DCS第7章集散控制系统原理及其应用[张德泉主编][电子教案]

1、第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统第7章 现场总线控制系统 第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统知识点：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 学习目标第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统7.1 7.1 现场总线概述现场总线概述7.1.1

2、 7.1.1 现场总线的基本概念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，它遵循智能仪表设备互连的实时控制通信网络，它遵循ISO/OSI开放系统互连参考模型的全部或部分通信协议。开放系统互连参考模型的全部或部分通信协议。 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS）则是利用开放式的现场总）则是利用开放式的现场总线通信网络，实现将自动化系统最底层的现场控制装置与线通信网络，实现将自动化系统最底层的现场控制装置与现场智能仪表互连的实时网络控制系统。现场智能仪表互连的实时网络控制系统。 第第7章

3、章 现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线的技术特点：现场总线的技术特点：(1)(1)系统的开放性系统的开放性 (2)(2)互可操作性与互用性互可操作性与互用性 (3)(3)现场设备的智能化与功能自治性现场设备的智能化与功能自治性 (4)(4)系统结构的高度分散性系统结构的高度分散性 (5)(5)对现场环境的适应性对现场环境的适应性 第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线的优越性：现场总线的优越性：(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)用户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 第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统7

4、.1.2 7.1.2 现场总线技术发展概况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第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统7.1.3 7.1.3 几种典型的现场总线几种典型的现场总线1.基金会现场总线基金会现场总线2.Profibus 现场总线现场总线3.ControlNet 现场总线现场总线4.CAN总线总线5.DeviceNet 总线总线 6.LonWorks 总线总线7.HART总线总线8.Modbus总线总线9.CC-Link总线总线第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统7.2 7.2 现场总线控制系统构成原理现场总线控制系统构成

5、原理图7.1 现场总线控制系统体系结构7.2.1 7.2.1 现场总线控制系统的硬件构成现场总线控制系统的硬件构成1.测量系统2.控制系统3.设备管理系统4.通信系统5.计算机服务模式6.数据库第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统7.2.2 7.2.2 现场总线控制系统的软件现场总线控制系统的软件1.1.操作系统操作系统2.2.网络管理软件网络管理软件3.3.通信软件通信软件 4.4.组态软件组态软件第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统7.3 Dleta V7.3 Dleta V现场总线控制系统简介现场总线控制系统简介 Delta V系统是系统是Fisher-Rosemount

6、 公司在原有两套公司在原有两套DCS（RS3、PROVOX）的基础上，依据现场总线）的基础上，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，标准设计出的兼容现场总线功能的全新控制系统，它充分发挥众多它充分发挥众多DCS 的优势，如系统的安全性、冗的优势，如系统的安全性、冗余功能、集成的用户界面、信息集成等，同时克服传余功能、集成的用户界面、信息集成等，同时克服传统统DCS的不足，具有规模灵活可变、使用简单、维护的不足，具有规模灵活可变、使用简单、维护方便的特点，是代表现场总线控制系统（方便的特点，是代表现场总线控制系统（FCS）发展）发展趋势的新一代控制系统。趋势的新一代控制系统

7、。 7.3.1 7.3.1 系统概述系统概述第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统(1)系统数据结构符合FF总线标准 (2)采用OPC技术 (3)系统规模变更灵活 (4)硬件插卡即插即用 (5)采用智能设备管理系统 (6)安全管理机制加强 (7)提供远程服务 (8)流程图组态更加方便 (9)用户在任何地方均可访问系统 (10)提供多种总线接口 Delta VDelta V系统的技术特点系统的技术特点 ：第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统7.3.2 Delta V7.3.2 Delta V系统的构成系统的构成图7.4 Delta V系统构成第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制

8、系统1.控制网络2.Delta V系统工作站 Delta V系统工作站分为四种 (1)Professional Plus工作站 (2)Professional工作站 (3)操作员工作站 (4)应用工作站 3.I/O接口4.系统软件 (1)Delta V Explorer软件 (2)Control Studio软件 (3)Graphics Studio软件 第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统7.3.3 Delta V7.3.3 Delta V系统在工业生产过程控制中的应用系统在工业生产过程控制中的应用1.1.系统结构系统结构图7.5 系统构成第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统

9、 某石化公司年产某石化公司年产30万吨聚丙烯装置挤压风送单元采用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。系统共使用现场总线控制系统。系统共使用2个现场总线网段，个现场总线网段，采用采用Emerson公司的温度变送器公司的温度变送器848T来检测风机轴承温来检测风机轴承温度，度，8台风机共台风机共64个温度监控点。正式开车以来，系统运个温度监控点。正式开车以来，系统运行平稳。行平稳。 聚丙烯装置挤压风送单元共有聚丙烯装置挤压风送单元共有8台风机，每台风机有台风机，每台风机有8个电个电机绕组及轴承温度需要在操作站上显示并报警。一旦某台机绕组及轴承温度需要在操作站上显示并报警。

10、一旦某台风机轴承温度超过风机轴承温度超过120，联锁系统将动作而使某台风机，联锁系统将动作而使某台风机停车。系统的第停车。系统的第7个控制器的第个控制器的第24卡设置为卡设置为H1卡，并设两卡，并设两个冗余网段，每个网段配置个冗余网段，每个网段配置4个个848T，每个，每个848T带带8个温个温度点，系统的构成如图度点，系统的构成如图7.5所示。所示。第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统图图7.5中中H1卡为现场总线通信卡，符合基金会现场总线标准，卡为现场总线通信卡，符合基金会现场总线标准，H1卡下带有卡下带有2个个port（端口），每个端口带一个网段即（端口），每个端口带一个网段即2

11、个个网段（网段（Segment），通过冗余的），通过冗余的P+F安全栅模块（安全栅模块（HD2-FBPS-1500）与现场总线仪表连接。）与现场总线仪表连接。848T是安装在现场的是安装在现场的基于基金会现场总线的基于基金会现场总线的8通道温度变送器，其工作环境温度通道温度变送器，其工作环境温度为为-4085。每个。每个848T占用占用FF总线网段上的一个站点地总线网段上的一个站点地址，在一个网段上可以连接多个址，在一个网段上可以连接多个848T，也可以混合连接其，也可以混合连接其他现场总线仪表、阀门。他现场总线仪表、阀门。第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统图7.5 系统构成第第7章

12、章 现场总线控制系统现场总线控制系统(1)在硬件方面在硬件方面 每个总线网段上每个总线网段上FF设备数量规定设备数量规定 每根总线电缆长度规定每根总线电缆长度规定 每个总线网段电源的规定每个总线网段电源的规定 FF总线电缆连接的规定总线电缆连接的规定 (2)在软件方面在软件方面 要限制一个现场总线网段上的通信量要限制一个现场总线网段上的通信量 指定这些功能块是在现场总线设备中执行或在指定这些功能块是在现场总线设备中执行或在DCS 控制器中执行控制器中执行 3.3.组态过程组态过程4.4.现场总线回路的测试现场总线回路的测试2.2.现场总线控制系统设计时需要注意的问题现场总线控制系统设计时需要注

13、意的问题第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统本章小结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。第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统本章小结本章小结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

14、成立“现场总线基金会（Fieldbus Foundation）”，并致力于开发统一的现场总线标准。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。第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统本章还介绍了现场总线系统的构成，结合Delta V现场总线系统在某石化公司聚丙烯装置上的应用，介绍了Emerson Delta V系统的基本概念、系统构成及利用现场总线设备848T的组态过程及注意事项。通过本章的学习，我们可以对现场总线控制系统、通信系统、开放系统互连参考模型等技术有一个基本概念的了解，并对Emerson Delta V系统有一个基本的了解。本章小结本章小结第第7章章 现场总线控制系统现场总线控制系统思考题与习题思考题与习题1.现场总线的定义是