现场总线技术及其应用PPT学习教案

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1、会计学12提纲提纲索引索引第1页/共31页31. 现场总线产生的历史背景现场总线产生的历史背景第一代工业控制体系结构(气动信号标准：0.21kgf/cm2)；第二代工业控制体系结构ACS (电气信号：420mA)；第三代工业控制体系结构CCS (集中式控制)；第四代工业控制体系结构DCS(分布式控制体系结构)；第五代工业控制体系结构FCS(现场总线控制系统)。2. 现场总线定义现场总线定义 现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感器及传动装置等)的数据通信。第2页/共31页43. 现场总线主要特点现场总线主要特点1) 系统可靠性

2、高； 2) 实现开放式互连网络； 3) 安装与接线费用低； 4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。4. 现场总线国际标准化状况现场总线国际标准化状况 早在1985年，IEC(国际电工委员会)开始着手制订国际性现场总线标准，并将此标准命名为FieldBus；之后，ISA(美国仪表学)SP50委员会也加入到此标准的制订工作中。目前，较流行的现场总线主要有FF、Profibus、LonWorks、CAN、HART、P-Net等。 第3页/共31页55. 现场总线结构模型现场总线结构模型 现场总线的模型结构在低层 (1、2层 )是基本相同的，在上层各现场总线之间的功能有所不同。 IEC定义为 3层

3、，即采用ISO (国际标准化组织) 的OSI所规定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。 ISA/ SP50委员会增加了用户层，因此现场总线模型已统一为4层，即物理层、链路层、应用层和用户层。第4页/共31页6第5页/共31页7 我国煤炭资源十分丰富，石油资源相对短缺，大力发展煤化工产业，是我国技术经济发展过程中必须采取的一项措施。 在我国，中、小氮肥造气工艺多数采用固定床间歇式造气炉，五步循环的制气控制直接影响煤气的产量、质量及原料的消耗，长期一直受到业内的高度重视。 机械式水压自动机 单回路数字调节器、PLC和集散控制系统(DCS) 现场总线控制系统FCS 第6页/共31页8煤气空

4、气1水蒸汽2347吹风气56各阶段气体流向示意图 阶段1234567上吹下吹二上吹净阀 门 开 闭 情 况吹风工作循环中各阀门开闭状态 气化层温度将随着空气的加入而升高，随着蒸气的加入而气化层温度将随着空气的加入而升高，随着蒸气的加入而降低，呈现一定规律变化，该生产过程被称为一个工作循环。降低，呈现一定规律变化，该生产过程被称为一个工作循环。 第7页/共31页 工艺流程中必须安装足够的阀门，通过对阀门的闭启来控制间歇制气工艺生产过程，工艺流程如下图所示：流程中必须安装足够的阀门，通过对阀门的闭启来控制间歇制气工艺生产过程，工艺流程如下图所示： 炉况监测探头灰斗燃烧室蒸总阀放 空炉口上行测温装置

5、炉条空层干燥层干馏层气化层灰渣层下行测温装置吹风阀上氮阀上吹阀下行阀下氮阀下吹阀上行阀蒸汽吹回阀烟囱阀煤总阀气 柜第8页/共31页10CAN现场总线控制系统设计现场总线控制系统设计 工业控制机(IPC)CAN适配器CAN总线打印机企业局域网InternetCAN控制器传感器执行器间歇造气炉CAN控制器传感器执行器间歇造气炉第9页/共31页11硬件节点设计硬件节点设计 RRCAN驱动器82C250CAN控制器SJA1000Intel 1680C196KC显示器键盘报警输出串行接口炉温监测探头换向阀站调节阀常规仪表CAN Field Bus第10页/共31页12软件节点设计软件节点设计 各节点软件

6、具体包括以下各软件包：各节点软件具体包括以下各软件包： ( (1) ) RDSP-4型雷达信号处理软件包；型雷达信号处理软件包； ( (2) ) ZF-4S-BIOS型基本型基本I/O管理模块；管理模块； ( (3) ) ZF-4S-ZQC型造气过程控制软件包；型造气过程控制软件包； ( (4) ) ZF-4S-HN型氢氮比控制模块。型氢氮比控制模块。 第11页/共31页13l CAN现场总线技术应用于造气炉控制系统，从根本上实现结现场总线技术应用于造气炉控制系统，从根本上实现结 构分散、信息集中、管控一体化的全新分布式控制模式；构分散、信息集中、管控一体化的全新分布式控制模式；l 基于基于C

7、AN现场总线的造气炉智能控制系统的产业化发展，将现场总线的造气炉智能控制系统的产业化发展，将 为造气炉的高水平自动化提供强有力的技术支持。为造气炉的高水平自动化提供强有力的技术支持。 第12页/共31页141. 项目概述项目概述n我国的锅炉产业发展迅猛，但运行热效率低,浪费能源，污染环境，自动化改造的任务十分紧迫； n我国工业锅炉控制系统发展大致经过五个阶段：n手工控制阶段；n专用仪表控制阶段 ；n电动单元组合控制阶段； n计算机控制阶段（分布式控制系统DCS）； n现场总线控制阶段 。n经典的PID 控制往往不易达到最佳的控制状态采用更先进的控制策略势在必行。第13页/共31页152. 工艺

8、流程简介工艺流程简介 n燃料和空气按一定比例进入锅炉内燃烧，生成热量传给蒸发系统产生饱和蒸汽，经过过热器使饱和蒸汽成为有一定温度和压力的过热蒸汽，并且汇集到过热联箱，经主气阀供负荷设备使用；n燃烧过程中产生的烟气除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，通过省煤器预热锅炉的给水，通过烟道引导，经过除尘器和引风机处理，达到国家排放标准，最后通过烟囱进入大气。第14页/共31页炉 排烟囱省煤器煤斗主气阀给煤机磨煤机二次风机下联箱上联箱水冷壁管上锅筒下锅筒对流管束除尘器引风机空气预热器送风机过热联箱过热器蔗渣喷播器给水泵汽包第15页/共31页C A N 总 线总 控 制 台( 主 、 辅 工 作 站 )一 体

9、化 操 作 站手 动 仪 表以 太 网模 拟 屏分 控 室中 心 控 制 室打 印 机企 业 服 务 器一 体 化 操 作 站手 动 仪 表一 体 化 操 作 站S Y - 2 0 0 8 G L锅 炉 监 控 器手 动 仪 表一 体 化 操 作 站手 动 仪 表S Y - 2 0 0 8 G L锅 炉 监 控 器S Y - 2 0 0 8 G L锅 炉 监 控 器S Y - 2 0 0 8 G L锅 炉 监 控 器执行机构传感器一 号 锅 炉二 号 锅 炉三 号 锅 炉四 号 锅 炉企 业 M I S 系 统分 控 室执行机构传感器执行机构传感器执行机构传感器第16页/共31页按键测温热电阻

10、温度变送器SY-2008GL 监控器监控器一体化操作站键盘鼠标显示打印中心工作站测温热电偶压力变送器流量变送器液位变送器液位开关含氧量变送器显示手动/自动切换带手操开关伺服放大器执行器现场各电气设备报警压力传感器流量传感器锅炉现场锅炉现场控制室控制室第17页/共31页19三 现场总线在锅炉控制系统中的应用第18页/共31页20国内外配电自动化的发展现状国内外配电自动化的发展现状 配电是电力系统发电、输电和配电中直接面向电力用户的重要环节。八十年代末，配电自动化在美国等工业发达国家逐步发展起来。配电自动化的内容大致分为四个方面：1) 馈线自动化; 2) 用户自动化; 3) 变电站自动化; 4)

11、配电管理自动化。城市配电自动化是国家最近几年重要的投资方向，配网自动化为电网的运行监测、快速故障定位、故障隔离等提供了有力的保障措施。电力配电系统环境特殊，需要一种可靠性高、实时性强、容易操作的测控网，并能把上层的管理网和前端的测控网连接起来。主要用于低层设备通信的现场总线完全可以适用于这种要求。这对利用现有设备，进一步提高配电网的自动化水平，提高供电可靠性，增加电网经济效益，都具有十分重要的意义。 第19页/共31页21 基于现场总线的电力配电监控网络构成基于现场总线的电力配电监控网络构成第20页/共31页22 系统主要特点系统主要特点友好的人机界面；强大的网络通信；可靠的安全管理；实时的故

12、障报警和事件处理；完善的数据报表；系统内相关资源的数据采集、监控和共享；为各级电力系统的管理者提供的决策帮助；系统可靠性、稳定性和可视化的明显提高；对各个智能子系统的远程监控；第21页/共31页23 概述概述随着计算机、控制与通信技术的飞速发展，特别是近年来房地产业的持续升温，楼宇自动化系统(BAS)技术也在不断改善、更新。楼宇自动化管理着建筑物内大量分散的机电设备，使大楼变得更加安全、经济与舒适。一般而言，楼宇自动化系统由暖通空调、变配电、给排水、照明、保安及消防等子系统组成；对其它独立子系统，如电梯、广播、电缆电视等系统，则可根据需要将工作状态监视及紧急状态下越级控制权赋予BAS的监控中心

13、。我国现有的智能建筑中，楼宇自动化程度普遍不高。国内绝大多数楼宇自动化系统一般由世界著名公司成套提供，包括传感器、阀门、执行器、控制器、上位机、监控软件等。第22页/共31页24 楼宇自动化中应用的主要现场总线技术楼宇自动化中应用的主要现场总线技术智能建筑中广泛使用的主要有两种：BACnet和LonWorks。1) BACnet： 1987年，美国暖通空调工程师协会(ASHRAE)组织成立SPC135开发；目前已成为美国和欧洲标准，并有20多家公司推出了60余种不同类型的BACnet；旧金山的金门大厦改造工程被认为是BACnet的标准应用范例。2) LonWorks: 1991年，美国Eche

14、lon公司推出的技术，该协议完全支持国际标准化组织ISO定义的OSI七层模型。由于其具有高可靠性、开放性和低成本的优点，全世界数以千记的制造厂商在其控制网络方案中纷纷采用。 LonWorks技术的核心是同时具有通信和控制功能的神经元(Neuron)芯片中有3个8位的CPU，其中2个中央处理器用于执行通信协议，而另一个处理器用于执行节点的监控功能。第23页/共31页25 基于现场总线技术智能楼宇网络系统构成基于现场总线技术智能楼宇网络系统构成 本监控系统主要实现对一栋23层高大楼的中央空调系统、排风机系统、给排水系统、照明系统、变配电系统、电梯系统的监控和管理。第24页/共31页26LonWor

15、ks现场总线技术推出后，在楼宇自动化方面的应用特别广泛，这也是国家建设部在楼宇自动化方面选择LonWorks技术重点推广的原因所在。 由于LonWorks技术的开放性.产品选择的多样化，网络规模的灵活性，允许房屋开发商以最合理的价格组建符合要求的小区控制网络，有效控制成本。无论是旧系统的升级，或是新系统设计，都可以根据客户的需求提出最贴切的实施方案，满足各层次用户的需求，并能方便地对用户节点进行修改和升级。利用LonWorks技术进行住宅小区智能化的建设，可以在特定的条件下实施特定范围的智能化建设，并为以后更深入的发展奠定良好的基础。因此LonWorks技术在住宅智能化建设中应用的前景是非常广

16、阔的。 第25页/共31页27概述概述 为了大幅度提高公路交通的通行能力和安全度，采用智能交通(ITS)新技术改变现有公路交通技术面貌，是国际公路交通科学的发展方向。智能交通涉及交通、电子、计算机、信息科学以及自动控制、通信、检测技术等诸多领域。 据统计，ITS技术的应用可以减少10的废气排量，20的交通延时，30的停车次数。美国Los Angeles地区和Texas州在ITS技术方面投资的效益成本比率分别是16:1和22:1。 我国的交通特点是：1) 机动车与非机动车混行；2) 自行车数量大；3) 机动车数量增长快；4) 国产机动车速度、网络容纳能力和交通宣传力度都非常有限。发展ITS要适合

17、我国的交通特点，结合我国的国情，研究中国的智能交通系统。第26页/共31页28 智能交通信号控制系统介绍智能交通信号控制系统介绍PLC模拟屏上位机现场总线打印机1# 交通信号机基于现场总线的交通信号控制系统框图2# 交通信号机N# 交通信号机PLCPLC第27页/共31页29交通信号控制系统说明交通信号控制系统说明 基于现场总线的的交通信号控制系统采用现场总线技术，由以PLC控制为核心的路口级交通信号控制机、上位机组成。交通信号控制机通过现场总线其工作状态、控制信息、诊断信息可实时上传到上位机。在上位机控制下，多台交通信号控制机可以完成绿波带功能。路口级交通信号控制机与上位机的功能分别如下所示

18、：路口级交通信号控制机功能: 上位机的功能: 1) 多时段控制; 1) 信号机配时; 2) 定周期控制; 2) 绿波带控制; 3) 黄闪控制; 3) 流量分析; 4) 手动控制; 4) 路口状态监视; 5) 流量检测;第28页/共31页30 现场总线技术是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、电力自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。 现场总线属于尚在发展之中的技术，我国在这一技术领域还刚刚起步。总体说来，自动化系统与设备将朝着现场总线体系结构的方向前进。既然是总线，就要向着趋于开放统一的方向发展，成为大家都遵守的标准规范，但由于这一技术所涉及的应用领域十分广泛，一个现场总线体系下可能不止容纳单一的标准。有理由认为，在从现在起的未来十年内，可能出现几大总线标准共存，甚至在一个现场总线系统内，几种总线标准的设备通过路由网关互连实现信息共享的局面。第29页/共31页31第30页/共31页