现场总线技术及其应用专项培训

现场总线技术及其应用报告人：刘暾东单位：厦门大学自动化系1提纲索引现场总线技术简介现场总线在煤化工控制领域中的应用现场总线在锅炉控制系统中的应用现场总线在配电自动化中的应用现场总线在楼宇自动化中的应用现场总线在智能交通领域中的应用结束语2一现场总线技术简介1.

现场总线产生的历史背景第一代工业控制体系结构(气动信号标准：0.2～1kgf/cm2)；第二代工业控制体系结构—ACS(电气信号：4～20mA)；第三代工业控制体系结构—CCS(集中式控制)；第四代工业控制体系结构—DCS(分布式控制体系结构)；第五代工业控制体系结构—FCS(现场总线控制系统)。2.现场总线定义

现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感器及传动装置等)的数据通信。3一现场总线技术简介3.现场总线主要特点 1)

系统可靠性高；

2)

实现开放式互连网络；

3)

安装与接线费用低；

4)

调节性能提高；

5)

系统组态简单。4.现场总线国际标准化状况

早在1985年，IEC(国际电工委员会)开始着手制订国际性现场总线标准，并将此标准命名为FieldBus；之后，ISA(美国仪表学)SP50委员会也加入到此标准的制订工作中。目前，较流行的现场总线主要有FF、Profibus、LonWorks、CAN、HART、P-Net等。

4一现场总线技术简介5.

现场总线结构模型现场总线的模型结构在低层(1、2层)是基本相同的，在上层各现场总线之间的功能有所不同。IEC定义为3层，即采用ISO(国际标准化组织)的OSI所规定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。

ISA/SP50委员会增加了用户层，因此现场总线模型已统一为4层，即物理层、链路层、应用层和用户层。5一现场总线技术简介6二现场总线在煤化工控制领域中的应用

我国煤炭资源十分丰富，石油资源相对短缺，大力发展煤化工产业，是我国技术经济发展过程中必须采取的一项措施。在我国，中、小氮肥造气工艺多数采用固定床间歇式造气炉，五步循环的制气控制直接影响煤气的产量、质量及原料的消耗，长期一直受到业内的高度重视。机械式水压自动机单回路数字调节器、PLC和集散控制系统(DCS)现场总线控制系统FCS

7煤气空气1水蒸汽2347吹风气56各阶段气体流向示意图

阶段1234567ΟΧΧΟΟΧΧ上吹ΧΟΧΟΧΟΧ下吹ΧΧΟΧΧΟΟ二上ΧΟΧΟΧΟΧ吹净ΟΧΧΟΧΟΧ阀门开闭情况吹风工作循环中各阀门开闭状态

气化层温度将随着空气的加入而升高，随着蒸气的加入而降低，呈现一定规律变化，该生产过程被称为一个工作循环。二现场总线在煤化工控制领域中的应用

8工艺流程中必须安装足够的阀门，通过对阀门的闭启来控制间歇制气工艺生产过程，工艺流程如下图所示：

炉况监测探头灰斗燃烧室蒸总阀放空炉口上行测温装置炉条空层干燥层干馏层气化层灰渣层下行测温装置吹风阀上氮阀上吹阀下行阀下氮]阀下吹阀上行阀蒸汽吹回阀烟囱阀煤总阀气柜9CAN现场总线控制系统设计

工业控制机(IPC)CAN适配器CAN总线打印机企业局域网InternetCAN控制器传感器执行器间歇造气炉CAN控制器传感器执行器间歇造气炉二现场总线在煤化工控制领域中的应用

10二现场总线在煤化工控制领域中的应用

硬件节点设计

RRCAN驱动器82C250CAN控制器SJA1000Intel16—80C196KC显示器键盘报警输出串行接口炉温监测探头换向阀站调节阀常规仪表CANFieldBus11二现场总线在煤化工控制领域中的应用

软件节点设计

各节点软件具体包括以下各软件包：

(1)RDSP-4型雷达信号处理软件包；

(2)ZF-4S-BIOS型基本I/O管理模块；

(3)ZF-4S-ZQC型造气过程控制软件包；

(4)ZF-4S-HN型氢氮比控制模块。12二现场总线在煤化工控制领域中的应用

CAN现场总线技术应用于造气炉控制系统，从根本上实现结构分散、信息集中、管控一体化的全新分布式控制模式；基于CAN现场总线的造气炉智能控制系统的产业化发展，将为造气炉的高水平自动化提供强有力的技术支持。13三现场总线在锅炉控制系统中的应用1.

项目概述我国的锅炉产业发展迅猛，但运行热效率低,浪费能源，污染环境，自动化改造的任务十分紧迫；

我国工业锅炉控制系统发展大致经过五个阶段：手工控制阶段；专用仪表控制阶段；电动单元组合控制阶段；

计算机控制阶段（分布式控制系统DCS）；

现场总线控制阶段。经典的PID控制往往不易达到最佳的控制状态采用更先进的控制策略势在必行。14三现场总线在锅炉控制系统中的应用2.工艺流程简介燃料和空气按一定比例进入锅炉内燃烧，生成热量传给蒸发系统产生饱和蒸汽，经过过热器使饱和蒸汽成为有一定温度和压力的过热蒸汽，并且汇集到过热联箱，经主气阀供负荷设备使用；燃烧过程中产生的烟气除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，通过省煤器预热锅炉的给水，通过烟道引导，经过除尘器和引风机处理，达到国家排放标准，最后通过烟囱进入大气。153.工艺流程图164.基于现场总线的锅炉控制系统

175.SY-2008GL锅炉监控器原理框图按键测温热电阻温度变送器SY-2008GL监控器一体化操作站键盘鼠标显示打印中心工作站测温热电偶压力变送器流量变送器液位变送器液位开关含氧量变送器显示手动/自动切换带手操开关伺服放大器执行器现场各电气设备报警压力传感器流量传感器锅炉现场控制室186.控制系统的技术特点由各子系统的计算机进行自动控制，降低了产品成本；

系统稳定、可靠、精度高、维护成本低、系统互换性；采用现场总线技术，实现多级分层控制、集中管理、信息共享；主、辅工作站集中在中央控制室，便于设备和人员的集中管理。

三现场总线在锅炉控制系统中的应用19四现冶场总线温在配电议自动化砌中的应旦用国内外配克电自动化妖的发展现瘦状配电是拾电力系曾统发电刑、输电衬和配电液中直接般面向电却力用户倍的重要樱环节。锡八十年剪代末，碰配电自番动化在欲美国等完工业发音达国家徒逐步发建展起来赌。配电逼自动化堵的内容销大致分队为四个豆方面：求1)馈储线自动泽化;青2)脂用户自扑动化;焦3)后变电肢站自动敏化;议4)责配电管闻理自动合化。城市配电俗自动化是国国家最近栋几年重要妇的投资方忆向，配网绢自动化为擦电网的运狮行监测、缺快速故障擦定位、故睛障隔离等傻提供了有身力的保障紧措施。电达力配电系匹统环境特胃殊，需要烟一种可靠谜性高、实设时性强、粗容易操作持的测控网驻，并能把从上层的管纵理网和前疮端的测控孟网连接起铸来。主要肠用于低层册设备通信卸的现场总莫线完全可罪以适用于音这种要求泄。这对利食用现有设膜备，进一召步提高配树电网的自拨动化水平舌，提高供型电可靠性勒，增加电超网经济效丝式益，都具竟有十分重会要的意义阵。20四现场姐总线在配热电自动化到中的应用基于现今场总线慨的电力尘配电监幸控网络巧构成21四现钟场总线凉在配电举自动化挥中的应翻用系统主要题特点友好的人神机界面；强大的闯网络通毁信；可靠的安野全管理；实时的故勺障报警和邪事件处理浓；完善的数疼据报表；系统内卫相关资借源的数与据采集器、监控慰和共享葵；为各级眨电力系楼统的管挪理者提秧供的决旨策帮助渗；系统可篇靠性、感稳定性址和可视湿化的明员显提高姿；对各个偷智能子芒系统的析远程监黑控；22五现喇场总线歼在楼宇兼自动化能中的应溪用概述随着计拴算机、封控制与平通信技剩术的飞池速发展际，特别榴是近年暗来房地坝产业的梢持续升喷温，楼争宇自动染化系统舱(BAS)技术也右在不断睬改善、筐更新。验楼宇自棉动化管鹿理着建等筑物内前大量分尿散的机姿电设备栗，使大靠楼变得跳更加安才全、经贼济与舒捉适。一般而切言，楼姑宇自动速化系统冠由暖通陡空调、店变配电凡、给排丙水、照声明、保挪安及消搭防等子蔽系统组船成；对蛾其它独衣立子系湿统，如袭电梯、婆广播、普电缆电首视等系杀统，则岛可根据执需要将径工作状琴态监视广及紧急闭状态下作越级控自制权赋均予BAS的监控中劳心。我国现有旨的智能建计筑中，楼光宇自动化四程度普遍钻不高。国屋内绝大多存数楼宇自钢动化系统参一般由世驶界著名公扑司成套提耀供，包括夹传感器、植阀门、执宴行器、控逮制器、上本位机、监鞭控软件等蜜。23五现遇场总线帝在楼宇肯自动化稿中的应化用楼宇自驻动化中笛应用的枯主要现庄场总线奸技术智能建筑芝中广泛使呢用的主要放有两种：BACn激et和LonW炼orks。1)迹BAC厉net担：访198枝7年，美颈国暖通饺空调工硬程师协间会(ASH遮RAE洗)组织成贺立SPC1府35开发；目逐前已成为盼美国和欧捕洲标准，狐并有20寸多家公间司推出冈了60余呢种不同类视型的BAC锈net通；旧金山恒的金门泊大厦改吓造显工程被稀认为是BACn录et的标准早应用范圈例。2)LonW棕orks框:嫂19卖91年，美国Ech垦elo绒n公司推邀出的技绒术，该宾协议完逗全支持桌国茧际标准嘱化组织ISO定义的OSI七层模皱型。由弃于其具毛有高可联靠悦性、开貌放性和粥低成本旺的优点株，全世款界数以阔千记的筐制造厂零商恩在其控博制网络唤方案中致纷纷采影用。Lon夹Wor阻ks技术的躁核心是驶同衣时具有查通信和蓝控制功午能的神拉经元(Neu班ron妄)芯片中页有3个挨8位的CPU并，其中2个泥中央处理什器用于执殖行通信协浙议，而另纤一个处奏理器用匀于执行节骡点的监控闲功能。24五现生场总线梅在楼宇且自动化堆中的应墓用基于现打场总线律技术智迹能楼宇宪网络系攻统构成本监控劲系统主投要实现箭对一栋艇23层进高大楼坦的中央投空调系税统、排攀风机系页统、给艇排水系捎统、照樱明系统奸、变配潮电系统胞、电梯摘系统的叛监控和振管理。25五现闲场总线惩在楼宇犬自动化亦中的应荣用LonW贿orks现场总张线技术盼推出后叙，在楼扫宇自动职化方面捡的应用根特别广低泛，这闯也是国木家建设龙部在楼酬宇自动礼化方面靠选择Lon刊Wor第ks技术重伶点推广道的原因僵所在。由于LonW撑orks技术的开刺放性.产路品选择的摇多样化，嗽网络规模的灵活性，允许房屋开发商触以最合弓理的价剃格组建学符合要别求的小咸区控制授网络，辉有效控哪制成本忠。无论绑是旧系统的升级，乡丰或是新迁系统设树计，都替可以根幸据客户镰的需求也提出最哨贴切的娃实施方孙案，满挠足各层蚕次用户叙的需求湾，并能栋方便地合对用户拴节点进险行修改腹和升级工。利用LonW圈orks技术进行匪住宅小区维智能化的笨建设，可畏以在特定子的条件下嚷实施特定皇范围的智氏能化建设您，并为以呀后更深入抖的发展奠蜘定良好的庭基础。因蔑此LonW效orks技术在鼻住宅智育能化建稼设中应奶用的前乡丰景是非心常广阔崖的。26六现声场总线旬在智能洽交通领厅域中的胡应用概述为了大逐幅度提霞高公路乱交通的哑通行能违力和安漠全度，殊采用智伸能交通距(ITS)新技术改鸽变现有公班路交通技轿术面貌，求是国际公拜路交通科尝学的发展戚方向。智速能交通涉颂及交通、忆电子、计模算机、信蓬息科学以走及自动控已制、通信落、检测技汉术等诸多皆领域。据统计步，ITS技术的亩应用可私以减少镇10％静的废气体排量，桶20％谎的交通列延时，无30％模的停车秒次数。模美国Los捕An钩gel章es地区和Texa炊s州在ITS技术方秃面投资雪的效益着成本比僻率分别贴是16元:1和蛋22:淡1。我国的交抱通特点是舟：1)细机动车与热非机动车隆混行；2偏)自行昆车数量大际；3)亮机动车数强量增长快饭；4)核国产机动羽车速度、湿网络容纳猪能力和交慈通宣传力端度都非常挺有限。发蜓展ITS要适合我麻国的交通粪特点，结昆合我国的杆国情，研锻究中国的匹智能交通眉系统。27六现场仅总线在智鹊能交通领鄙域中的应假用智能交升通信号方控制系争统介绍PLC模拟屏上位机现场总线打印机1#交通信号机……基于现场总线的交通信号控制系统框图2#交通信号机N#交通信号机PLCPLC28六现场峡总线在智折能交通领非域中的应附用交通信号叫控制系统骂说明基于现场怠总线的的诱交通信号与控制系统贝采用现场平总线技术重，由以PLC控制为核傲心的路口殊级交通信认号控制机培、上位机寒组成。交汽通信号控壶制机通过掠现场总线烂其工作状中态、控制辉信息、诊适断信息可捕实时上传笑到上位机斯。在上位去机控制下叔，多台交娱通信号控构制机可以旬完成绿波风带功能。泪路口级交迅通信号控宏制机与上矩位机的功腥能分别如疲下所示：路口级仁交通信光号控制丢机功能鉴:何上位葵机的功齐能:1)多时段络控制