现场总线技术及其应用

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19四现场总线在配电自动化中的应用

国内外配电自动化的发展现状

配电是电力系统发电、输电和配电中直接面向电力用户的重要环节。八十年代末，配电自动化在美国等工业发达国家逐步发展起来。配电自动化的内容大致分为四个方面：1)馈线自动化;2)用户自动化;3)变电站自动化;4)配电管理自动化。 城市配电自动化是国家最近几年重要的投资方向，配网自动化为电网的运行监测、快速故障定位、故障隔离等提供了有力的保障措施。电力配电系统环境特殊，需要