【正文】 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但由于這一技術(shù)所涉及的應(yīng)用第2頁(yè) 共25頁(yè)領(lǐng)域十分廣泛，幾乎覆蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過(guò)程自動(dòng)化、制造加工自動(dòng)化、樓半自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等等。大千世界，眾多領(lǐng)域，需求各異，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線體系下可能不止容納單一的標(biāo)準(zhǔn)。另外，幾大技術(shù)均具有自己的特點(diǎn)，已在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢(shì)。加上商業(yè)利益的驅(qū)使，它們都各自正在十分激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得發(fā)展。有理由認(rèn)為：在從現(xiàn)在起的未來(lái)10 a 內(nèi)，可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存，甚至在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)內(nèi)，幾種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備通過(guò)路由網(wǎng)關(guān)互連實(shí)現(xiàn)信息共享的局面。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的興起，開辟了工廠底層網(wǎng)絡(luò)的新天地。它將促進(jìn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來(lái)新的效益，因而會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，并推進(jìn)自動(dòng)化相關(guān)行業(yè)的發(fā)展?！? 第3頁(yè) 共25頁(yè)第2章 現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS的異同由于微處理器技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，從80年代中期，即出現(xiàn)了很多帶有微處理器的智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表，從此萌發(fā)了現(xiàn)場(chǎng)總線的思想。圖21 現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在經(jīng)歷了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但至今尚未形成完整統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線處于信息/控制網(wǎng)絡(luò)最底層，雖然傳輸信息量不是很大，但要求實(shí)時(shí)性好，可靠性高，而且網(wǎng)絡(luò)接口盡可能簡(jiǎn)單，成本盡量降低?，F(xiàn)場(chǎng)總線與其它較高級(jí)管理通訊網(wǎng)絡(luò)特性比較見下表：第4頁(yè) 共25頁(yè)1系統(tǒng)的開放性開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換，現(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)者就是要致力于簡(jiǎn)歷統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從，一個(gè)開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)是把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組陳大小隨意的系統(tǒng)。2 互可操作性與互用性這里的胡可操作性是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備科進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。3現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散性由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有的DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。5 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專門在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。第5頁(yè) 共25頁(yè) 第二代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)DCS——集散控制系統(tǒng)一 DCS定義及其特性1 定義： DCS即所謂分布式控制系統(tǒng)，習(xí)慣地稱之為集散系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來(lái)的．2 經(jīng)過(guò)改進(jìn)創(chuàng)新后的DCS將有以下幾個(gè)特性：（1）協(xié)調(diào)性 實(shí)時(shí)可靠地工業(yè)控制局部網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)共享，各站之間從總體功能及優(yōu)化處理方面具有充分的協(xié)調(diào)性。（2）在線性和實(shí)時(shí)性通過(guò)人機(jī)接口和I/O接口，對(duì)過(guò)控對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析、記錄、監(jiān)視、操作控制，可進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組態(tài)回路的在線修局部故障的在線維修。（3）開放性　新型DCS中所使用的設(shè)備將趨于通用的產(chǎn)品，專用的產(chǎn)品將越來(lái)越少，特別是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，高性能的工業(yè)微機(jī)、工作站將被大量采用，通用網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品也將逐步淘汰專用網(wǎng)絡(luò)．網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約逐步向得到普遍承認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)靠攏，以系統(tǒng)集成的方式構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)方法，已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用．（4）分散化和智能化　智能化儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被大量采用，DCS的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步走向分散化，直接數(shù)字控制將深入到每一個(gè)控制回路、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備．因此，隨著所采用的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，新型DCS最終將越來(lái)越接近FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）．（5） 系統(tǒng)構(gòu)成的多樣化現(xiàn)在幾乎已看不到傳統(tǒng)意義上的DCS了，目前所說(shuō)的DCS是一種廣義的概念，實(shí)際上越來(lái)越接近FCS．其中包括了傳統(tǒng)的DCS廠家推出的新一代系統(tǒng)，也包括由PLC和高速總線網(wǎng)及專業(yè)廠家的組態(tài)軟件構(gòu)成的系統(tǒng)．在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，DCS的構(gòu)成也各有不同．（6） 綜合自動(dòng)化將來(lái)的任何系統(tǒng)都不是孤立的，無(wú)法與其他系統(tǒng)互相通信并實(shí)現(xiàn)集成的DCS已不再有生命力．系統(tǒng)的發(fā)展正逐步走向綜合自動(dòng)化．第6頁(yè) 共25頁(yè)二 成集散控制系統(tǒng)（DCS）的分級(jí)第二代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是七十年代出現(xiàn)的分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。七十年代中期出現(xiàn)的分散控制系統(tǒng)DCS（也成集散控制系統(tǒng)）也屬于分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 圖22 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖典型的DCS可分為操作站級(jí)、過(guò)程控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)儀表三級(jí)。這種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是“集中管理，分散控制”。其基本控制功能在過(guò)程控制級(jí)中，工作站級(jí)的主要作用是監(jiān)督管理。分散控制使得系統(tǒng)由于某個(gè)局部的不可靠而造成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的損害降到很低的程度，加之各種軟硬件技術(shù)不斷走向成熟，極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，因而迅速成為工業(yè)自動(dòng)控制的主流。目前DCS正處于鼎盛時(shí)期，我國(guó)冶金、石化、發(fā)電廠等企業(yè)中，大量使用了外國(guó)公司的DCS。近年來(lái)我國(guó)開發(fā)的DCS系統(tǒng)也取得了很好的業(yè)績(jī)，如和利時(shí)公司的HS2000 DCS 系統(tǒng)的年銷售額達(dá)到一億元人民幣。 對(duì)比二者的優(yōu)缺點(diǎn)（1） 相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒(méi)有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。（2） DCS系統(tǒng)的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)： （1）系統(tǒng)能處理多少I/O信息。 （2）系統(tǒng)能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。 （3）能適應(yīng)多少用戶和裝置（CRT、控制站等）。 （4）傳輸數(shù)據(jù)的完整性是怎樣徹底檢查的。 （5）數(shù)據(jù)公路的最大允許長(zhǎng)度是多少。 第7頁(yè) 共25頁(yè)（6）數(shù)據(jù)公路能支持多少支路。 （7）數(shù)據(jù)公路是否能支持由其它制造廠生產(chǎn)的硬件（可編程序控制器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)記錄裝置等）。 （3） 總之為保證通信的完整，大部分DCS廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路。 為了保證系統(tǒng)的安全性，使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯(cuò)技術(shù)。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則，用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收，并且被理解得和發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣。 在有些行業(yè)，F(xiàn)CS是由PLC發(fā)展而來(lái)的；而在另一些行業(yè)，F(xiàn)CS又是由DCS發(fā)展而來(lái)的，所以FCS與PLC及DCS之間有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，又存在著本質(zhì)的差異。第8頁(yè) 共25頁(yè)第三章 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。目前已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等領(lǐng)域。Profibus由3個(gè)兼容部分組成，即ProfibusDP（Decentralized Periphery，分布I/O系統(tǒng)）、ProfibusPA（Process Automation，現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范）和ProfibusFMS（Fieldbus Message Specification，過(guò)程自動(dòng)化）。 ProfibusDP是一種高速、低成本通信，專門用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用ProfibusDP可取代24V DC或4～20mA信號(hào)傳輸。ProfibusPA專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)連在一根總線上，并有本質(zhì)安全規(guī)范。ProfibusFMS用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。 profibis的協(xié)議結(jié)構(gòu)（一） Profibus的協(xié)議結(jié)構(gòu)Profibus協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)