現(xiàn)場(chǎng)總線儀表技術(shù)

前言

　　近20年來(lái)，國(guó)際上出現(xiàn)了200多種現(xiàn)場(chǎng)總線，其中有影響的也有幾十種。盡管國(guó)際電工委員會(huì)從1985年就開始著手制定現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但由于巨大的、潛在的國(guó)家利益和集團(tuán)利益，各大公司互不相讓，使得現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)耗時(shí)16年，而最終以妥協(xié)的方式通過(guò)。在這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158，即《用于測(cè)量和控制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信——用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線》中，有8+2種總線標(biāo)準(zhǔn)。和現(xiàn)場(chǎng)總線相關(guān)的另外一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62026是關(guān)于《低壓開關(guān)裝置和控制裝置用控制電路裝置和開關(guān)元件》的底層現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，其中也有6種總線標(biāo)準(zhǔn)。所以現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀仍然是多種總線標(biāo)準(zhǔn)并列、群雄爭(zhēng)霸的局面?！　∪缟纤?，現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)種類繁雜，作為一門課程開設(shè)，不可能面面俱到，且也無(wú)此必要。本教材力圖選取國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率高且技術(shù)先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，作為學(xué)習(xí)與掌握現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的范例。選擇的結(jié)果就是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中的FF現(xiàn)場(chǎng)總線與Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線。前者在流程工業(yè)中應(yīng)用廣泛，其本質(zhì)安全、總線供電等特點(diǎn)可滿足石化企業(yè)嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境需求，而后者則在制造業(yè)、流程業(yè)均占據(jù)重要地位，且是我國(guó)目前唯一的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。它們?cè)诟髯缘膽?yīng)用領(lǐng)域里都是市場(chǎng)中的佼佼者?！　”緯卜秩蟛糠?，細(xì)分為8章內(nèi)容?！　〉谝徊糠郑壕w論與基礎(chǔ)知識(shí)。本部分共分2章內(nèi)容。第1章簡(jiǎn)單回顧了工業(yè)自動(dòng)化儀表的發(fā)展歷程，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展、特點(diǎn)及標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行了介紹，最后對(duì)幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線：CAN總線、FF總線、Interbus總線、Profibus總線、ControlNet總線、DeviceNet總線、LonWorks總線、WorldFIP總線及ASi總線進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。第2章介紹在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中所要用到的網(wǎng)絡(luò)及通信的基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的組成、通信編碼方式、差錯(cuò)控制、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)控制方式、網(wǎng)絡(luò)ISO/OSI互連模型等作了簡(jiǎn)要的說(shuō)明?！　〉诙糠郑篎F現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用技術(shù)。本部分內(nèi)容緊緊圍繞基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的工程應(yīng)用，進(jìn)一步介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的概念及應(yīng)用。本部分細(xì)分為4章內(nèi)容。第3章介紹FF現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)模型及通信協(xié)議，詳細(xì)描述了H1網(wǎng)段物理層及網(wǎng)絡(luò)層的基本規(guī)范。第4章介紹了FF現(xiàn)場(chǎng)總線功能塊的基本知識(shí)及其應(yīng)用技術(shù)，并給出了典型的工程應(yīng)用實(shí)例。第5章介紹目前應(yīng)用較廣泛的Smar系列FF現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的種類、功能特點(diǎn)及應(yīng)用技術(shù)。第6章則側(cè)重于FF現(xiàn)場(chǎng)總線的工程應(yīng)用技術(shù)，對(duì)于系統(tǒng)布線、電纜選型、儀表供電、本安系統(tǒng)、屏蔽和接地等技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明，并給出了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟，介紹了設(shè)計(jì)圖紙規(guī)范，最后以Smar系列FF總線儀表為例，介紹了儀表的本機(jī)組態(tài)方法?！　〉谌糠郑篜rofibus現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用技術(shù)。本部分共分2章內(nèi)容。第7章介紹Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)模型及通信協(xié)議，描述了Profibus-FMS、DP及PA技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，給出了Profibus的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)及總線控制方式，并對(duì)Profinet工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)作了簡(jiǎn)單的介紹。第8章以西門子PLC的Profibus總線通信技術(shù)為例，介紹了Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用知識(shí)。本章介紹了西門子S7-300模塊式PLC的硬件結(jié)構(gòu)及組態(tài)軟件的應(yīng)用特點(diǎn)，介紹了各類組織塊、數(shù)據(jù)塊在編程中的應(yīng)用。本章重點(diǎn)是對(duì)Profibus-DP分布式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)及其編程進(jìn)行介紹，給出了與此相關(guān)的硬件設(shè)置、組織塊、系統(tǒng)功能（SFC）調(diào)用規(guī)范及其應(yīng)用實(shí)例，最后介紹了利用Profibus總線網(wǎng)卡將工業(yè)計(jì)算機(jī)連入Profibus總線的安裝使用步驟。　　綜上所述，本書將以學(xué)生從事現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用所需的專業(yè)知識(shí)和工程應(yīng)用作為著眼點(diǎn)，在適度的基礎(chǔ)知識(shí)與理論體系覆蓋下，突出高職教學(xué)的實(shí)用性和工程性，掌握知識(shí)與培養(yǎng)能力并行，以適應(yīng)相關(guān)專業(yè)（群）應(yīng)用型和高技能型人才培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力的需要?！　”緯舌u益民、周哲民共同編寫，馬應(yīng)魁主審。在本書的編寫過(guò)程中，丁煒、陳宏希、賈達(dá)做了大量的輔助性工作，并給予了極大的支持與幫助，在此表示衷心感謝?！　∮捎诰幷咚接邢?，不足之處在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書不擬對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作一般泛泛的介紹，而是選取目前最具影響力的兩種現(xiàn)場(chǎng)總線儀表技術(shù)：FF基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為代表，講解現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展、基本概念、工作原理和應(yīng)用技術(shù)，同時(shí)也對(duì)其他用于工業(yè)控制的典型現(xiàn)場(chǎng)總線，如CAN總線、Interbus總線、ControlNet總線、DeviceNet總線、LonWorks總線、WorldFIP總線及ASi總線進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。     本書從工程實(shí)用性出發(fā)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的硬件構(gòu)成、工作原理、通信協(xié)議、功能模塊、安裝布線、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組態(tài)操作和工程應(yīng)用進(jìn)行介紹，力求淺顯易懂，以符合高職學(xué)生的認(rèn)知程度及高技能人才的培養(yǎng)模式。為方便高職院校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)作為教材使用，全書各章都配有大量的習(xí)題和思考題，在重點(diǎn)章節(jié)中給出了多個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例。適合作為高職院校自動(dòng)化及儀表類、計(jì)算機(jī)控制專業(yè)的教學(xué)用書，亦可作為從事現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用開發(fā)的技術(shù)人員或相關(guān)科研人員的參考書或培訓(xùn)教材。

書籍目錄

第1章 緒論   1.1 工業(yè)自動(dòng)化儀表及系統(tǒng)的發(fā)展歷程  1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介     1.2.1 什么是現(xiàn)場(chǎng)總線    1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的起源     1.2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展歷史   1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)   1.4 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化   1.5 幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)   習(xí)題 第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)   2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念     2.1.1 通信系統(tǒng)的構(gòu)成     2.1.2 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)     2.1.3 數(shù)據(jù)傳輸方式     2.1.4 通信線路的工作方式     2.1.5 信息編碼與通信編碼     2.1.6 差錯(cuò)控制技術(shù)   2.2 通信網(wǎng)絡(luò)的基本概念     2.2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)     2.2.2 傳輸介質(zhì)     2.2.3 網(wǎng)絡(luò)控制方法   2.3 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型     2.3.1 ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型    2.3.2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備   習(xí)題 第3章 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介   3.1 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型   3.2 H1網(wǎng)段的物理連接     3.2.1 H1網(wǎng)段的構(gòu)成     3.2.2 H1的物理信號(hào)波形     3.2.3 H1的協(xié)議報(bào)文編碼     3.2.4 H1網(wǎng)段的傳輸介質(zhì)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)     3.2.5 H1網(wǎng)段長(zhǎng)度     3.2.6 H1網(wǎng)段的接地、屏蔽與極性   3.3 H1網(wǎng)段的鏈路活動(dòng)調(diào)度     3.3.1 通信設(shè)備類型     3.3.2 鏈路活動(dòng)調(diào)度器LAS     3.3.3 鏈路活動(dòng)調(diào)度器的工作過(guò)程     3.3.4 鏈路時(shí)間   3.4 H1網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)管理與系統(tǒng)管理     3.4.1 網(wǎng)絡(luò)管理     3.4.2 系統(tǒng)管理   3.5 FF的功能塊     3.5.1 功能塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能塊連接     3.5.2 用戶應(yīng)用模塊   3.6 設(shè)備描述與設(shè)備描述語(yǔ)言     3.6.1 設(shè)備描述     3.6.2 設(shè)備描述的參數(shù)分層     3.6.3 設(shè)備描述語(yǔ)言及DD開發(fā)     3.6.4 CFF文件   習(xí)題 第4章 FF現(xiàn)場(chǎng)總線功能塊   4.1 資源塊，轉(zhuǎn)換器塊   4.2 模擬輸入塊AI   4.3 控制塊PID   4.4 模擬輸出塊AO   4.5 其他功能塊簡(jiǎn)介   4.6 功能塊應(yīng)用實(shí)例   習(xí)題 第5章 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表   5.1 現(xiàn)場(chǎng)總線壓力變送器（LD302）     5.1.1 工作原理     5.1.2 電容式傳感器     5.1.3 功能模塊     5.1.4 控制策略與組態(tài)     5.1.5 顯示器     5.1.6 校驗(yàn)     5.1.7 安裝   5.2 現(xiàn)場(chǎng)總線溫度變送器（TT302）     5.2.1 電路     5.2.2 溫度傳感器     5.2.3 功能模塊     5.2.4 校驗(yàn)   5.3 電流-現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器（IF302）   5.4 現(xiàn)場(chǎng)總線/電流轉(zhuǎn)換器（FI302）   5.5 現(xiàn)場(chǎng)總線/氣壓轉(zhuǎn)換器（FP302）     5.5.1 氣動(dòng)部件     5.5.2 硬件電路     5.5.3 組態(tài)   5.6 現(xiàn)場(chǎng)總線閥門定位器（FY302）     5.6.1 輸出組件     5.6.2 閥門定位器轉(zhuǎn)換塊   5.7 現(xiàn)場(chǎng)總線其他設(shè)備   習(xí)題 第6章 FF現(xiàn)場(chǎng)總線工程應(yīng)用技術(shù) 第7章 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)第8章 西門子PLC的Profibus總線通信 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)　　2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念　　2.1.1 通信系統(tǒng)的構(gòu)成　　圖2．1表示了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成。圖2—1(a)虛線框內(nèi)為一個(gè)單向的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。其硬件包括數(shù)據(jù)信息的發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備及傳輸介質(zhì)，由于電磁干擾等多種原因，將導(dǎo)致通信降級(jí)或完全失效，通信協(xié)議是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸不可缺少的軟件，而被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息則形成通信報(bào)文?！　≡偃缭趫D2—1(b)。所示的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，溫度變送器要將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度測(cè)量值送往監(jiān)控計(jì)算機(jī)。這里的現(xiàn)場(chǎng)溫度變送器即為發(fā)送設(shè)備，計(jì)算機(jī)為接收設(shè)備，中問(wèn)的連接電纜為傳輸介質(zhì)，溫度測(cè)量值為要傳送的報(bào)文內(nèi)容，通信協(xié)議是存在于計(jì)算機(jī)和溫度變送器內(nèi)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M程序。　　上述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，發(fā)送與接收設(shè)備分別指通信的發(fā)起與接收方；傳輸介質(zhì)則是收發(fā)設(shè)備之間的物理通路，如雙絞線、光纖、無(wú)線波段等；報(bào)文則指需要傳送的數(shù)據(jù)，它可以是文本、數(shù)字、圖像、聲音或其組合形式；通信協(xié)議則指用于實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信并理解通信數(shù)據(jù)意義的一組規(guī)則，它包括語(yǔ)法、語(yǔ)義和時(shí)序等關(guān)鍵要素。

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