現(xiàn)場總線儀表技術

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)場總線的國際標準，但由于巨大的、潛在的國家利益和集團利益，各大公司互不相讓，使得現(xiàn)場總線的國際標準耗時16年，而最終以妥協(xié)的方式通過。在這個現(xiàn)場總線國際標準IEC61158，即《用于測量和控制的數(shù)字數(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種總線標準。和現(xiàn)場總線相關的另外一個國際標準IEC62026是關于《低壓開關裝置和控制裝置用控制電路裝置和開關元件》的底層現(xiàn)場總線標準，其中也有6種總線標準。所以現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀仍然是多種總線標準并列、群雄爭霸的局面。　　如上所述，現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術種類繁雜，作為一門課程開設，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市場占有率高且技術先進的現(xiàn)場總線，作為學習與掌握現(xiàn)場總線技術的范例。選擇的結果就是國際標準IEC61158中的FF現(xiàn)場總線與Profibus現(xiàn)場總線。前者在流程工業(yè)中應用廣泛，其本質安全、總線供電等特點可滿足石化企業(yè)嚴格的工業(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)場總線技術國家標準。它們在各自的應用領域里都是市場中的佼佼者?！　”緯卜秩蟛糠?，細分為8章內容?！　〉谝徊糠郑壕w論與基礎知識。本部分共分2章內容。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)場總線技術的發(fā)展、特點及標準化工作進行了介紹，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總線進行了簡單介紹。第2章介紹在現(xiàn)場總線網絡中所要用到的網絡及通信的基礎知識，重點對通信網絡的組成、通信編碼方式、差錯控制、網絡拓撲結構、傳輸介質、網絡控制方式、網絡ISO/OSI互連模型等作了簡要的說明?！　〉诙糠郑篎F現(xiàn)場總線應用技術。本部分內容緊緊圍繞基金會現(xiàn)場總線技術的工程應用，進一步介紹了現(xiàn)場總線技術的概念及應用。本部分細分為4章內容。第3章介紹FF現(xiàn)場總線技術的網絡模型及通信協(xié)議，詳細描述了H1網段物理層及網絡層的基本規(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用技術，并給出了典型的工程應用實例。第5章介紹目前應用較廣泛的Smar系列FF現(xiàn)場總線儀表的種類、功能特點及應用技術。第6章則側重于FF現(xiàn)場總線的工程應用技術，對于系統(tǒng)布線、電纜選型、儀表供電、本安系統(tǒng)、屏蔽和接地等技術要點進行了說明，并給出了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計的一般步驟，介紹了設計圖紙規(guī)范，最后以Smar系列FF總線儀表為例，介紹了儀表的本機組態(tài)方法?！　〉谌糠郑篜rofibus現(xiàn)場總線應用技術。本部分共分2章內容。第7章介紹Profibus現(xiàn)場總線的網絡模型及通信協(xié)議，描述了Profibus-FMS、DP及PA技術的應用特點，給出了Profibus的網絡傳輸技術及總線控制方式，并對Profinet工業(yè)以太網技術作了簡單的介紹。第8章以西門子PLC的Profibus總線通信技術為例，介紹了Profibus現(xiàn)場總線網絡的典型應用知識。本章介紹了西門子S7-300模塊式PLC的硬件結構及組態(tài)軟件的應用特點，介紹了各類組織塊、數(shù)據(jù)塊在編程中的應用。本章重點是對Profibus-DP分布式現(xiàn)場總線系統(tǒng)及其編程進行介紹，給出了與此相關的硬件設置、組織塊、系統(tǒng)功能（SFC）調用規(guī)范及其應用實例，最后介紹了利用Profibus總線網卡將工業(yè)計算機連入Profibus總線的安裝使用步驟?！　【C上所述，本書將以學生從事現(xiàn)場總線技術應用所需的專業(yè)知識和工程應用作為著眼點，在適度的基礎知識與理論體系覆蓋下，突出高職教學的實用性和工程性，掌握知識與培養(yǎng)能力并行，以適應相關專業(yè)（群）應用型和高技能型人才培養(yǎng)技術應用能力的需要?！　”緯舌u益民、周哲民共同編寫，馬應魁主審。在本書的編寫過程中，丁煒、陳宏希、賈達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。　　由于編者水平有限，不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。

內容概要

本書不擬對現(xiàn)場總線技術作一般泛泛的介紹，而是選取目前最具影響力的兩種現(xiàn)場總線儀表技術：FF基金會現(xiàn)場總線技術及Profibus現(xiàn)場總線技術為代表，講解現(xiàn)場總線技術的發(fā)展、基本概念、工作原理和應用技術，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成、工作原理、通信協(xié)議、功能模塊、安裝布線、系統(tǒng)設計、組態(tài)操作和工程應用進行介紹，力求淺顯易懂，以符合高職學生的認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機構作為教材使用，全書各章都配有大量的習題和思考題，在重點章節(jié)中給出了多個具體的應用實例。適合作為高職院校自動化及儀表類、計算機控制專業(yè)的教學用書，亦可作為從事現(xiàn)場總線系統(tǒng)設計與應用開發(fā)的技術人員或相關科研人員的參考書或培訓教材。

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)場總線技術的標準化   1.5 幾種典型的現(xiàn)場總線技術   習題 第2章 數(shù)據(jù)通信基礎   2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念     2.1.1 通信系統(tǒng)的構成     2.1.2 通信系統(tǒng)的性能指標     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   2.2 通信網絡的基本概念     2.2.1 拓撲結構     2.2.2 傳輸介質     2.2.3 網絡控制方法   2.3 網絡互聯(lián)模型     2.3.1 ISO/OSI標準模型    2.3.2 網絡互聯(lián)設備   習題 第3章 基金會現(xiàn)場總線技術簡介   3.1 基金會現(xiàn)場總線通信模型   3.2 H1網段的物理連接     3.2.1 H1網段的構成     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網段的傳輸介質與拓撲結構     3.2.5 H1網段長度     3.2.6 H1網段的接地、屏蔽與極性   3.3 H1網段的鏈路活動調度     3.3.1 通信設備類型     3.3.2 鏈路活動調度器LAS     3.3.3 鏈路活動調度器的工作過程     3.3.4 鏈路時間   3.4 H1網段的網絡管理與系統(tǒng)管理     3.4.1 網絡管理     3.4.2 系統(tǒng)管理   3.5 FF的功能塊     3.5.1 功能塊的內部結構與功能塊連接     3.5.2 用戶應用模塊   3.6 設備描述與設備描述語言     3.6.1 設備描述     3.6.2 設備描述的參數(shù)分層     3.6.3 設備描述語言及DD開發(fā)     3.6.4 CFF文件   習題 第4章 FF現(xiàn)場總線功能塊   4.1 資源塊，轉換器塊   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 功能塊應用實例   習題 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)場總線轉換器（IF302）   5.4 現(xiàn)場總線/電流轉換器（FI302）   5.5 現(xiàn)場總線/氣壓轉換器（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 閥門定位器轉換塊   5.7 現(xiàn)場總線其他設備   習題 第6章 FF現(xiàn)場總線工程應用技術 第7章 Profibus現(xiàn)場總線標準第8章 西門子PLC的Profibus總線通信 參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第2章 數(shù)據(jù)通信基礎　　2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念　　2.1.1 通信系統(tǒng)的構成　　圖2．1表示了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構成。圖2—1(a)虛線框內為一個單向的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。其硬件包括數(shù)據(jù)信息的發(fā)送設備、接收設備及傳輸介質，由于電磁干擾等多種原因，將導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現(xiàn)場的溫度測量值送往監(jiān)控計算機。這里的現(xiàn)場溫度變送器即為發(fā)送設備，計算機為接收設備，中問的連接電纜為傳輸介質，溫度測量值為要傳送的報文內容，通信協(xié)議是存在于計算機和溫度變送器內控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M程序?！　∩鲜鰯?shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，發(fā)送與接收設備分別指通信的發(fā)起與接收方；傳輸介質則是收發(fā)設備之間的物理通路，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、語義和時序等關鍵要素。

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