1、燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院現場總線習題課1-2 主講人：何主講人：何 群群燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院1、什么是現場總線？、什么是現場總線？ 一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備與控制裝置之間進行雙向、串行、多節點、數字式備與控制裝置之間進行雙向、串行、多節點、數字式的數據交換的通信技術。的數據交換的通信技術。燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院2、與、與DCS系統相比，系統相比，FCS有哪些特點？有哪些優越性？有哪些特點？有哪些優越性？ 現場總線的技術特點：現場總線的技術特點： （1）系統的開放性）系統的開放性

2、通信協議公開，各不同廠商的設備之間可實現信息交換。通信協議公開，各不同廠商的設備之間可實現信息交換。 （2）互可操作性與互用性）互可操作性與互用性 互可操作性是指實現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通；而互互可操作性是指實現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通；而互用性則意味著不同制造商性能類似的設備可進行更換，實現相互替用性則意味著不同制造商性能類似的設備可進行更換，實現相互替換。換。 （3）現場設備的智能化與功能自治性）現場設備的智能化與功能自治性 將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場總線將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場總線設備中完成。設備中完成。 （

3、4）系統結構的高度分散性）系統結構的高度分散性 現場總線已構成一種新的全分散性控制系統的體系結構，提高了可現場總線已構成一種新的全分散性控制系統的體系結構，提高了可靠性。靠性。 （5）對現場環境的適應性）對現場環境的適應性 可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等多種傳輸可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等多種傳輸介質，具有較強的抗干擾能力，采用兩線制實現供電與通信，并可滿介質，具有較強的抗干擾能力，采用兩線制實現供電與通信，并可滿足本質安全防爆要求。足本質安全防爆要求。燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院現場總線的優點現場總線的優點(優越性優越性) ：（1）F

4、CS實現全數字化通信實現全數字化通信 DCS采用層次化的體系結構，通信網絡分布于各層并采用數字通信采用層次化的體系結構，通信網絡分布于各層并采用數字通信方式，唯有生產現場層的常規模擬儀表仍然是方式，唯有生產現場層的常規模擬儀表仍然是對一模擬信號對一模擬信號(如如420 mA DC)傳輸方式，因此傳輸方式，因此DCS是一個是一個“半數字信號半數字信號”系統。系統。 FCS采用全數字化、雙向傳輸的通信方式。從最底層的傳感器、變采用全數字化、雙向傳輸的通信方式。從最底層的傳感器、變送器和執行器就采用現場總線網絡，逐層向上直到最高層均為通信送器和執行器就采用現場總線網絡，逐層向上直到最高層均為通信網絡

5、互聯。多條分支通信線延伸到生產現場，用來連接現場數字儀網絡互聯。多條分支通信線延伸到生產現場，用來連接現場數字儀表，采用一對表，采用一對N連接。連接。 （2）FCS實現徹底的全分散式控制實現徹底的全分散式控制 在在DCS中，生產現場的多臺模擬儀表集中接于輸入輸出單元，每中，生產現場的多臺模擬儀表集中接于輸入輸出單元，每臺儀表只有單一的信號變換功能，而與控制有關的輸入、輸出、控臺儀表只有單一的信號變換功能，而與控制有關的輸入、輸出、控制、運算等功能塊都集中于制、運算等功能塊都集中于DCS的控制站內。從這個意義上講，的控制站內。從這個意義上講，DCS只是一個只是一個“半分散半分散”系統。系統。 F

6、CS廢棄了廢棄了DCS的輸入輸出單元，由現場儀表取而代之，即把的輸入輸出單元，由現場儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，功能塊分散地分配給現場總線上的數控制站的功能化整為零，功能塊分散地分配給現場總線上的數字儀表。從而構成虛擬控制站，實現徹底的分散控制。字儀表。從而構成虛擬控制站，實現徹底的分散控制。燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院（3）FCS實現不同廠商產品互聯、互操作實現不同廠商產品互聯、互操作DCS系統的硬件、軟件甚至現場級設備都是各制造商自行研制開系統的硬件、軟件甚至現場級設備都是各制造商自行研制開發的，不同廠商的產品由于通信協議的專有與不兼容，彼此難以發的，不同廠商

7、的產品由于通信協議的專有與不兼容，彼此難以互聯、互操作。而互聯、互操作。而FCS的現場設備只要采用同一總線標準，不同的現場設備只要采用同一總線標準，不同廠商的產品既可互聯也可互換，并可以統一組態，從而徹底改變廠商的產品既可互聯也可互換，并可以統一組態，從而徹底改變傳統傳統DCS控制層的封閉性和專用性。控制層的封閉性和專用性。FCS允許用戶選用各制造商允許用戶選用各制造商性能價格比最優的產品集成控制系統，因而具有很好的可集成性。性能價格比最優的產品集成控制系統，因而具有很好的可集成性。（4）FCS增強系統的可靠性、可維護性增強系統的可靠性、可維護性 FCS采用總線連接方式替代傳統的采用總線連接方

8、式替代傳統的DCS一對一的一對一的I/O連線，對于大連線，對于大規模的規模的I/O系統來說，減少了系統來說，減少了DCS由接線點造成的不可靠因素。同由接線點造成的不可靠因素。同時，數字化的現場設備替代模擬儀表，時，數字化的現場設備替代模擬儀表，FCS具有現場設備的在線具有現場設備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現場設備的遠程參數設定、故障診斷、報警、記錄功能，可完成現場設備的遠程參數設定、參數修改等工作，因而增強系統的可維護性。參數修改等工作，因而增強系統的可維護性。 燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院（5）FCS降低系統工程成本降低系統工程成本FCS對于大范圍、大規模分布式控制系

9、統來說，對于大范圍、大規模分布式控制系統來說，節省了電纜、節省了電纜、I/O裝置及電纜敷設費用。以每裝置及電纜敷設費用。以每23臺現場儀表接到一根電纜計算，平均可減少臺現場儀表接到一根電纜計算，平均可減少1/2到到2/3的輸入輸出卡、輸入輸出柜和隔離器等。因此，的輸入輸出卡、輸入輸出柜和隔離器等。因此，現場總線儀表與控制室間的電纜連接和安裝等費現場總線儀表與控制室間的電纜連接和安裝等費用估計可節約用估計可節約50。燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院3、何謂現場總線的主設備、從設備？、何謂現場總線的主設備、從設備？ 可在總線上發起信息傳輸的設備叫做可在總線上發起信息傳輸的設備叫做“總線總線

10、主設主設備備”(bus master) 。也就是說，主設備具備在總線上。也就是說，主設備具備在總線上主動發起通信的能力，又稱命令者。主動發起通信的能力，又稱命令者。不能在總線上主動發起通信、只能掛接在總線上、不能在總線上主動發起通信、只能掛接在總線上、 對總線信息進行接收查詢的設備稱為總線對總線信息進行接收查詢的設備稱為總線從設備從設備(bus slaver)，也稱基本設備。，也稱基本設備。燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院4、通信系統由哪幾部分組成、通信系統由哪幾部分組成?各自具有什么功能各自具有什么功能?通信系統通信系統是傳遞信息所需的一切技術設備的總和。它一般是傳遞信息所需的一切技

11、術設備的總和。它一般由由信息源和信息接收者信息源和信息接收者，發送、接收設備，傳輸介質發送、接收設備，傳輸介質幾部幾部分組成。分組成。信息源和接收者是信息的產生者和使用者信息源和接收者是信息的產生者和使用者。發送設備發送設備的基本功能是的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來將信息源和傳輸媒介匹配起來，即，即將信息源產生的消息信號經過編碼，并變換為便于傳送的將信息源產生的消息信號經過編碼，并變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸媒介。信號形式，送往傳輸媒介。傳輸介質傳輸介質指指發送設備到接收設備之間信號傳遞所經媒介發送設備到接收設備之間信號傳遞所經媒介。接收設備接收設備的基本功能是完成的基本功能是完

12、成發送設備的反變換發送設備的反變換，即，即進行解進行解調、譯碼、解密調、譯碼、解密等。等。燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院5、差錯控制的作用是什么、差錯控制的作用是什么? 分布控制系統的通信網絡是在條件比較惡劣的工業環分布控制系統的通信網絡是在條件比較惡劣的工業環境下工作的，因此，在信息傳輸過程中，各種各樣的境下工作的，因此，在信息傳輸過程中，各種各樣的干擾可能造成傳輸錯誤。這些錯誤輕則會使數據發生干擾可能造成傳輸錯誤。這些錯誤輕則會使數據發生變化，重則會導致生產過程事故。因此必須變化，重則會導致生產過程事故。因此必須采取一定采取一定的措施來檢測錯誤并糾正錯誤，檢錯和糾錯統稱為差的措施

13、來檢測錯誤并糾正錯誤，檢錯和糾錯統稱為差錯控制錯控制。 突發錯誤突發錯誤；由突發噪聲引起的，誤碼連續成片出現；由突發噪聲引起的，誤碼連續成片出現； 隨機錯誤隨機錯誤：由隨機噪聲引起的，誤碼與其前后的代碼：由隨機噪聲引起的，誤碼與其前后的代碼是否出錯無關。是否出錯無關。 差錯控制方法差錯控制方法： 在傳輸信息中附加冗余度，在傳輸方在傳輸信息中附加冗余度，在傳輸方法中附加冗余度。法中附加冗余度。燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院6、簡述、簡述PROFIBUS三部分的通信模型？三部分的通信模型？燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院PROFIBUS通信模型參照了通信模型參照了ISO/OSI參

14、考模型的第參考模型的第1層層（物理層）和第（物理層）和第2層（數據鏈路層），其中層（數據鏈路層），其中FMS還采用還采用了第了第7層（應用層）層（應用層）,另外增加了用戶層。另外增加了用戶層。PROFIBUSDP和和PROFIBUSFMS的第的第1層和第層和第2層層相同，相同， PROFIBUS-FMS有第有第7層，層，PROFIBUSDP無無第第7層。層。PROFIBUSPA有第有第1層和第層和第2層，但與層，但與DP/FMS有區別，無第有區別，無第7層。層。燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院7、PROFIBUS的總線存取控制中介質控制的基本要求？的總線存取控制中介質控制的基本要求？（1）主站（）主站（PLC或或PC）間的通信必須使每