现场总线讲解

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(1)基金会现场总线
监控系统与现场总线
基金会现场总线(FF，Foundation Fieldbus)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家公司制订的ISP协议和以Honeywell 公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WorldFIP协议。
随着生产规模的扩大，操作人员需要综合掌握 多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息 实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单 元组合式仪表，出现了集中控制室。
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生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如 0.02～0.1MPa的气压信号，0～10mA、4～20mA 的直流电流信号，1～5V直流电压信号等，送往 集中控制室。
现场总线之所以具有较高的测控能力指数，一是 得益于仪表的微机化，二是得益于设备的通信功 能。
把微处理器置入现场自控设备、使设备具有数字 计算和数字通信能力，一方面提高了信号的测量 、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容 ，实现其远程传送创造了条件。
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这种电气设备的电路本身就具有防爆性 能，也就是从“本质”上就是安全的， 故称为本质安全型（本安型）。
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基金会现场总线的主要技术内容，包括：
FF通信协议； 用于完成开放互连模型中第2～7层通信协议的通信栈
(Communication Stack)； 用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL设备描述语
1.什么是现场总线
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现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制 设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统， 也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制 网络。
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2.现场总线的由来
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集 散 控 制 系 统 DCS （ distributed control system）
屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场 总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。
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基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。
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H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m( 可加中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安 全防爆环境。
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现场总线控制系统FCS(fieldbus control system)
新型的现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信由 专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于 封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化 的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协 议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系 统，实现综合自动化的各种功能；
H2的传输速率可为1Mbps和2．5Mbps两种，其通信 距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞 线、光缆和无线发射，协议符合IECll58—2标准。
其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。
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本质安全型电气设备的原理：
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通过选择电气设备电路的各种参数或采 取保护措施来限制电路的火花放电能量 和热能，使其在正常工作和规定的故障 状态下，产生的电火花的热效应均不能 点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实 现了电气防爆。
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系统平台 传输方式 开放性 设备信息与管理 连接电缆 安装工作量 系统 设备费
原方案 PLC 点对点传统模式 差 无 多 大 计划／165 万
现方案 SIEMES PCS7 PROFIBUS 好 有 少 小 实际／188 万
电缆桥架费 安装费用
计划／95 万 计划／68 万
实际 ／18 万 实际／21 万
每一代更新都带来能力指数的跃变，同时随着工具与功能开发的不断完善， 每一代系统的测控能力指数会按各自的增长速率不断升高，为生产过程的控 制与管理提供更为完善的服务，带来更大的经济效益。这里，图4-1中对能 力指数的描述在数值上并不精确，不过是一种示意性的表达而已。
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使用现场总线PROFIBUS PA的经济优势： 与使用传统的4-20mA模拟信号系统比较
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伴随着控制系统结构与测控仪表的更新换代，系统的功能、 性能也在不断完善与发展，图4-1为各阶段测控仪表能力指数 示意图。
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它表明，测量控制系统从早期基地式模拟仪表只能实现单点、单控制回路的 测控功能开始，逐渐发展到按装置或过程的多回路、多变量集中监控，整个 装置或车间的优化控制，以致实现生产过程的控制与管理一体化。
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监控系统与现ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ总线
由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢， 提高计算速度与精度的开销、难度都较大，信号传输的抗干扰 能力也较差，人们开始寻求用数字信号取代模拟信号，出现了 直接数字控制。
但是，在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系统早期 存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品自成系统 ，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与互操 作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。
节省投资
３１ ％
备注
分析仪表未列 入 不包括分析仪 表安装
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4 几种有影响的现场总线技术
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自80年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐 形成其影响并在一些特定的应用领域显示了自己的 优势。它们具有各自的特点，也显示了较强的生命 力。对现场总线技术的发展已经发挥并将会继续发 挥较大作用。
同时把DCS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 ，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。
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智能仪表为现场总线的出现奠定了基础
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1983年，Honeywell推出了智能化仪表——Smar变送器，这 些带有微处理器芯片的仪表除了在原有模拟仪表的基础上增 加了复杂的计算功能之外，还在输出的4～20mA直流信号上 迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接由模拟信号过 渡到了数字信号。