DCS及现场总线技术第7章ppt.ppt
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1、第7章 典型现场总线及其应用,7.1 FROFIBUS总线 7.2基金会现场总线7.3 CAN总线7.4 ControlNet总线7.5 DeviceNet总线7.6 其它总线技术,第7章 典型现场总线及其应用,7.1 FROFIBUS总线,一、 FROFIBUS总线PROFIBUS总线由三个兼容部分组成,即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA,三个系列分别用于不同的场合,如图7-1所示:,设备行规应用行规,图7-1 PROFIBUS三个兼容部分,PROFIBUS三个系列总线提供了一个从传感器/执行器到区域控制器及管理层的透明通信网络,如图所示:,图7-2
2、从传感器/执行器到区域控制器的透明通信网络,Ethernet TCP/IP,CNC,PC/VME,二、 FROFIBUS协议结构对于PROFIBUS的三个兼容部分:Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA,因为针对不同的工业过程而设计,协议结构的各层定义有所不同,如图7-3所示。,图7-3 PROFIBUS三个兼容部分协议,三、PROFIBUS数据传输技术针对工业自动化实际控制系统的需要,PROFIBUS提供了三种数据传输技术,即:用于DPFMS的RS 485传输技术、用于PA的IEC 1158-2传输技术和光纤传输技术。,1. 用于DPFMS的RS 485传输
3、技术,(1)RS 485传输技术的基本特征传输速率:9.6Kbit /s12Mbit/ s。通信介质:屏蔽双绞电缆,也可取消屏蔽,取决于环境条件。网络拓扑:线性总线,两端配备有源的总线终端电阻。站点数:每分段32个站(不带中继器),可扩展到126个站(带中继器)。插头连接:9针D型插头。,(2)RS 485传输设备安装要点全部设备均与总线连接。每个分段上最多可接32个站,每段的头和尾各有一个总 线终端电阻,确保操作运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。,当分段上站数超过32个时,必须使用中继器用以连接各总线段。串联的中继器一般不超过3个,如图7-5所示。需要注意的是,中继站没有站地址
4、,但被计算在每段的站数中。,传输距离及速率。 系统在高电磁发射环境运行时,应使用带屏蔽的电缆,屏蔽可提高电磁兼容性。,图7-4 RS 485分段连接结构,2. 用于PA的IEC 1158-2传输技术,IEC 1158-2的传输技术用于PROFIBUS-PA,能满足化工和石油化工业的要求。它可保持本征安全性,通过总线对现场设备供电。,(1)IEC1158-2传输技术特性数据传输:数字式、曼彻斯特编码,采用前同步信号、起始和终止限定符提高数据传输准确性。传输速率:31.25Kbit/s。通信介质:屏蔽式或非屏蔽式双绞线。远程电源供电:每段只有一个电源作为供电装置。防爆性:能进行本征及非本征安全操作
5、。,(2)RS 485传输与IEC1158-2传输技术的连接,图7-5 段间藕合器连接结构,3. 光纤传输技术,在电磁干扰很大的环境下应用时,可使用光纤传输技术,利用光纤导体增加高速传输的距离。,PROFIBUS总线的三种传输技术在系统的集成过程中,可根据实际控制需要,灵活选择和配置于一个系统中。如图7-7:,图7-6 三种传输技术在同一个系统中的集成方式,四、PROFIBUS三个系列总线的通信特性,1. PROFIBUS-DP,(1)传输特点 通常情况下采用标准的RS 485传输技术,在长距离或强电磁干扰环境下,可采用光纤传输技术,波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。 各主站之间令
6、牌传送,主站与从站间为主-从传送,总线上最多站点(主、从设备)数为126;可实现总线网或环网。 通信距离:在1.5 Mbit/s 的通信速率下,通过中继器PROFIBUS-DP总 线通信距离可以达到200m。无通信速率要求下,最远可延长到90km。,(2) PROFIBUS-DP总线可集成的设备集成远程 I/O;集成执行器和驱动;集成操作面板;集成PID回路控制器;集成AS-I总线。,集成案例如图所示:,图7-7 PROFIBUS-DP可集成的设备,2. PROFIBUS-PA,(1)传输特点 基于扩展的 PROFIBUS-DP 协议和 IEC 61158-2 传输技术。 增加和去除总线站点,
7、不会影响到其它站,对所有设备只需一套组态和监测工具。 仅用一根双绞线进行数据通信、控制和供电。 在潜在的爆炸危险区可使用防爆型本征安全或非本征安全。 通过读取仪器仪表的维护和诊断信息,减少故障和停机时间。 (2)PROFIBUS-PA设备行规: 行规保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能。,3. PROFIBUS-FMS,(1)PROFIBUS-FMS通信对象与对象字典,(2)PROFIBUS-FMS行规,五、PROFIBUS总线的应用设计1.PROFIBUS控制系统的构成1) 一类主站:PC、PLC或可做一类主站的控制器,由它们完成总线通信控制与管理 2) 二类主站:操作员工作站、编程器、
8、操作员接口等,完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。 3) 从站 可作为从站的设备2.项目配置过程确定与其它控制系统的接口方式;2) PROFIBUS控制系统的配置;3) 确定主/从站功能和数量;4) 确定系统传输协议和现场设备;5) 选择PROFIBUS控制器;6) 综合评估。,3. 系统评价对现场总线控制系统及仪表的评价主要包括下列几项:控制功能分配是否合理,是否达到危险分散和节省硬件的目的。适当的冗余措施,使可靠性达到和高于DCS系统。对传统信号设备和系统的兼容性。是否通过互可操作性测试,是否具备管理能力。现场总线仪表的性能。,图7-8 PCS7系统结构,4. PROFIBUS总线
9、的典型应用案例一:PROFIBUS总线在西门子PCS7控制系统中的应用,案例二: PROFIBUS总线在卷烟厂控制生产线的应用,图7-9 系统网络结构,图7-10 现场仪表连接图,7.2基金会现场总线,一、FF H1总线的通信模型及相互关系FF总线的通信模型,图7-11 FF模型内部结构,2. 协议数据的构成与层次,图 7-12 协议数据的构成,二、 FF H1总线的物理层,1. FF H1总线的传输介质H1低速总线支持多种传输介质,如双绞线、同轴电缆、光缆、无线通信介质等,目前应用较为广泛的是前两种。,2. FF H1总线拓扑结构低速现场总线FF H1支持点对点连接、总线型、菊花链型、树型拓
10、扑结构,图 7-13 FF H1网络拓扑结构图,三、数据通信链路,基金会总线的数据链路层主要控制数据报文在现场总线上的传输,通过链路活动调度器上确定的集中式总线调度程序,管理对现场总线的访问。,1.通信设备类型根据总线上设备的通信能力,基金会现场总线把通信设备分为三类,链路主设备、基本设备和网桥。如图7-14所示:,2.链路活动调度权的竞争与转交,一个总线段上可以连接多种通信设备,也可以挂接多个链路主设备,但一个总线段上某个时刻只能有一个链路主设备成为链路活动调度器LAS,没有成为LAS的链路主设备起着后备LAS的作用。当作为链路活动调度器的主设备发生故障或因其他原因失去链路活动调度能力时,系
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