現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用報(bào)告人：劉暾東單位：廈門(mén)大學(xué)自動(dòng)化系1提綱索引現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線在樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線在智能交通領(lǐng)域中的應(yīng)用結(jié)束語(yǔ)2一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介1.

現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)生的歷史背景第一代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)(氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：0.2～1kgf/cm2)；第二代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)—ACS(電氣信號(hào)：4～20mA)；第三代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)—CCS(集中式控制)；第四代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)—DCS(分布式控制體系結(jié)構(gòu))；第五代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)—FCS(現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng))。2.現(xiàn)場(chǎng)總線定義

現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開(kāi)放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，主要用于工廠低層設(shè)備(傳感器及傳動(dòng)裝置等)的數(shù)據(jù)通信。3一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介3.現(xiàn)場(chǎng)總線主要特點(diǎn) 1)

系統(tǒng)可靠性高；

2)

實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)；

3)

安裝與接線費(fèi)用低；

4)

調(diào)節(jié)性能提高；

5)

系統(tǒng)組態(tài)簡(jiǎn)單。4.現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化狀況

早在1985年，IEC(國(guó)際電工委員會(huì))開(kāi)始著手制訂國(guó)際性現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，并將此標(biāo)準(zhǔn)命名為FieldBus；之后，ISA(美國(guó)儀表學(xué))SP50委員會(huì)也加入到此標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作中。目前，較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有FF、Profibus、LonWorks、CAN、HART、P-Net等。

4一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介5.

現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)模型現(xiàn)場(chǎng)總線的模型結(jié)構(gòu)在低層(1、2層)是基本相同的，在上層各現(xiàn)場(chǎng)總線之間的功能有所不同。IEC定義為3層，即采用ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)的OSI所規(guī)定的7層中的3層，分別為物理層、鏈路層、應(yīng)用層。

ISA/SP50委員會(huì)增加了用戶層，因此現(xiàn)場(chǎng)總線模型已統(tǒng)一為4層，即物理層、鏈路層、應(yīng)用層和用戶層。5一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介6二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

我國(guó)煤炭資源十分豐富，石油資源相對(duì)短缺，大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中必須采取的一項(xiàng)措施。在我國(guó)，中、小氮肥造氣工藝多數(shù)采用固定床間歇式造氣爐，五步循環(huán)的制氣控制直接影響煤氣的產(chǎn)量、質(zhì)量及原料的消耗，長(zhǎng)期一直受到業(yè)內(nèi)的高度重視。機(jī)械式水壓自動(dòng)機(jī)單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLC和集散控制系統(tǒng)(DCS)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS

7煤氣空氣1水蒸汽2347吹風(fēng)氣56各階段氣體流向示意圖

階段1234567ΟΧΧΟΟΧΧ上吹ΧΟΧΟΧΟΧ下吹ΧΧΟΧΧΟΟ二上ΧΟΧΟΧΟΧ吹凈ΟΧΧΟΧΟΧ閥門(mén)開(kāi)閉情況吹風(fēng)工作循環(huán)中各閥門(mén)開(kāi)閉狀態(tài)

氣化層溫度將隨著空氣的加入而升高，隨著蒸氣的加入而降低，呈現(xiàn)一定規(guī)律變化，該生產(chǎn)過(guò)程被稱(chēng)為一個(gè)工作循環(huán)。二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

8工藝流程中必須安裝足夠的閥門(mén)，通過(guò)對(duì)閥門(mén)的閉啟來(lái)控制間歇制氣工藝生產(chǎn)過(guò)程，工藝流程如下圖所示：

爐況監(jiān)測(cè)探頭灰斗燃燒室蒸總閥放空爐口上行測(cè)溫裝置爐條空層干燥層干餾層氣化層灰渣層下行測(cè)溫裝置吹風(fēng)閥上氮閥上吹閥下行閥下氮]閥下吹閥上行閥蒸汽吹回閥煙囪閥煤總閥氣柜9CAN現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)控制機(jī)(IPC)CAN適配器CAN總線打印機(jī)企業(yè)局域網(wǎng)InternetCAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐CAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

10二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

RRCAN驅(qū)動(dòng)器82C250CAN控制器SJA1000Intel16—80C196KC顯示器鍵盤(pán)報(bào)警輸出串行接口爐溫監(jiān)測(cè)探頭換向閥站調(diào)節(jié)閥常規(guī)儀表CANFieldBus11二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

軟件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

各節(jié)點(diǎn)軟件具體包括以下各軟件包：

(1)RDSP-4型雷達(dá)信號(hào)處理軟件包；

(2)ZF-4S-BIOS型基本I/O管理模塊；

(3)ZF-4S-ZQC型造氣過(guò)程控制軟件包；

(4)ZF-4S-HN型氫氮比控制模塊。12二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于造氣爐控制系統(tǒng)，從根本上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分散、信息集中、管控一體化的全新分布式控制模式；基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將為造氣爐的高水平自動(dòng)化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。13三現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1.

項(xiàng)目概述我國(guó)的鍋爐產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但運(yùn)行熱效率低,浪費(fèi)能源，污染環(huán)境，自動(dòng)化改造的任務(wù)十分緊迫；

我國(guó)工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展大致經(jīng)過(guò)五個(gè)階段：手工控制階段；專(zhuān)用儀表控制階段；電動(dòng)單元組合控制階段；

計(jì)算機(jī)控制階段（分布式控制系統(tǒng)DCS）；

現(xiàn)場(chǎng)總線控制階段。經(jīng)典的PID控制往往不易達(dá)到最佳的控制狀態(tài)采用更先進(jìn)的控制策略勢(shì)在必行。14三現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2.工藝流程簡(jiǎn)介燃料和空氣按一定比例進(jìn)入鍋爐內(nèi)燃燒，生成熱量傳給蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生飽和蒸汽，經(jīng)過(guò)過(guò)熱器使飽和蒸汽成為有一定溫度和壓力的過(guò)熱蒸汽，并且匯集到過(guò)熱聯(lián)箱，經(jīng)主氣閥供負(fù)荷設(shè)備使用；燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣除了將飽和蒸汽變成過(guò)熱蒸汽外，通過(guò)省煤器預(yù)熱鍋爐的給水，通過(guò)煙道引導(dǎo)，經(jīng)過(guò)除塵器和引風(fēng)機(jī)處理，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，最后通過(guò)煙囪進(jìn)入大氣。153.工藝流程圖164.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的鍋爐控制系統(tǒng)

175.SY-2008GL鍋爐監(jiān)控器原理框圖按鍵測(cè)溫?zé)犭娮铚囟茸兯推鱏Y-2008GL監(jiān)控器一體化操作站鍵盤(pán)鼠標(biāo)顯示打印中心工作站測(cè)溫?zé)犭娕級(jí)毫ψ兯推髁髁孔兯推饕何蛔兯推饕何婚_(kāi)關(guān)含氧量變送器顯示手動(dòng)/自動(dòng)切換帶手操開(kāi)關(guān)伺服放大器執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)各電氣設(shè)備報(bào)警壓力傳感器流量傳感器鍋爐現(xiàn)場(chǎng)控制室186.控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)由各子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，降低了產(chǎn)品成本；

系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、精度高、維護(hù)成本低、系統(tǒng)互換性；采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)分層控制、集中管理、信息共享；主、輔工作站集中在中央控制室，便于設(shè)備和人員的集中管理。

三現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用19四現(xiàn)冶場(chǎng)總線溫在配電議自動(dòng)化砌中的應(yīng)旦用國(guó)內(nèi)外配克電自動(dòng)化妖的發(fā)展現(xiàn)瘦狀配電是拾電力系曾統(tǒng)發(fā)電刑、輸電襯和配電液中直接般面向電卻力用戶倍的重要櫻環(huán)節(jié)。錫八十年剪代末，碰配電自番動(dòng)化在欲美國(guó)等完工業(yè)發(fā)音達(dá)國(guó)家徒逐步發(fā)建展起來(lái)賭。配電逼自動(dòng)化堵的內(nèi)容銷(xiāo)大致分隊(duì)為四個(gè)豆方面：求1)饋儲(chǔ)線自動(dòng)澤化;青2)脂用戶自撲動(dòng)化;焦3)后變電肢站自動(dòng)敏化;議4)責(zé)配電管聞理自動(dòng)合化。城市配電俗自動(dòng)化是國(guó)國(guó)家最近棟幾年重要婦的投資方憶向，配網(wǎng)絹?zhàn)詣?dòng)化為擦電網(wǎng)的運(yùn)獅行監(jiān)測(cè)、缺快速故障擦定位、故睛障隔離等傻提供了有身力的保障緊措施。電達(dá)力配電系匹統(tǒng)環(huán)境特胃殊，需要煙一種可靠謎性高、實(shí)設(shè)時(shí)性強(qiáng)、粗容易操作持的測(cè)控網(wǎng)駐，并能把從上層的管縱理網(wǎng)和前瘡端的測(cè)控孟網(wǎng)連接起鑄來(lái)。主要腸用于低層冊(cè)設(shè)備通信卸的現(xiàn)場(chǎng)總莫線完全可罪以適用于音這種要求泄。這對(duì)利食用現(xiàn)有設(shè)膜備，進(jìn)一召步提高配樹(shù)電網(wǎng)的自撥動(dòng)化水平舌，提高供型電可靠性勒，增加電超網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效絲式益，都具竟有十分重會(huì)要的意義陣。20四現(xiàn)場(chǎng)姐總線在配熱電自動(dòng)化到中的應(yīng)用基于現(xiàn)今場(chǎng)總線慨的電力塵配電監(jiān)幸控網(wǎng)絡(luò)巧構(gòu)成21四現(xiàn)鐘場(chǎng)總線涼在配電舉自動(dòng)化揮中的應(yīng)翻用系統(tǒng)主要題特點(diǎn)友好的人神機(jī)界面；強(qiáng)大的闖網(wǎng)絡(luò)通毀信；可靠的安野全管理；實(shí)時(shí)的故勺障報(bào)警和邪事件處理濃；完善的數(shù)疼據(jù)報(bào)表；系統(tǒng)內(nèi)衛(wèi)相關(guān)資借源的數(shù)與據(jù)采集器、監(jiān)控慰和共享葵；為各級(jí)眨電力系樓統(tǒng)的管挪理者提秧供的決旨策幫助滲；系統(tǒng)可篇靠性、感穩(wěn)定性址和可視濕化的明員顯提高姿；對(duì)各個(gè)偷智能子芒系統(tǒng)的析遠(yuǎn)程監(jiān)黑控；22五現(xiàn)喇場(chǎng)總線殲在樓宇兼自動(dòng)化能中的應(yīng)溪用概述隨著計(jì)拴算機(jī)、封控制與平通信技剩術(shù)的飛池速發(fā)展際，特別榴是近年暗來(lái)房地壩產(chǎn)業(yè)的梢持續(xù)升噴溫，樓爭(zhēng)宇自動(dòng)染化系統(tǒng)艙(BAS)技術(shù)也右在不斷睬改善、筐更新。驗(yàn)樓宇自棉動(dòng)化管鹿理著建等筑物內(nèi)前大量分尿散的機(jī)姿電設(shè)備栗，使大靠樓變得跳更加安才全、經(jīng)賊濟(jì)與舒捉適。一般而切言，樓姑宇自動(dòng)速化系統(tǒng)冠由暖通陡空調(diào)、店變配電凡、給排丙水、照聲明、保挪安及消搭防等子蔽系統(tǒng)組船成；對(duì)蛾其它獨(dú)衣立子系濕統(tǒng)，如襲電梯、婆廣播、普電纜電首視等系殺統(tǒng)，則島可根據(jù)執(zhí)需要將徑工作狀琴態(tài)監(jiān)視廣及緊急閉狀態(tài)下作越級(jí)控自制權(quán)賦均予BAS的監(jiān)控中勞心。我國(guó)現(xiàn)有旨的智能建計(jì)筑中，樓光宇自動(dòng)化四程度普遍鉆不高。國(guó)屋內(nèi)絕大多存數(shù)樓宇自鋼動(dòng)化系統(tǒng)參一般由世駛界著名公撲司成套提耀供，包括夾傳感器、植閥門(mén)、執(zhí)宴行器、控逮制器、上本位機(jī)、監(jiān)鞭控軟件等蜜。23五現(xiàn)遇場(chǎng)總線帝在樓宇肯自動(dòng)化稿中的應(yīng)化用樓宇自駐動(dòng)化中笛應(yīng)用的枯主要現(xiàn)莊場(chǎng)總線奸技術(shù)智能建筑芝中廣泛使呢用的主要放有兩種：BACn激et和LonW煉orks。1)跡BAC厲net擔(dān)：訪198枝7年，美頸國(guó)暖通餃空調(diào)工硬程師協(xié)間會(huì)(ASH遮RAE洗)組織成賀立SPC1府35開(kāi)發(fā)；目逐前已成為盼美國(guó)和歐捕洲標(biāo)準(zhǔn)，狐并有20寸多家公間司推出岡了60余呢種不同類(lèi)視型的BAC銹net通；舊金山恒的金門(mén)泊大廈改嚇造顯工程被稀認(rèn)為是BACn錄et的標(biāo)準(zhǔn)早應(yīng)用范圈例。2)LonW棕orks框:嫂19賣(mài)91年，美國(guó)Ech墾elo絨n公司推邀出的技絨術(shù)，該賓協(xié)議完逗全支持桌國(guó)繭際標(biāo)準(zhǔn)囑化組織ISO定義的OSI七層模皺型。由棄于其具毛有高可聯(lián)靠悅性、開(kāi)貌放性和粥低成本旺的優(yōu)點(diǎn)株，全世款界數(shù)以闊千記的筐制造廠零商恩在其控博制網(wǎng)絡(luò)喚方案中致紛紛采影用。Lon夾Wor阻ks技術(shù)的躁核心是駛同衣時(shí)具有查通信和藍(lán)控制功午能的神拉經(jīng)元(Neu班ron妄)芯片中頁(yè)有3個(gè)挨8位的CPU并，其中2個(gè)泥中央處理什器用于執(zhí)殖行通信協(xié)浙議，而另纖一個(gè)處奏理器用勻于執(zhí)行節(jié)騾點(diǎn)的監(jiān)控閑功能。24五現(xiàn)生場(chǎng)總線梅在樓宇且自動(dòng)化堆中的應(yīng)墓用基于現(xiàn)打場(chǎng)總線律技術(shù)智跡能樓宇憲網(wǎng)絡(luò)系攻統(tǒng)構(gòu)成本監(jiān)控勁系統(tǒng)主投要實(shí)現(xiàn)箭對(duì)一棟艇23層進(jìn)高大樓坦的中央投空調(diào)系稅統(tǒng)、排攀風(fēng)機(jī)系頁(yè)統(tǒng)、給艇排水系捎統(tǒng)、照櫻明系統(tǒng)奸、變配潮電系統(tǒng)胞、電梯摘系統(tǒng)的叛監(jiān)控和振管理。25五現(xiàn)閑場(chǎng)總線懲在樓宇犬自動(dòng)化亦中的應(yīng)榮用LonW賄orks現(xiàn)場(chǎng)總張線技術(shù)盼推出后敘，在樓掃宇自動(dòng)職化方面撿的應(yīng)用根特別廣低泛，這闖也是國(guó)木家建設(shè)龍部在樓酬宇自動(dòng)禮化方面靠選擇Lon刊Wor第ks技術(shù)重伶點(diǎn)推廣道的原因僵所在。由于LonW撐orks技術(shù)的開(kāi)刺放性.產(chǎn)路品選擇的搖多樣化，嗽網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的靈活性，允許房屋開(kāi)發(fā)商觸以最合弓理的價(jià)剃格組建學(xué)符合要?jiǎng)e求的小咸區(qū)控制授網(wǎng)絡(luò)，輝有效控哪制成本忠。無(wú)論綁是舊系統(tǒng)的升級(jí)，鄉(xiāng)豐或是新遷系統(tǒng)設(shè)樹(shù)計(jì)，都替可以根幸據(jù)客戶鐮的需求也提出最哨貼切的娃實(shí)施方孫案，滿撓足各層蠶次用戶敘的需求灣，并能棟方便地合對(duì)用戶拴節(jié)點(diǎn)進(jìn)險(xiǎn)行修改腹和升級(jí)工。利用LonW圈orks技術(shù)進(jìn)行匪住宅小區(qū)維智能化的笨建設(shè)，可畏以在特定子的條件下嚷實(shí)施特定皇范圍的智氏能化建設(shè)您，并為以呀后更深入抖的發(fā)展奠蜘定良好的庭基礎(chǔ)。因蔑此LonW效orks技術(shù)在鼻住宅智育能化建稼設(shè)中應(yīng)奶用的前鄉(xiāng)豐景是非心常廣闊崖的。26六現(xiàn)聲場(chǎng)總線旬在智能洽交通領(lǐng)廳域中的胡應(yīng)用概述為了大逐幅度提霞高公路亂交通的啞通行能違力和安漠全度，殊采用智伸能交通距(ITS)新技術(shù)改鴿變現(xiàn)有公班路交通技轎術(shù)面貌，求是國(guó)際公拜路交通科嘗學(xué)的發(fā)展戚方向。智速能交通涉頌及交通、憶電子、計(jì)模算機(jī)、信蓬息科學(xué)以走及自動(dòng)控已制、通信落、檢測(cè)技漢術(shù)等諸多皆領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)步，ITS技術(shù)的畝應(yīng)用可私以減少鎮(zhèn)10％靜的廢氣體排量，桶20％謊的交通列延時(shí)，無(wú)30％模的停車(chē)秒次數(shù)。模美國(guó)Los捕An鉤gel章es地區(qū)和Texa炊s州在ITS技術(shù)方禿面投資雪的效益著成本比僻率分別貼是16元:1和蛋22:淡1。我國(guó)的交抱通特點(diǎn)是舟：1)細(xì)機(jī)動(dòng)車(chē)與熱非機(jī)動(dòng)車(chē)隆混行；2偏)自行昆車(chē)數(shù)量大際；3)亮機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)強(qiáng)量增長(zhǎng)快飯；4)核國(guó)產(chǎn)機(jī)動(dòng)羽車(chē)速度、濕網(wǎng)絡(luò)容納豬能力和交慈通宣傳力端度都非常挺有限。發(fā)蜓展ITS要適合我麻國(guó)的交通糞特點(diǎn)，結(jié)昆合我國(guó)的桿國(guó)情，研鍛究中國(guó)的匹智能交通眉系統(tǒng)。27六現(xiàn)場(chǎng)僅總線在智鵲能交通領(lǐng)鄙域中的應(yīng)假用智能交升通信號(hào)方控制系爭(zhēng)統(tǒng)介紹PLC模擬屏上位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)總線打印機(jī)1#交通信號(hào)機(jī)……基于現(xiàn)場(chǎng)總線的交通信號(hào)控制系統(tǒng)框圖2#交通信號(hào)機(jī)N#交通信號(hào)機(jī)PLCPLC28六現(xiàn)場(chǎng)峽總線在智折能交通領(lǐng)非域中的應(yīng)附用交通信號(hào)叫控制系統(tǒng)罵說(shuō)明基于現(xiàn)場(chǎng)怠總線的的誘交通信號(hào)與控制系統(tǒng)貝采用現(xiàn)場(chǎng)平總線技術(shù)重，由以PLC控制為核傲心的路口殊級(jí)交通信認(rèn)號(hào)控制機(jī)培、上位機(jī)寒組成。交汽通信號(hào)控壺制機(jī)通過(guò)掠現(xiàn)場(chǎng)總線爛其工作狀中態(tài)、控制輝信息、診適斷信息可捕實(shí)時(shí)上傳笑到上位機(jī)斯。在上位去機(jī)控制下叔，多臺(tái)交娛通信號(hào)控構(gòu)制機(jī)可以旬完成綠波風(fēng)帶功能。淚路口級(jí)交迅通信號(hào)控宏制機(jī)與上矩位機(jī)的功腥能分別如疲下所示：路口級(jí)仁交通信光號(hào)控制丟機(jī)功能鑒:何上位葵機(jī)的功齊能:1)多時(shí)段絡(luò)控制