现场总线技术在自动化控制系统中的应用
现场总线技术在控制系统中的应用研究
个， 通过一个 ８ 位的拨码开关手动设定智能仪表的站地址 ，
然后 由中央处理 器读入 并写 入 ＳＣ Ｐ ３特定 的存储 位置 ， 位于 Ｓ ３存储 空间地 址 １Ｈ的组织参数 Ｒ＇－ ｄ， Ｗ＿ ６ －ＳＡ ｒ从而获得通讯 Ｉ
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对智能仪表参数的修改 ， 现了对智能仪表 的远 程控制和 网 实
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５ 结束语
本课 题 宗 旨在于工业 现 场总线 Ｐｏ ｂｓ Ｐ技术 与现场 ｒ ｕ． ｉ ｆ Ｄ
一
［ 作者简介］ 赵艾强（９２ ， 助研， １７ 一）男， 主要研究方向
为 电气 自动化 、 电力 电子技术等
（ 稿 日期 ：０５１－１ 收 ２ ． ９０．２０ ）
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级 Ｄ 主站是 中央控制器 ， 预定的信息周期 内与分 Ｐ 它在
（ Байду номын сангаас第５ 上 ｏ页）
散的站（ Ｄ 如 Ｐ从站） 交换信息 。典型的 Ｄ Ｍ１ ＰＥ或 Ｐ 。 Ｐ 如 Ｉ ｃ ４ ２ 二类 Ｄ ． Ｐ主站 （ Ｐ ２ ＤＭ ）
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对 ５－０ Ｌ ＂ ３０ＰＪ ７ ｃ进行硬件组态和编程 后 ， 实现对智能仪 可
表的控制 ， 并在信息周期内与智能仪表交换信息 ； 智能仪表
采集 ２ 直 流 电 压 信 号 ， 之 为通 道 １和通 道 ２通 过 对 路 称 ，
现场总线技术在电力自动化中的应用研究
【 关键词 】 现场 总线技术 ； 电力 自动化 ； 应用研 究
现场总线 是一种发源于 ９ Ｏ年代初的 国际新型技术 ．主要用在微 成访 问介质 的处理 和控 制 第二个是完 成第 ３层到第 ６层 的系统 功 机化测量监控和生产现 场两者之 间的双向串行多节 点的一种特殊 的 能 ． 就是 网络处理器 。 最后一个就是应用程序处理器 ， 执行的任务就是 通信 系统 ． 也被俗 称为数字化 、 开放化和多点通信的底层 控制 系统 。 用户代码和服务之 间的工作 芯片还具备 了一定的存储信息缓 冲区 域． 便于 Ｃ Ｐ Ｕ之间实现信息之 间的传递和交换 １ ． 现 场 总 线 的特 点 四方华能电网公司 中的 Ｃ Ｓ Ｃ ２ ０ ０ ０ 综合 变电站的 自动化 系统 就是 （ １ ） 开放特点。 传统 的控制 系统都是一个 自我封闭的环境 ， 一般情 ｏ ｎ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 现场 总线 系统 四方 公司也是 况下只可以通过工作站 的对开通讯 口进行通讯工作 在现场总线 的系 采用这种国际上最为先进 的 Ｌ 统中 ．总作战可以同时进行局域 网和现场总线 网两层 网络的工作 ， 通 过局域网可以和其他计算机 的网络进行信息的交换 ． 真正 意义上 实现 资源的共享 除此之外 ． 现 场总线 的技术是针对所有用户公开的 。 没有 任何的专利要求 ． 也实现了技术 的共享 （ ２ ） 操作特 点。不同厂家所生 产的集散式 分布控 制系统 的产 品不可 以进行相互之间 的交换 和使用 ． 如果两个公 司需要 进行设备 和技术交换 的时候 ． 必须进行全 部的交换 才可以完成 目的 但 是现场 总线系统 可以很好的实现系统之间的信息 交流和传递功能 ． 也可 以针对不 同的情况实现一 对一 、 一对 多的数字 化通信。 （ ３ ） 智能特点。 传统 的集散式分布控制系统建成使用的前提条 件是必须有控制站 、 操 作占和现场设备三层结构 ， 缺一不 可 ， 并且 信号 传输的方式还是单 向传输 ， 传输 的数据信号 的误差也很 大。但是在现 场总线系统中使用 的是最先进 的双 向数字通讯技术 ． 他 可以将工程 量
现场总线技术在电力系统自动化中的应用
现场总线技术在电力系统自动化中的应用作者：万发勤来源：《电子世界》2011年第11期【摘要】变电站自动化系统是变电站的核心系统，自动控制系统的水平将直接反映电力系统的运行、管理水平，也直接影响着电力系统的运行效率。
本文围绕现场总线技术如何在电力系统自动化中应用的问题，从技术发展、优势、标准、效益、应用、障碍等多角度透视该技术，对现场总线基本理论应用与发展进行了阐述分析。
【关键词】FCS；电力系统自动；现场总线技术一、技术优势现场总线技术(FCS)实际上是将安装在工业过程现场的智能自动化仪表和装置与设置在控制室内的仪表和控制设备连接起来的一种数字化、串行、双向、多站的通信网络。
因此现场总线的内涵已远远不是指一根通讯线或一种通讯标准。
现场总线控制系统FCS在精度、可靠性、经济性等许多方面都要比传统的控制系统要优越得多。
(1)开放性电力系统自动化是一个集传统技术改造与现代技术进步于一体的技术总体推进过程，传统的控制系统是个自我封闭的系统，一般只能通过工作站的串口或并口对外通讯。
在FCS中工作站同时靠挂于现场总线和局域网两层网络，通过后者可以与其他计算机系统或网络进行高速信息交换，以实现资源共用。
其次，现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的，没有专利许可要求，实行技术共享。
可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。
用户可按自己的需要把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统(见图1)。
(2)互操作性与互用性互操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通：而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。
在以往的DCS中，不同厂家生产的产品不能互换，要想更新技术和设备，只能全部更换。
(3)智能化与功能自治性传统的DCS至少要有操作站、控制站和现场设备三层结构，其信号传递是模拟信号的单向传递，信号在传递过程中产生的误差较大，另外系统难以迅速判断故障而带故障运行。
在FCS中采用双向数字通讯，它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。
基于现场总线的电气自动化设备管理系统分析
２ ． ３ 提高调度员的操作规范和安全 意识
在 电力调度主 网安全运 行中，加强完善现场 以防止操 作错 误外 ， 更 加应该加强调度 员的职业责任 感。一旦调度人员下令或 者调整， 往往后 参 考 文 献 果较为严重 ， 导致大 面积 的 电力系统停 电或停止运作 。为了避免这些现 １ ］ 刘 林涛 ． 浅谈 电力 调度 中安 全运 行控 制分 析 ［ Ｊ 】 ． 科技 创新 导报 ， ２ ０ １ １ 象， 可 以从 以下一些方面采取相 应控制措施： 对交接班制度 进行强化 ， 使 ［ （ ３ ５ ） ． 调度操作命令规范化 ， 调度员对事故的处理能力应该不断加强。 ［ ２ ］ 司徒 友． 电力系统调度 运行存在 的问题与解决方法探 讨【 Ｊ ］ ＿ 广 东科 技 ， ２ ． ４ 减少 系统故障
２ 生产 设备 的监 控和 管理 分析
文 中研究的生产工艺设备主要是三种类型 。 第一类 生产工艺设备只 需要具备有起 停性能 ， 比如在皮带运输 设备、 除尘 设备和搅拌 电机设 备 等方面 ， 设备 中所具有的控制功能是为保证各类 生产机械 的正常开停 工
误 。或者 一些心理素质差的调度员不清 楚电力调度系统 的运行状 况， 没 有加强对电网的监控 ，使突发 的电力事故无法及时得到有效 的处理， 从 而造成无法及时处理或使事故恶化等严重损 失。
２ ． ２ 分 析 和 控 制 调 度 运行
技术人员应 该储备一定 的知识并及 时把握各个动 向。为设备运行及 时记录数据。将技术与科技能力融入到提升 自动化运行计算过程 。减少 其 工 作 强 度 以保 证 整 理 数 据 客 观 有 效 并 且提 升 相应 的 流程 化速 度 。
３ 结 语
２ 电力调 度主 网运行 中的一 些安全 控 制措 施
基于现场总线技术的自动化控制系统在大型污水处理厂的应用
２管理层设备 ．
管理级 是 系统 的核心部 分，负责 完成对污水处理过程各部分的管理和控 制 ，并实现厂级的办公 自动化。管理级
提供人机接 １ ３，是整个控制系统与外部
设备分散 为特 点，对于控 制器 Ｐ Ｃ的 Ｌ ｌ ／ Ｏ模块 ，除了插在控制器机架上的Ｉ ／ ０ 模块外，根据现场工况，更多地用连接
选择了德国西门子 圈 １ 污水处理 ｒ 的网络 系统结构
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基于现场总线技术的 自动化控制系统 在大型污水处理厂的应用
（ 见图 ７ ： ） 底层是基于 Ｐ ＯＦ Ｕ — ＰＰ Ｒ Ｉ ＳＤ ／Ａ Ｂ 的现场级设备层控制系统 ： 上一层是基 于传输速率为１ Ｏ ／ 的光纤工业以太 ｓ Ｏ Ｍｂ 网及Ｔ ／Ｐ的车间级监控系统 ，工业 ＣＰ Ｉ 以太网向上支持工厂管理级 网络接 １及 ３ 通信驱动 和数据库接 １ 监控层 配 以 ３ Ｓ —０ Ｌ ７４ ０Ｐ Ｃ，通过光纤 和西 门子Ｏ ＳＭ 光纤交换机构建成 以太网，将污水厂分 散的大型构筑物、水处理工艺和变配电 设备链路在一起 ： 底层Ｐ ＯＦＢ Ｓ Ｄ Ｒ ＩＵ — Ｐ 通信速率为 １ Ｍｂ ｓ ２ ／ ，通过ＯＬ Ｍ光纤链 路器和Ｒ ｐ ａｅ 中继器扩展并采用光纤 ｅ ｅ ｔｒ 有 权使 用数据．并检查、利用、输入、
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基于现场总线技术的自动化控制系统 在大型污水处理厂的应用
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关键词 ： 污水处理 Ｆ Ｓ系统 Ｐ Ｃ Ｃ Ｌ
现场总线、PLC在制造自动化系统中的应用
２ 信 息化 与 制 造 业 自动 化
英 美等发 达 国家的工 业发展顺 序经 历了机 械 化 、 电气 化 、 础 自动化 、 算 机化 、 络化 和 系统 化 等 六个 阶 段 。 基 计 网 我们 实施 的是 “ 息 化 带 动 工业 化 ， 业化 促 进 信 息 化 ” 信 工
１ 引 言
制造业 是将 可用 资 源与 能 源 ， 过制 造 过 程 ， 化 为 通 转 可供 人们使 用或 利用 的工业 品或 生活 消 费 品 的行 业 。它
在 信息化 时代 的今 天 ， 解 决 制 造业 自动 化 问题 的 时候 ， 在 我 们 当然 会充分认 识 到控制设 备 、 标准 通信协议 和 计算 机 联 网的重要性 。现场 总线 和各 种工 业 计算 机 网络 的使 用 正逐步 推广 。
现场总线 的技 术特点 可归 纳为 ： １ 系统 的开放性 、 换 性 与互 可 操作 性 ， 指 的是通 ） 互 它 信 协议公开 ， 遵守相 同协议 的设 备 （ 系统 ） 均可 相 连 ； 遵守 相 同协议 不 同厂家功能 相 同没备可互 换 ； 设备 间可 实现点 对点、 一点对 多点等 多种 通信 ； ２ 现场设 备 的智能化 与功 能 自治 性 ； ）
ｉｆ ｍａ ｉｎｉ ｚ ｔ ｏ ｒｅ． ｎｏｒ ｔｏ ｌ ａｉ ｃ ｕ ｓ ｉ ｏｎ Ｋ ｅ ｏ ｄ ｆｅｄｂ ； ＬＣ ； ｎ ｕ ａ ｔ ｒ ｕｏｍａｉａｔ ｎ；ｎｏ ｍａ ｉｎｌｚ ｔｏ ｙ ｗ ｒ ｓ： ｌ ｕｓ Ｐ ｉ ｍａ ｆ ｃｕ ｅ ａ ｔ ｔｚ ｉ ｉ ｆｒ ｔｏ ｉｉａｉｎ ｏ
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浅析profibus现场总线的应用
浅析profibus现场总线的应用计算机技术, 网络技术和数字通信技术的迅速发展引起了工业自动控制系统结构的巨大变化。
Profibus作为一种由智能化设备组成的计算机网络，近年来，凭借其独特的优势已成为自动控制领域研究的热点，应用于众多领域。
在我国冶金工艺中，profibus现场总线主要应用在炼焦配煤优化系统、焦炉加热计算机控制及管理系统、烧结过程智能控制管理系统、烧结终点判断与智能控制系统、炼铁优化专家系统、高炉人工智能系统中，通过对这些子系统的控制，确保了整个冶金工作的自动化流程的实现。
1Profibus现场总线简介随着自动化工业发展，总线分布式机械臂控制系统在工业生产得到了广泛的应用，随着机器人自动化程度的提高，控制技术逐步增大，在工业生产环节的机械臂操作需要多个机械臂的相互协调工作，操作之间的机械需要总线控制，采用机器人实现流水工作，可以有效解决生产精密设备的工作，总线控制技术在工业控制中得到广泛应用，网络通信与信息管理在机器人工业控制中得到了应用，将分散测控设备组合成变成网络节点，融合成总线通信网络，实现设备之间的有效沟通信息、完成自控工作的网络系统与控制系统，CAN总线分布式机械臂控制是一种有效的实时控制，串行通信网络，具有性能搞、可靠强、实时交互便利的特点，被广泛用于控制系统中机械设备之间的数据通信与自动化仪器控制，主要考虑将高速实时处理与分布式工业控制领域中的高可靠性相结合。
PR0FIBUS现场总线是以开放式系统互联网络作为参考模型，采用的是德国国家标准DIN19245和欧洲EN50170现场总线标准，定义了物理传输特性、总线取协议和应用功能的一种计算机网络系统，由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、和PROFIBUS-FMS三个兼容部分组成。
Profibus-DP是一种高速低成本通信, 用于设备级控制系统与分散的I/O形式的通信；Profibus-PA是专为过程控制自动化设计的, 将传感器和执行机构接到一根总线上, 并具有本质安全规范，Profibus-FMS是具有令牌结构的监控网络、具有实时多主的特征。
浅议现场总线在石化行业自动控制中的应用
但 由于 缺乏 标准 ， 很难 将 不 同的 系统进 行整 合 。 用于 网关 、 配 器 等 的 费用 使 得 系 统 成 本 极 高 。此 适
时 ， 家美 国公 司 开 始 了 旨在 “ 义 一 个 标 准 通 讯 两 定
制 室 内 的 自动 控制 装 置 、 系统之 间 的一 种 串行 、 字 数
协议 ” 的计划 。它 们分 别 是 波音 公 司 的 Ｔ Ｐ （ ｅｈ Ｏ Ｔ ｃ． ｎｃｌ ｎ ｆｃ ｒｔ ｏ） 目 和 通 用 汽 车 公 司 的 ｉ ｄＯ ｅＰｏ ｃ１ 项 ａａ ｉ ｏ
ＭＡ Ｍａ ｕａｔｒ ｇ Ａ ｔ ｔ ｎ Ｐｏｏｏ ） 目。希 Ｐ（ ｎｆｃｕｉ ｕｏ ｉ ｒｔ １ 项 ｎ ｍａ ｏ ｃ
技 术 的进 步 。
度 。因此 在 １７ ９ １年 确 定 了 现 场 总 线 简 化 配 线 的
思路 。 １ ２ 技术 进步 ．
技术 的进 步 给 现场 总 线 的 发展 提 供 了可 能性 。 首先 是 １７ ９ ８年 出现 的 Ｏ ＩＳ Ｓ． Ｏ模 型 。 这种 如 今 众 Ｉ
量导线 ， 提高 了设计 和施 工 成本 ， 也增 加 了维 护 的难
式、 多点 通 信 的数 据 总线 ” 。但 这 些 都 只是 定 义 而 已 。事实 上现 场总 线技 术包 含 了一 系列 看 似密切 相
关， 实际上却各 不相 同 的解 决方 案 和技术。２ ０年 来 ， 方面 的 文章 连 篇 累 牍 ， 讨 会 多 不 胜 数 ， 品 这 研 产
第２ ７卷 第 １ 期 ２１ ０ ２年 ３月
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现场总线技术在自动化控制系统中的应用
现场总线应该根据国民经济发展和市场需求,结合现场总线特点和我国国情,从长远出发确定现场总线的发展战略。
随着基于现场总线技术的全开放控制系统的诞生,将对传统的控制系统结构带来革命。
采用现场总线方式可以节省硬件数量与投资，可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等;节省安装和维护费用等。
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控制装置之间实现双向串行多节点数字通信、完成测量控制任务的数据总线。
现场总线控制系统正逐渐把电气控制和过程控制合并起来,实现真正意义的集中控制。
1.场总线技术介绍
1.1PROFIBUS(Process Field bus)现场总线
以西门子公司为首的PROFIBUS现场总线协议满足开放性总线系统的要求,构成从传感器/执行器、现场级、单元级直至管理级的透明的通讯系统。
PROFIBUS是一个家族。
它有三个成员或三种类型,即-FMS,-DP和-PA，基本特点如下：
1)PROFIBUS-FMS(Fieldbus MessageSpecification现场总线报文规范)。
此部分是完成控制器和现场器件之间的通信以及控制器之间的信息交换，适应于完成中等传输速度进行较大数据交换的循环和非循环通讯任务。
使用RS485时，通信速率为9.6k-500k波特，距离为1.6km-4.8km，最多可接122个节点，介质可为双绞线或光缆。
2)PROFIBUS-DP(Decentralized Pe—riphery分散型外围设备)是一种优化的通讯模块，适用于自动控制系统和外围设备之间的通信，对时间要求苛刻的场合。
RS-485双绞线或光缆，为9.6K-12M波特,最大站数126。
3)PROFIBUS-PA(Process Automa—tion过程自动化)，应用于过程自动化，用于对安全性要求高的场合及由总线供电的站点。
通信速率为31.25kbps，最大距离为≤1.9km。
1.2LonWorks(Local Operating Networks)现场总线
LonWorks技术是美国Echelon公司1991年推出的一套标准，是一种开放分布式控制总线技术。
目前采用LonWorks技术的产品广泛应用于工业控制、建筑物自动化等领域，相应的LON(LocalOperating Networks)总线也成为但前最为流行的总线之一，基本特点如下：
1)LONWORKS协议遵循ISO/OSI参考模型，它提供了OSI所定义的全部7层服务，可以构成总线型、星型、环型和混合型等典型的网络结构，能实现网络拓扑结构的自由组合，可以通过网关实现不同现场总线的互联。
2)通信速率为78Kbps/2700m，1.25Mbps/130m，节点数32000个，传输介质可为双绞线，同轴电缆,光纤,电源线等。
1.3 CAN (Controller ATea Network) 总线
CAN总线最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内不测量与执行部件之间的数据通信协议。
广泛应用于离散控制领域,是目前唯一被批准为国际标准的现场总线，基本特点如下：
1)CAN协议遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、链路层与应用层的三层结构;每一帧有效字节数为8个，这样传输时间短，受干扰的概率低。
2)CAN的通信速率为5Kbps/l0km，1Mbps/40m，节点数可达ll0个，传输介质可以是双绞线、光纤等。
可实现全分布式多机系统，且无主从之分。
2.场总线的应用
2.1在电力自动化中的应用
下面是对某35KV变电站电力自动化进行的一次改造，其中35KV变电站的间隔层通讯网络全部采用现场总线技术。
LonWorks现场总线技术应用于变电站综合自动化系统，并将基于微处理器的间隔层设备直接并入LonWorks现场总线，以其高可靠的性能和大容量高速度的通信能力，大大提高了通信系统的信息吞吐和数据处理能力，从而解决了应用低速串口通信采样数据时经常产生的瓶颈现象。
2.2在智能楼宇中的应用
楼宇自动化系统是智能建筑中最基本且为最重要的组成部分。
中国建设部智能建筑中心已经把LonWorks技术作为推荐采用的控制网络技术在智能建筑中推广使用。
据统计，截止到2009年，应用该技术的门禁控制器182种、火灾报警控制器50种、保安监控控制器350种、门窗感应器87种、空调控制器568种，至今应用该技术的新产品仍大规模多层次出现
3.场总线技术应用特点及发展趋势
采用现场总线方式可以节省硬件数量与投资，可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等;节省安装和维护费用，总线系统的接线简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量;提高了系统的准确性与可靠性，由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。
现场总线应该根据国民经济发展和市场需求,结合现场总线特点和我国国情,从长远出发确定现场总线的发展战略。
随着基于现场总线技术的全开放控制系统的诞生,将对传统的控制系统结构带来革命。