現(xiàn)場總線儀表技術(shù)

前言

　　近20年來，國際上出現(xiàn)了200多種現(xiàn)場總線，其中有影響的也有幾十種。盡管國際電工委員會從1985年就開始著手制定現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)，但由于巨大的、潛在的國家利益和集團(tuán)利益，各大公司互不相讓，使得現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)耗時16年，而最終以妥協(xié)的方式通過。在這個現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158，即《用于測量和控制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信——用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線》中，有8+2種總線標(biāo)準(zhǔn)。和現(xiàn)場總線相關(guān)的另外一個國際標(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)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其中也有6種總線標(biāo)準(zhǔn)。所以現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀仍然是多種總線標(biāo)準(zhǔn)并列、群雄爭霸的局面。　　如上所述，現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)種類繁雜，作為一門課程開設(shè)，不可能面面俱到，且也無此必要。本教材力圖選取國際和國內(nèi)市場占有率高且技術(shù)先進(jìn)的現(xiàn)場總線，作為學(xué)習(xí)與掌握現(xiàn)場總線技術(shù)的范例。選擇的結(jié)果就是國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中的FF現(xiàn)場總線與Profibus現(xiàn)場總線。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，且是我國目前唯一的現(xiàn)場總線技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)。它們在各自的應(yīng)用領(lǐng)域里都是市場中的佼佼者?！　”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。本部分共分2章內(nèi)容。第1章簡單回顧了工業(yè)自動化儀表的發(fā)展歷程，并對現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展、特點及標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行了介紹，最后對幾種典型的現(xiàn)場總線：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)行了簡單介紹。第2章介紹在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中所要用到的網(wǎng)絡(luò)及通信的基礎(chǔ)知識，重點對通信網(wǎng)絡(luò)的組成、通信編碼方式、差錯控制、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互連模型等作了簡要的說明?！　〉诙糠郑篎F現(xiàn)場總線應(yīng)用技術(shù)。本部分內(nèi)容緊緊圍繞基金會現(xiàn)場總線技術(shù)的工程應(yīng)用，進(jìn)一步介紹了現(xiàn)場總線技術(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)場總線功能塊的基本知識及其應(yīng)用技術(shù)，并給出了典型的工程應(yīng)用實例。第5章介紹目前應(yīng)用較廣泛的Smar系列FF現(xiàn)場總線儀表的種類、功能特點及應(yīng)用技術(shù)。第6章則側(cè)重于FF現(xiàn)場總線的工程應(yīng)用技術(shù)，對于系統(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)要點進(jìn)行了說明，并給出了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟，介紹了設(shè)計圖紙規(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，給出了Profibus的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)及總線控制方式，并對Profinet工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)作了簡單的介紹。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)場總線網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用知識。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，介紹了各類組織塊、數(shù)據(jù)塊在編程中的應(yīng)用。本章重點是對Profibus-DP分布式現(xiàn)場總線系統(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)用實例，最后介紹了利用Profibus總線網(wǎng)卡將工業(yè)計算機(jī)連入Profibus總線的安裝使用步驟?！　【C上所述，本書將以學(xué)生從事現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用所需的專業(yè)知識和工程應(yīng)用作為著眼點，在適度的基礎(chǔ)知識與理論體系覆蓋下，突出高職教學(xué)的實用性和工程性，掌握知識與培養(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接邢蓿蛔阒幵谒y免，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書不擬對現(xiàn)場總線技術(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)場總線儀表技術(shù)：FF基金會現(xiàn)場總線技術(shù)及Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)為代表，講解現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展、基本概念、工作原理和應(yīng)用技術(shù)，同時也對其他用于工業(yè)控制的典型現(xiàn)場總線，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)行了簡單介紹。     本書從工程實用性出發(fā)，對現(xiàn)場總線儀表的硬件構(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、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，在重點章節(jié)中給出了多個具體的應(yīng)用實例。適合作為高職院校自動化及儀表類、計算機(jī)控制專業(yè)的教學(xué)用書，亦可作為從事現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)計與應(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)自動化儀表及系統(tǒng)的發(fā)展歷程  1.2 現(xiàn)場總線簡介     1.2.1 什么是現(xiàn)場總線    1.2.2 現(xiàn)場總線的起源     1.2.3 現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展歷史   1.3 現(xiàn)場總線的特點   1.4 現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化   1.5 幾種典型的現(xiàn)場總線技術(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 基金會現(xiàn)場總線技術(shù)簡介   3.1 基金會現(xiàn)場總線通信模型   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的物理信號波形     3.2.3 H1的協(xié)議報文編碼     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)段的鏈路活動調(diào)度     3.3.1 通信設(shè)備類型     3.3.2 鏈路活動調(diào)度器LAS     3.3.3 鏈路活動調(diào)度器的工作過程     3.3.4 鏈路時間   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)備描述語言及DD開發(fā)     3.6.4 CFF文件   習(xí)題 第4章 FF現(xiàn)場總線功能塊   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 其他功能塊簡介   4.6 功能塊應(yīng)用實例   習(xí)題 第5章 現(xiàn)場總線儀表   5.1 現(xiàn)場總線壓力變送器（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     5.1.7 安裝   5.2 現(xiàn)場總線溫度變送器（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   5.3 電流-現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換器（IF302）   5.4 現(xiàn)場總線/電流轉(zhuǎn)換器（FI302）   5.5 現(xiàn)場總線/氣壓轉(zhuǎn)換器（FP302）     5.5.1 氣動部件     5.5.2 硬件電路     5.5.3 組態(tài)   5.6 現(xiàn)場總線閥門定位器（FY302）     5.6.1 輸出組件     5.6.2 閥門定位器轉(zhuǎn)換塊   5.7 現(xiàn)場總線其他設(shè)備   習(xí)題 第6章 FF現(xiàn)場總線工程應(yīng)用技術(shù) 第7章 Profibus現(xiàn)場總線標(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)致通信降級或完全失效，通信協(xié)議是實現(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)場的溫度測量值送往監(jiān)控計算機(jī)。這里的現(xiàn)場溫度變送器即為發(fā)送設(shè)備，計算機(jī)為接收設(shè)備，中問的連接電纜為傳輸介質(zhì)，溫度測量值為要傳送的報文內(nèi)容，通信協(xié)議是存在于計算機(jī)和溫度變送器內(nèi)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M程序?！　∩鲜鰯?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、無線波段等；報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，它包括語法、語義和時序等關(guān)鍵要素。

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