习题课12现场总线

1、燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院现场总线习题课1-2 主讲人：何主讲人：何 群群燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院1、什么是现场总线？、什么是现场总线？ 一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间进行双向、串行、多节点、数字式备与控制装置之间进行双向、串行、多节点、数字式的数据交换的通信技术。的数据交换的通信技术。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院2、与、与DCS系统相比，系统相比，FCS有哪些特点？有哪些优越性？有哪些特点？有哪些优越性？ 现场总线的技术特点：现场总线的技术特点： （1）系统的开放性）系统的开放性

2、通信协议公开，各不同厂商的设备之间可实现信息交换。通信协议公开，各不同厂商的设备之间可实现信息交换。 （2）互可操作性与互用性）互可操作性与互用性 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；而互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；而互用性则意味着不同制造商性能类似的设备可进行更换，实现相互替用性则意味着不同制造商性能类似的设备可进行更换，实现相互替换。换。 （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 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总线将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场总线设备中完成。设备中完成。 （

3、4）系统结构的高度分散性）系统结构的高度分散性 现场总线已构成一种新的全分散性控制系统的体系结构，提高了可现场总线已构成一种新的全分散性控制系统的体系结构，提高了可靠性。靠性。 （5）对现场环境的适应性）对现场环境的适应性 可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等多种传输可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等多种传输介质，具有较强的抗干扰能力，采用两线制实现供电与通信，并可满介质，具有较强的抗干扰能力，采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求。足本质安全防爆要求。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院现场总线的优点现场总线的优点(优越性优越性) ：（1）F

4、CS实现全数字化通信实现全数字化通信 DCS采用层次化的体系结构，通信网络分布于各层并采用数字通信采用层次化的体系结构，通信网络分布于各层并采用数字通信方式，唯有生产现场层的常规模拟仪表仍然是方式，唯有生产现场层的常规模拟仪表仍然是对一模拟信号对一模拟信号(如如420 mA DC)传输方式，因此传输方式，因此DCS是一个是一个“半数字信号半数字信号”系统。系统。 FCS采用全数字化、双向传输的通信方式。从最底层的传感器、变采用全数字化、双向传输的通信方式。从最底层的传感器、变送器和执行器就采用现场总线网络，逐层向上直到最高层均为通信送器和执行器就采用现场总线网络，逐层向上直到最高层均为通信网络

5、互联。多条分支通信线延伸到生产现场，用来连接现场数字仪网络互联。多条分支通信线延伸到生产现场，用来连接现场数字仪表，采用一对表，采用一对N连接。连接。 （2）FCS实现彻底的全分散式控制实现彻底的全分散式控制 在在DCS中，生产现场的多台模拟仪表集中接于输入输出单元，每中，生产现场的多台模拟仪表集中接于输入输出单元，每台仪表只有单一的信号变换功能，而与控制有关的输入、输出、控台仪表只有单一的信号变换功能，而与控制有关的输入、输出、控制、运算等功能块都集中于制、运算等功能块都集中于DCS的控制站内。从这个意义上讲，的控制站内。从这个意义上讲，DCS只是一个只是一个“半分散半分散”系统。系统。 F

6、CS废弃了废弃了DCS的输入输出单元，由现场仪表取而代之，即把的输入输出单元，由现场仪表取而代之，即把DCS控制站的功能化整为零，功能块分散地分配给现场总线上的数控制站的功能化整为零，功能块分散地分配给现场总线上的数字仪表。从而构成虚拟控制站，实现彻底的分散控制。字仪表。从而构成虚拟控制站，实现彻底的分散控制。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院（3）FCS实现不同厂商产品互联、互操作实现不同厂商产品互联、互操作DCS系统的硬件、软件甚至现场级设备都是各制造商自行研制开系统的硬件、软件甚至现场级设备都是各制造商自行研制开发的，不同厂商的产品由于通信协议的专有与不兼容，彼此难以发的，不同厂商

7、的产品由于通信协议的专有与不兼容，彼此难以互联、互操作。而互联、互操作。而FCS的现场设备只要采用同一总线标准，不同的现场设备只要采用同一总线标准，不同厂商的产品既可互联也可互换，并可以统一组态，从而彻底改变厂商的产品既可互联也可互换，并可以统一组态，从而彻底改变传统传统DCS控制层的封闭性和专用性。控制层的封闭性和专用性。FCS允许用户选用各制造商允许用户选用各制造商性能价格比最优的产品集成控制系统，因而具有很好的可集成性。性能价格比最优的产品集成控制系统，因而具有很好的可集成性。（4）FCS增强系统的可靠性、可维护性增强系统的可靠性、可维护性 FCS采用总线连接方式替代传统的采用总线连接方

8、式替代传统的DCS一对一的一对一的I/O连线，对于大连线，对于大规模的规模的I/O系统来说，减少了系统来说，减少了DCS由接线点造成的不可靠因素。同由接线点造成的不可靠因素。同时，数字化的现场设备替代模拟仪表，时，数字化的现场设备替代模拟仪表，FCS具有现场设备的在线具有现场设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、参数修改等工作，因而增强系统的可维护性。参数修改等工作，因而增强系统的可维护性。 燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院（5）FCS降低系统工程成本降低系统工程成本FCS对于大范围、大规模分布式控制系

9、统来说，对于大范围、大规模分布式控制系统来说，节省了电缆、节省了电缆、I/O装置及电缆敷设费用。以每装置及电缆敷设费用。以每23台现场仪表接到一根电缆计算，平均可减少台现场仪表接到一根电缆计算，平均可减少1/2到到2/3的输入输出卡、输入输出柜和隔离器等。因此，的输入输出卡、输入输出柜和隔离器等。因此，现场总线仪表与控制室间的电缆连接和安装等费现场总线仪表与控制室间的电缆连接和安装等费用估计可节约用估计可节约50。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院3、何谓现场总线的主设备、从设备？、何谓现场总线的主设备、从设备？ 可在总线上发起信息传输的设备叫做可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线总线

10、主设主设备备”(bus master) 。也就是说，主设备具备在总线上。也就是说，主设备具备在总线上主动发起通信的能力，又称命令者。主动发起通信的能力，又称命令者。不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、 对总线信息进行接收查询的设备称为总线对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备从设备(bus slaver)，也称基本设备。，也称基本设备。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院4、通信系统由哪几部分组成、通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能各自具有什么功能?通信系统通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。它一般是传递信息所需的一切技

11、术设备的总和。它一般由由信息源和信息接收者信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输介质发送、接收设备，传输介质几部几部分组成。分组成。信息源和接收者是信息的产生者和使用者信息源和接收者是信息的产生者和使用者。发送设备发送设备的基本功能是的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来将信息源和传输媒介匹配起来，即，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。信号形式，送往传输媒介。传输介质传输介质指指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。接收设备接收设备的基本功能是完成的基本功能是完

12、成发送设备的反变换发送设备的反变换，即，即进行解进行解调、译码、解密调、译码、解密等。等。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院5、差错控制的作用是什么、差错控制的作用是什么? 分布控制系统的通信网络是在条件比较恶劣的工业环分布控制系统的通信网络是在条件比较恶劣的工业环境下工作的，因此，在信息传输过程中，各种各样的境下工作的，因此，在信息传输过程中，各种各样的干扰可能造成传输错误。这些错误轻则会使数据发生干扰可能造成传输错误。这些错误轻则会使数据发生变化，重则会导致生产过程事故。因此必须变化，重则会导致生产过程事故。因此必须采取一定采取一定的措施来检测错误并纠正错误，检错和纠错统称为差的措施

13、来检测错误并纠正错误，检错和纠错统称为差错控制错控制。 突发错误突发错误；由突发噪声引起的，误码连续成片出现；由突发噪声引起的，误码连续成片出现； 随机错误随机错误：由随机噪声引起的，误码与其前后的代码：由随机噪声引起的，误码与其前后的代码是否出错无关。是否出错无关。 差错控制方法差错控制方法： 在传输信息中附加冗余度，在传输方在传输信息中附加冗余度，在传输方法中附加冗余度。法中附加冗余度。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院6、简述、简述PROFIBUS三部分的通信模型？三部分的通信模型？燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院PROFIBUS通信模型参照了通信模型参照了ISO/OSI参

14、考模型的第参考模型的第1层层（物理层）和第（物理层）和第2层（数据链路层），其中层（数据链路层），其中FMS还采用还采用了第了第7层（应用层）层（应用层）,另外增加了用户层。另外增加了用户层。PROFIBUSDP和和PROFIBUSFMS的第的第1层和第层和第2层层相同，相同， PROFIBUS-FMS有第有第7层，层，PROFIBUSDP无无第第7层。层。PROFIBUSPA有第有第1层和第层和第2层，但与层，但与DP/FMS有区别，无第有区别，无第7层。层。燕山大学电气工程学院燕山大学电气工程学院7、PROFIBUS的总线存取控制中介质控制的基本要求？的总线存取控制中介质控制的基本要求？（1）主站（）主站（PLC或或PC）间的通信必须使每