在偏差。 14?自动控制系统稳定运行的必要条件是:闭环回路形成负反馈。 15?DCS的基本组成结构形式是三点一线”。 二:名词解释20分 1?过程控制:指根据工业生产过程的特点,采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具,应用控制理论,设计工业生产过程控制系统,实现工业生产过程自动化。 2?积分饱和:在积分控制范围内,积分控制输出与偏差的时间积分成正比,当控制输出达到一定限制后就不在继续上升或下降,这就是积分饱和现象。 3?串级控制系统:值采用两个控制器串联工作,主控制器的输出作为副控制器的设定值,由副控制器的输入去操纵调节阀,从而对住被控变量具有更好的控制效果。 4?比例控制系统:凡是两个或多个参数自动维持一定比例关系的过程控制系统,称为比例控制系统。5均匀控制系统:控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统,称为均匀控制系统。6?超驰控制系统:指在一个控制系统中,设有两个控制器,通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号,实现对生产过程的自动化控制。 7?分程控制系统:一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。 8?阀位控制系统:是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。 9?集散控制系统:是把控制技术、计算机技术、图像显示技术及通信技术结合起来,实现对生产过程的监视控制和管理的系统。 10?现场总线:是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络,具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点,是工业控制网络向现场级发展的产物。 三:简答题32分 1?什么是PID,它有哪三个参数,各有什么作用?怎样控制? 答:PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为: (1 )比例参数KC,作用是加快调节,减小稳态误差。 (2)积分参数Ki,作用是减小稳态误差,提高无差度 精品文档

现场总线设计报告

# 重庆科技学院 课程设计报告 院(系):_电气与信息工程学院专业班级: 测控普2007-01 学生姓名: 黄亮学号: 99 设计地点(单位)__ I502________ __ ______ 设计题目:__基于WinCC和S7-300的温度测控系统__ * 完成日期:2010年 12 月 10 日 指导教师评语: _______________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ________________________________ __________ _ 成绩(五级记分制):______ __________ 指导教师(签字):________ ________ <

目录

1课程设计任务书 设计题目:基于WinCC和S7-300的温度测控系统 教研室主任:指导教师:胡文金、刘显荣 2010 年 11月 26 日

2温度控制对象概述 温度是流程工业中极为常见的热工参数,对它的控制也是过程控制的一个重点。随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高,温控系统的控制技术得到了迅速发展,能否成功地将温度控制在所需范围内,关系到整个活动的成败,由于控制对象的多样性和复杂性,导致采用的温控手段的多样性,且控制对象普遍具有时间常数大、纯滞后时间长、时变性较明显等特点,给控制带来一定难度。 在本次设计中采用的是TKPLC-2型温度加热器。 功能特点与技术参数 TKPLC-2型温度加热器是包括三个模块,电压驱动模块、电阻丝加热模块以及电流输出模块,温度加热器功率为50W。电压输入为0-5V,电流采用标准的DDZⅢ型4-20mA输出信号,温度传感器采用Pt100,测温范围0-200℃,Pt100采用电桥连接。电阻丝温度变化大概为0-100℃,因此满足实验的要求。 控制手段 温度控制对象由于存在比较大的滞后,控制快速性以及控制精度较难权衡,因此控制比较复杂。针对各种温度控制对象,已经有了各种不同的温度控制方法,包括最经典的PID控制算法,模糊控制算法,神经网络控制,最优控制等等,这些控制算法各有各自的特点及优势。 由于实验的条件以及自身的知识水平,采用最经典的PID控制算法作为本次课程设计的核心温度控制算法。整个控制流程为:由温度加热器的自带的温度传感器Pt100实时测量温度,再由温度加热器内部调理电路,将温度信号转换为4-20mA的电流信号,电流信号通过电缆传送到S7300型号PLC的模拟量输入端,通过PLC内部自带的FB58温度控制PID模块控制,然后通过PLC的模拟量输出口采用0-10V(实际程序控制只需输出0-5V)方式电压输出控制温度加热器的加热电压,达到控制温度的目的。此外实验中还通过WinCC组态软件来实时监控温度控制过程,包括实时温度,PID三个参数(Kp、Ti、Td),以及输出控制流量,绘制实时曲线,棒图等。PLC通过DP总线与PC连接,WinCC组态软件通过配置PG接口与PLC连接,达到数据传输的目的。 以此,一个PID温度控制以及实施监控的控制的系统叙述完毕。

现场总线控制系统学习心得

现场总线控制系统学习心得 班级:电技131 姓名:杨秋 学号:20XX301030103 六个星期的现场总线控制系统课程已经结束,通过这段时间的学习和老师的耐心讲解,我初步了解到了这门课程的基本内容。 目前,在连续型流程生产工业过程控制中,有三大控制系统,即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识,而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。 1现场总线和现场总线控制系统的概念 根据国际电工委员会IEC61158标准的定义,现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线,即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统,称为现场总线控制系统FCS,它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。 其中,现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS,第二代为

4~20mA等电动模拟信号控制系统,第三代为数字计算机集中式控制系统,第四代为70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS。 2 现场总线技术现场总线技术将专用的微处理器置入了传统的测量控制仪表,使其各自都具有了多多少少的数字计算和数字通信能力,成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们通过普通双绞线、光纤、同轴电缆等多种途径进行信息传输,这样就能够形成以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。该网络系统按照规范和公开的通信协议,在位于生产现场的多个微机化自控设备之间,以及现场仪表与用作管理、监控的远程计算机之间,实现数据传输与信息共享,进一步构成了各种适应实际需要的自动控制系统 3 现场总线的分类 老师重点讲述了现场总线的几种类别,典型的现场总线技术包括了基金会现场总线FF,LonWork现场总线,Profibu 现场总线,CAN现场总线以及HART现场总线。其中FF总线尤为重要,按照基金会总线组织的定义,FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统,是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统,其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的,在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此,有人称FF总线为

控制网络与现场总线

控制网络与现场总线 第一章绪论 现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统,也称为开放式、全数字化、多点通信的底层控制网络CAN 总线是一种现场总线,它在工业控制领域中占有重要的地位,并已经广泛应用于汽车制造、自动化监控、三表系统及楼宇自控系统等领域。而以太网具有结构简单,工作可靠,传输速率高等特点,目前以它作企业的为上层管理网络能够很好的发挥信息交换及共享的需求。这样就形成了以CAN 为低层控制网络,由以太网组成上层管理网络的局面。然而企业生产需要下层与上层的信息交换,而异构网络是不能直接进行信息交换的,如何有效的实现这种信息交换,成为目前的一个热点问题。 1.1 研究背景及意义 1.1.1 现场总线控制系统 现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点和双向通信的数据总线。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力,采用可进行简单连接的双绞线等作为总线,把多个测量控制仪表连接成网络系统,并按公开、规范的通信协议,在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间,实现数据传输与信息交换,形成各种适应实际需要的自动控制系统。现场总线的出现正符合了现代工业生产领域中的测控系统的需求,即通过测控仪器或系统从生产现场获得各种参数,通过自控手段,使生产各环节得到优化。 1.1.2 以太网技术 近年来,以太网在工业控制领域的应用逐渐的广泛起来,它具有通信速率高、软硬件产品丰富和应用支持技术成熟等优点,目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了一定程度的应用,并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。但是由于普通以太网所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的,而未针对较恶劣的工业现场环境来设计(如

现场总线控制系统

现场总线控制系统Newly compiled on November 23, 2020

南阳理工学院自动控制仪表课程报告 学院(系):机械与汽车工程学院 专业:测控技术与仪器(升)学生: *** 指导教师: * * 完成日期2015年 12 月

自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 总计:自动控制仪表课程报告 20 页 插图: 14 幅

自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 学院(系):机械与汽车工程学院 专业:测控技术与仪器(升) 学生姓名: *** 学号:1%%%%%%% 指导教师(职称):(高级工程师) 评阅教师: 完成日期: 2015年12月 南阳理工学院 Nan yang Institute of Technology

现场总线控制系统 测控技术与仪器(升) *** [摘要]技术自推广以来,已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。现场总线的技术推广有了三、四年的时间,已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。应用的总线协议主要包括、、Foundation、、Interbus_S 等。在汽车行业,现场总线控制技术应用的非常普遍,近两年国内新的和旧的生产线的改造,大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛,从单机设备到整个生产线的输送系统,全部采用现场总线的控制方法。而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。 [关键词] 现场总线;工业控制;应用广泛 Fieldbus control system Measurement & Control Technology and Instruments Major(l) *** Abstract:Field bus technology, since the promotion has been all over the world should be used in industrial control fields. Fieldbus technology popularization has three or four years, has been or are being used in metallurgy, automobile manufacturing, tobacco machinery, environmental protection, petrochemical, electric power, textile machinery and other industries. Application of bus protocol mainly includes the PROFIBUS, DeviceNet, Foundation, Fieldbus, Interbus_S, etc. In the automotive industry, the field bus control technology application is very common, in the past two years the domestic new and the old production line of auto production line transformation, mostly using the field bus control technology. Design of field bus control system has been applied abroad is very broad, from the single device to the transmission system of the whole production line, adopts the control method of the field bus. And domestic applications are mostly concentrated in the production line of

现场总线控制技术实验报告.

课程名称:现场总线实验任课教师:廉迎战 学院:自动化 专业班级: 学号: 学生姓名:

2015 年6月16日 实验一频移键控法仿真实验 一.实验目的 初步掌握通信原理基础知识中频移键控法的基本原理。 能用MATLAB仿真软件,编写并调试简单的仿真程序。 二.实验主要仪器设备和材料 1. 实验用计算机 2. MATLAB仿真软件 三.实验内容 四.实验步骤及结果测试 1.安装部署MATLAB仿真环境,同时根据频移键控法要求,设置仿真环境。 2.在MATLAB环境下,输入频移键控法原理图。 原理图如下:

方法一 方法二 Repeating sequence stair:F3数字信号sine wave :100Hz信号 Sine wave1 :50Hz信号 Scope1:示波器

方法一:Switch1:选通开关//方法二:用乘法器product代替 3.在MATLAB中产生F1=50Hz和F2=100Hz的交流信号,以及需要 发送的数字信号,数字信号为:F3=01101001方波波形。 4.加载输入信号,观察仿真原理图输出信号波形,同时记录并分析。 如下图: 五.思考题 1.数字信号01101001的频移键控法输出波形表示形式如下: 输出的数字信号为10110101时,其频移键控波形如下的OUT:

1~6行输出信号分别为:1.数字信号10110101的输入信号;2. 50Hz 频率sine;3.100Hz频率sine;4. Product输出;5.product1输出; 6.add输出 2.如何实现幅移键控法的信号通讯技术? 通过信号幅值的高低映射到数字信号的1和0从而达到载波传输信号,可利用 现成的电信网,电话网等设施构成信道。

现场总线试题教学文稿

现场总线试题

1. 现在各种总线及标准不下二百种,其中 PROFIBUS现场总线、 FF现场总 线、 LONWORKS总线、 __ WorldFip现场总线、P-NET现场总线_ 等是具有一定影响和己占有一定市场份额的总线。 2.PROFIBUS 协议结构是以开放式系统互联网络为参考模型,该模型共有七层,PROFIBUS—DP定义了其中的_第一、二层和用户接口____。 3.利用OLM模块进行网络拓朴可分为三种方式_总线型、_星型 __、冗余环型 _ 。 4.有多种电源模块可以为S7-300 PLC和需要24V直流的传感器/执行器供电,如:PS305电源模块是直流供电, PS307电源模块是交流供电。 5.每个数字量模块的地址寄存器自动按__4 个字节分配,不管实际的I/O点数是否与之相同。 6.工厂自动化网络的分层结构为_现场设备层、车间监控层和_工厂管理层__三个层次。 7.OPT只适合连接__1__个无光纤接口的PROFIBUS站点到集成光纤接口的光纤网上,OBT是一个_有源的网络元件, 在网段里也是一个站点。8.PROFIBUS-DP系统行为有停止、清除、运行三种状态。 9.STEP7块的类型有组织块 ,功能 , 功能块 , 背景数据块、共享数据块 以及系统功能和系统功能块 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除

10.PROFINET支持下列三种通信方式 TCP/IP标准通讯 , 实时(RT)通讯 , 同步实时(IRT)通讯。 11.STEP7中的数据类型分为三类基本数据类型 , 复杂数据类型和参数数据 类型。 12.PROFIBUS-DP系统可包括第一类DP主站设备 , 第二类DP主站设备 , DP从站设备三种不同设备 13.PROFIBUS-DP是一种现场级主从循环的通信, 用于自动控制系统和分 散的现场设备的通信, 可取代 24V DC 或 4—20mA 信号传输 14.PROFINET由PROFIBUS国际组织推出, 是新一代基于工业以太网的自 动化总线标准. PROFINET主要有两种应用方式 CBA 适合模块化分布式的应用; I/O 适合分布式智能站点之间通信的应用 15.一个S7-300站最多可以有一个主机架和三个扩展机架 16.RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术, 常称为H2, 采用的电缆 是屏蔽双绞线 17. RS485 , IEC1158-2 ,和光纤是PROFIBUS提供的三种数据传输类型 18.西门子PLC有三种类型的启动模式暖启动 , 冷启动和热启动 19.FC和FB的临时变量储存在系统的本地数据堆栈中, 当FC或FB调用完 毕后, 这些变量空间就会被释放126 , 因此临时变量仅在FC或FB调用期 间有效 收集于网络,如有侵权请联系管理员删除

现场总线技术综述

现场总线技术综述
2008-3-3 15:51:00 来源:中国自动化网
现场总线控制系统技术是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的 工业控制技术。现场总线控制系统(FCS)的出现引起了传统的 PLC 和 DCS 控制系 统基本结构的革命性变化。 现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术 含量较低的布线工作量,使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。更重要的是从原 来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。 尤其是 20 世纪 90 年 代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来,结合 Internet 和 Intranet 的迅猛发展, 现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。 现场总线控 制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。
1 现场总线的发展
计算机控制系统的早期,采用一台小型机控制几十条控制回路,目的是降低每条 回路的成本。但由于计算机的故障将导致所有控制回路失效,所以后来发展成分布式 控制(DCS),即由多台微机进行数据采集和控制,微机间用局域网(LAN)连接起 来成为一个统一系统。DCS 沿用了二十多年,其优点和缺点均充分显露。最主要的 问题仍然是可靠性:一台微机坏了,该微机管辖下的所有功能都失效;一块 AD 板上 的模/数转换器坏了,该板上的所有通道(8 或 16 个)全部失效。曾有过采用双机双 I/O 等冗余设计,但这又增加了成本,增加了系统的复杂性。为了克服系统可靠性、 成本和复杂性之间的矛盾,更为了适应广大用户要求的系统开放性、互操作性要求, 实现控制系统的网络化,一种新型控制技术──现场总线控制系统(FCS)正迅速发 展起来。 1.1 什么是现场总线 从名词定义来讲,现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机 系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某 个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。 数据的传输介质可以是电线电 缆、光缆、电话线、无线电等等。 通俗地讲,现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并 联接线方式,从 PLC 控制各个电器元件,对应每一个元件有一个 I/O 口,两者之间需 用两根线进行连接,作为控制和/或电源。当 PLC 所控制的电器元件数量达到数十个 甚至数百个时, 整个系统的接线就显得十分复杂, 容易搞错, 施工和维护都十分不便。 为此,人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起,用一根导线来连接所有设备,所有 的数据和信号都在这根线上流通,同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根 线自然而然地称为了总线,就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿 现场, 不同于计算机通常用于室内, 所以这种总线被称为现场的总线, 简称现场总线。

现场总线技术及其应用研究论文设计

现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今,由于它在多方面的优越性,得到大围的推广,导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF(Field Bus)的概念起源于70年代,当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送,不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展,数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能,由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等容为一体的现场总线控制系统FCS(Field-bus Control System)。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备,用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络,将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构,降低了成本,提高了可靠性,实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词:现场总线技术、自动控制、发展趋势

第一章绪论 现场总线(Fieldbus)是80年代末、90年代初国际上发展形成的,用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础,沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络,而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要容的综合技术,已经受到世界围的关注,成为自动化技术发展的热点,并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 现场总线控制系统(FCS)是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4-20mA模拟传输技术,但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录)的发展,在控制领域引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言:FCS将成为21世纪控制系统的主流。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义: 目前,公认的现场总线技术概念描述如下:现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中,"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者,现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点,用总线相连接,实现相互交换信息,共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 2.2 现场总线技术产生的意义 (1)现场总线(Fieldbus)技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术;是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电

现场总线考试填空题

现场总线填空题 1、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。 2、进入国际标准IEC62026的现场总线包括:AS-I、DeviceNet、SDS和Seriplex。 3、发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传送到数据接收方的过程称为数据通信。 4、TCP/IP参数模型的四层分别是:主机至网络层、互联网层、传输层和应用层。 5、在网络中,数据有两种传输方式:基带传输和宽带传输。 6、RS-232需要进行串口通信信号测试时,可以直接将TXD和RXD相连,构成回路, 7、RS-422接口通信需要4根线,它是全双工的,RS-485接口通信需要2根线,它是半双工的。 8、PROFIBUS-DP协议的两个主要部分是用户接口层和直接数据链接映射层。 9、目前的PROFIBUS标准IEC61158提供了三种传输方式:RS-485、MBP、光纤。 10、通过MPI实现PL到PLC之间的通信有三种方式:全局数据包通信方式、无组态连接通信方式、组态连接通信方式。 11、基于PROFIBUS的远程监控系统由三层组成:底层控制层、SCADA层(现场监控层)、远程监控层。 12、CAN总线报文传送由四种不同类型的帧表示和控制:数据帧、远程帧、错误帧、超载帧,长度可变的位场是数据场。 13、CAN的直接通信距离最远达10km ,通信速率最高可达1Mbps。 14、P8xC591是个8位高性能的单片机微控制器,改进的1:1内部时钟分频器在12MHz外部时钟时实现500ns指令周期。 15、C8051F040内集成了一个12位和一个10位的逐次逼近型的A/D转换器,8位外部输入引脚可被编程为单端或差分输入。 16、USB-CAN适配器选用单向数据流方式与PC通信,使用CH375A的批量数据传输端口2上下传数据,使用中断上传端口1上传中断特征值。 17、DeviceNet的网络拓扑结构是干线-分支方式,具有线性总线拓扑结构。 18、DeviceNet现场总线的优点是开放、低价、可靠、高效。

现场总线控制系统设计

现场总线控制系统设计 发表时间:2019-06-10T16:29:37.333Z 来源:《防护工程》2019年第5期作者:华启国 [导读] 根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。 安徽天康(集团)股份有限公司 摘要:根据笔者开发项目现场总线系统的设计和试运经验,全面介绍了现场总线系统的设计原则和方法。同时也介绍了与现场总线控制系统有关的术语和概念。设计原则主要涉及系统的开放性、有效性、安全性、有效性与安全性平衡以及经济适用性等原则;设计方法包含了设计周期的两个部分———概念设计和详细设计。详细设计主要涉及网络设计、设备选型、系统组态及文档创建等。为同类系统的设计提供了可以借鉴的原则和方法。 关键词:现场总线控制系统;有效性;安全性;设计过程 引言 根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。具有全数字化、全分布、双向传输、自诊断、低成本、开放性、互操作性、智能化等特点,在石油、石化等领域获得了成功的应用。目前现场总线标准尚未统一,市场上主流产品有40种之多。现场总线控制系统的工程设计是根据生产工艺特点从市场上选择一种符合生产要求的现场总线产品并根据设计原则构建现场总线控制系统。笔者根据多年多套现场总线控制系统的设计、安装和试运经验,以苏丹穆格来得油田开发项目所使用的基金会现场总线系统为例,介绍现场总线控制系统的设计原则和设计方法,为现场总线控制系统的设计提供可以借鉴的经验。 1现场总线控制系统设计原则 1.1有效性原则 有效性是回路正常运行时间占总时间的百分比,其目的是尽量减少生产过程的损失。获得高有效性的工程实现方法有分散、诊断和冗余。分散包括网络分散、结构分散、设备物理位置分散、控制回路分散和有限停车等。冗余要求控制器冗余、链路设备冗余、I/O卡件冗余、通信模件冗余、连接介质冗余、变送器冗余和电源冗余等。除此之外,还有冗余分离、备份主设备等辅助备份技术。系统诊断是指设计中对现场总线设备丰富的状态字节和判断能力的利用,从而迅速确定过程问题、故障设备;减少平均修复时间、系统错误停车;实现备份设备间的正确切换等。另外,还有短路保护、本质安全、故障安全等辅助技术。容错是提高系统有效性的重要手段,容错是指系统在出现故障时仍能正常工作,同时又能查出故障的能力。容错包括三种功能:故障检测、故障鉴别、故障隔离。冗余是实现容错的工程方法。提高系统的诊断覆盖率水平,也可以提高系统有效性。有效性不影响系统的安全性,但系统的有效性低可能会导致装置和工厂无法进行正常生产。 1.2 安全性原则 安全性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。总线控制系统的安全性原则不同于安全相关系统。工程化的设计方法有现场系统诊断功能的利用、正确组态以及安全联锁功能的分散等。诊断包括通信故障诊断、取代差错检查、通信故障停车以及操作员通知等。正确组态包括设备组态和联锁组态。此处的分散是指将停车联锁功能置于现场总线控制设备或去往阀门定位器的通信中,从而实现安全分散。附加的安全性实现方法还有执行器位置反馈引用、动力源丢失保持以及冗余外输设计中的不一致检查等。 1.3经济适用原则 提高系统的有效性和可靠性,必然增加系统的成本。多余的冗余以及富余的安全等级是一种浪费。科学的设计方法就是根据实际的生产过程,选择合理的系统冗余度。现场总线控制系统具有强大的诊断判断功能,合理地组态,充分地利用可以在提高安全性,增加有效性的前提下,实现设计系统经济适用及够用的原则。 2 现场总线控制系统的设计方法 现场总线控制系统的工程设计与常规控制系统一样分为概念设计和详细设计两个阶段。 2.1 概念设计 现场总线变送器具有多通道和多制式的特点,可实现传统系统中多个变送器的功能。现场总线阀门定位器自带软限位参数,可减少系统的离散输入。现场总线变送器自带控制功能模块,统一了总线系统控制点和测量点。模拟和数字信号在现场总线系统中都以数字信号出现。因此,总线系统对模拟和数字以及输入和输出信号不再区别,工程设计初期不再像传统DCS那样分别计算检测、报警及控制“点”的数量,而只需根据工艺过程对控制系统的要求计算检测和控制设备的总数,并根据设备的物理和逻辑分布确定现场总线系统的初步拓扑结构,通信端口数,链路设备或接口模板数。并以此为基础生成系统设备物资清单。 2.2 详细设计 2.2.1 主站级网络设计 操作员对整个工厂的监视依赖于主站级网络的建立和运行,在控制回路使用位于不同现场级网络的设备时,跨越主站级网络的桥接必须使用。为此,工程设计时操作员站应备份,网络介质应冗余,集线器电源应独立,以确保系统有效性。主站级网络冗余有三个层次:介质冗余、整体网络冗余和以太网设备冗余。介质冗余完全工作在物理介质层,与使用协议无关。设备和端口的冗余是在较介质冗余更高的层次上实施的,与使用协议有关。 2.2.2 现场级网络设计 现场网络的拓扑结构主要有总线型和树形两种。区域内设备密度较低且分布范围较广时宜选用总线拓扑结构。根据设备清单确定现场网络数量,并计算网络端口和现场电源数量。依据选定的拓扑结构和电缆类型选择安装附件,原则上一条支线只连接一台设备。尽可能地让同一回路的设备处于同一网段中,避免不同网段间使用桥接功能,从而提高性能。现场级网络的设计应以贯穿故障条件下对系统影响最小为原则。现代工厂是区域和车间的合理划分,区域应有属于主站级网络的独立子网,子网由路由器相连。即使在冗余控制器或链路系统中,中央控

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