現(xiàn)場總線(第1講) fieldbus control system,fcs

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1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)第1講FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS信息學(xué)院自動化系凌志浩0緒論0.1微機測控技術(shù)主要研究對象微機測控技術(shù)主要研究如何將檢測與傳感技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程并設(shè)計出所需要的微機測控系統(tǒng)。0.2微機測控系統(tǒng)的組成與特點0.2.1微機測控系統(tǒng)的一般概念微機測控系統(tǒng)就是利用微型計算機來實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動測試與控制的系統(tǒng)。微機測控系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖微機測控系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下3步：①實時數(shù)據(jù)采集：通過測量變送裝置完成被控量的瞬時值的檢測和輸入。②實時控制決策：對采集的數(shù)據(jù)進行分析和處理，按預(yù)定

2、的控制策略決定采取何種控制行為。③實時控制輸出：根據(jù)控制決策，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出實時控制信號，完成系統(tǒng)控制任務(wù)。實時的含義是指信號的輸入、計算、輸出都要在一定的時間間隔內(nèi)完成。（軟實時RTOS、硬實時RTOS）在線是指：在微機測控系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程與計算機直接連接并受計算機的控制，有時也稱為聯(lián)機方式。0.2.2微機測控系統(tǒng)的組成微機測控系統(tǒng)主要由被控對象、過程輸入輸出通道及計算機系統(tǒng)三部分組成。過程輸入輸出通道也叫生產(chǎn)過程通道，包括模擬量輸入輸出通道、數(shù)字量輸入輸出通道、測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。0.2.3微機測控系統(tǒng)的軟件組成系統(tǒng)軟件（R

3、TOS）應(yīng)用軟件（組態(tài)、先控）0.2.4微機測控系統(tǒng)的特點靈活性（規(guī)模、復(fù)雜度）適應(yīng)性（嵌入式）微機測控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖0.3微機測控系統(tǒng)的典型形式0.3.1操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)這種形式的系統(tǒng)屬于開環(huán)系統(tǒng)，計算機按照一定的時間間隔對生產(chǎn)現(xiàn)場的參數(shù)進行采樣、處理、顯示、打印或報警，操作人員根據(jù)這些結(jié)果進行設(shè)定值的修改或必要的操作。操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)原理圖0.3.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制（簡稱DDC）系統(tǒng)的基本思想是：利用微型計算機對多個被控參數(shù)進行巡回檢測，并與給定值比較，然后按照預(yù)定的控制規(guī)律進行計算，最后發(fā)出控制信息完成對生產(chǎn)過程的控制，使被

4、控參數(shù)穩(wěn)定在給定值上。直接數(shù)字控制系統(tǒng)是計算機在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中最普遍的一種應(yīng)用方式。它要求實時性好、可靠性高、適應(yīng)性強。直接數(shù)字控制系統(tǒng)原理框圖0.3.3監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)監(jiān)督計算機控制（簡稱SCC）系統(tǒng)的基本思想是：微型計算機根據(jù)原始工藝信息和其它參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，自動改變模擬調(diào)節(jié)器或DDC微型計算機的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)原理框圖a)SCC+模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)b)SCC+DCC系統(tǒng)它有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式：一種是SCC+模擬控制器，另一種是SCC+DDC控制系統(tǒng)。它是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC

5、系統(tǒng)的綜合和發(fā)展，SCC系統(tǒng)較DDC系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化實際情況，它不僅可以進行定值控制，還可以進行順序控制、最優(yōu)控制等。0.3.4分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)（簡稱DCS）的基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制、綜合協(xié)調(diào)的原則，將測控系統(tǒng)分為分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級和綜合信息管理級等三級，構(gòu)成一分級形式的分布式控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)原理框圖0.3.5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（簡稱FCS）其結(jié)構(gòu)模式為“工作站——現(xiàn)場總線智能儀表”二層結(jié)構(gòu)，成本低、可靠性高，可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。FCS控制層原理圖1現(xiàn)場總線的概述（Fi

6、eldBus）傳統(tǒng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場儀表(I/O)控制器一對一連接4~20mA0~10mA24VDC……80年代開始智能現(xiàn)場設(shè)備普遍應(yīng)用a.包含CPUb.能直接數(shù)字通信c.具有很強的功能例如，智能化變送器除了具有常規(guī)意義上的信號測量和變送功能以外，往往它還具有自診斷、報警、在線標(biāo)定甚至PID運算等功能……智能現(xiàn)場設(shè)備與主機系統(tǒng)間待傳輸?shù)男畔⒘考眲≡黾印，F(xiàn)場總線技術(shù)的初始想法：設(shè)想全部或大部分現(xiàn)場設(shè)備都具有直接進行通信的能力，并具有統(tǒng)一的通信協(xié)議，只需一根通信電纜就可將分散的現(xiàn)場設(shè)備連接起來，完成對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。3C技術(shù)的發(fā)展微機化儀器儀表的成熟和應(yīng)

7、用1.現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域又一個新時代的開始?，F(xiàn)有的多數(shù)現(xiàn)場設(shè)備，為提高其性能價格比，在實現(xiàn)其內(nèi)部操作時都采用了微處理器和數(shù)字化元件，于是就提出了必須在這些領(lǐng)域的數(shù)字設(shè)備之間實現(xiàn)數(shù)字通信的要求。采用現(xiàn)場總線的目的就是為了滿足這種要求，為工業(yè)領(lǐng)域中的測量和調(diào)節(jié)控制設(shè)備提供實現(xiàn)串行數(shù)字通信的手段。1.現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線(Fieldbus)的概念：是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)

8、行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。主要用于：制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動化系統(tǒng)中。現(xiàn)場總線