现场总线与工业以太网_工业数据通信和控制网络.ppt

第1章工业数据通信和控制网络技术基础不同厂商的不同产品，为应用提供更大的系统柔性，便于系统集成；PC工控机的软硬件丰富，用户可以得到更高性价比的产品；提供有力、柔性的联网能力，可以使用标准TCP/IP以太网和网卡；能运行复杂任务（如趋势分析），并且可基于多种平台运行，如windowsNT、windowsCE和Linux等。目前，我国的许多大企业已拆除了原来DCS或单回路数字式调节器，而改用工业PC来组成控制系统，并采用模糊控制算法，获得了良好效果。
2、PLC（可编程序控制器）得到了广泛的应用
PLC是由器逻辑控制系统发展而来的，初期主要代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面，后来，随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC在技术上和功能上发生了极大的变化。在逻辑运算的基础上，增加了数值计算、闭环调节等功能；（2）多功能。随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制、仿真、通信处理和故障诊断等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。
（3）高可靠性。由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用和并行工作、多数表决的工作方式。即使在恶劣、不稳定的工作环境下，坚固、全封闭的模板依然能正常工作。在操作运行过程中，有些PLC的模板还可热插拔。
3、面向测控管一体化设计的集散控制系统
集散控制系统，也称为分布式控制系统或分散式控制系统（DCS），它采用了标准化、模块化和系列化的设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级组成，以通信网络为纽带，对数据进行集中显示，而操作管理和控制相对分散，是一种配置灵活、组态方便、具有高可靠性的控制系统，由于当时数字计算机的可靠性还不够高，一旦计算机出现某种故障，就会造成系统崩溃、所有控制回路瘫痪、生产停产的严重局面。由于工业生产很难接受这种危险高度集中的系统结构，使得集中控制系统的应用受到一定的限制。
（4）集散控制系统（DCS）
随着计算机可靠性的提高和价格的下降，自控领域又出现了新型控制方案——集散控制系统，它由数字调节器、可编程控制（PLC）以及多台计算机构成，当一台计算机出故障时，其他计算机立即接替该计算机的工作，使系统继续正常运行。在集散系统中系统的风险被分散到多台计算机承担，避免了集中控制系统的高风险，提高了系统的可靠性。因此，它被工业生产过程广泛接受，这就是今天正在被许多企业采用的DCS系统。在DCS系统中，测量仪表、变送器一般为模拟仪表，控制器多为数字式，因而它又是一种模拟数字混合系统。这种系统与模拟式仪表控制系统、集中式数字控制系统相比较，在功能、性能、可靠性上都有了很大的进步，可以实现现场装置级、车间级的优化控制。但是，在DCS系统形成的过程中，由于受早期计算机发展的影响，各厂家的产品自成封闭体系，即使同一种协议下仍然存在不同厂家的设备有不同的信号传输方式且不能互连的现象，因此实现互换与互操作有一定的局限性。
（5）现场总线控制系统（FCS）
现场总线控制系统突破了DCS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，即可以将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控制系统把DCS集中与分散结合的集散系统结构变成了新型全分布式系统结构，把控制功能彻底下放到现场。
图1.1现场总线控制系统结构与传统控制系统的比较
2、现场总线控制系统及现场总线技术的特点
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。也有将现场总线定义为应用在生产现场，在智能测控设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统。也称为开放式、数字化、多点通信的低成本底层控制系统。现场总线的特点主要体现在两方面，一是在体系结构上成功实现了串行连接，一举克服并行连接的许多不足。二是在技术层面上成功解决了开放竞争和设备兼容两大难题，实现了现场设备智能化和控制系统分散化两大目标。
（1）现场总线控制系统体系结构的特点
①基础性。在企业实施信息集成、实现综合自动化的进程中，作为厂底层网络的现场总线是一种能在现场环境运行的可靠、实时、廉价、灵活的通信系统，能够有效地集成到TCP/IP信息网络中，现场总线是企业强有力的控制和通信的基础设施。
②灵活性。现场总线打破了传统控制系统的结构形式，使控制系统的设计、建设、维护、重组和扩容更加灵活简便。测量、控制计算机、执行器等功能模块之间传递输入输出信号，构成完整的控制系统，完成自动控制的各项任务。
从图中可以看出，控制网络的组成成员比较复杂。除了普通的计算机、工作站、打印机、显示终端之外，大量的网络节点是各种可编程控制器、开关、马达、变送器、阀门、按钮等。其中大部分