現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用報(bào)告人：劉暾東單位：廈門大學(xué)自動(dòng)化系1提綱索引現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線在樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線在智能交通領(lǐng)域中的應(yīng)用結(jié)束語2一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介1.

現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)生的歷史背景第一代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)(氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：0.2～1kgf/cm2)；第二代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)—ACS

(電氣信號(hào)：4～20mA)；第三代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)—CCS(集中式控制)；第四代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)—DCS(分布式控制體系結(jié)構(gòu))；第五代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)—FCS(現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng))。2.現(xiàn)場(chǎng)總線定義

現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，主要用于工廠低層設(shè)備(傳感器及傳動(dòng)裝置等)的數(shù)據(jù)通信。3一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介3.現(xiàn)場(chǎng)總線主要特點(diǎn) 1)

系統(tǒng)可靠性高；

2)

實(shí)現(xiàn)開放式互連網(wǎng)絡(luò)；

3)

安裝與接線費(fèi)用低；

4)

調(diào)節(jié)性能提高；

5)

系統(tǒng)組態(tài)簡(jiǎn)單。4.現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化狀況

早在1985年，IEC(國(guó)際電工委員會(huì))開始著手制訂國(guó)際性現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，并將此標(biāo)準(zhǔn)命名為FieldBus；之后，ISA(美國(guó)儀表學(xué))SP50委員會(huì)也加入到此標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作中。目前，較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有FF、Profibus、LonWorks、CAN、HART、P-Net等。

4一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介5.

現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)模型現(xiàn)場(chǎng)總線的模型結(jié)構(gòu)在低層(1、2層)是基本相同的，在上層各現(xiàn)場(chǎng)總線之間的功能有所不同。IEC定義為3層，即采用ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)的OSI所規(guī)定的7層中的3層，分別為物理層、鏈路層、應(yīng)用層。

ISA/SP50委員會(huì)增加了用戶層，因此現(xiàn)場(chǎng)總線模型已統(tǒng)一為4層，即物理層、鏈路層、應(yīng)用層和用戶層。5一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介6二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

我國(guó)煤炭資源十分豐富，石油資源相對(duì)短缺，大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中必須采取的一項(xiàng)措施。在我國(guó)，中、小氮肥造氣工藝多數(shù)采用固定床間歇式造氣爐，五步循環(huán)的制氣控制直接影響煤氣的產(chǎn)量、質(zhì)量及原料的消耗，長(zhǎng)期一直受到業(yè)內(nèi)的高度重視。機(jī)械式水壓自動(dòng)機(jī)單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLC和集散控制系統(tǒng)(DCS)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS

7煤氣空氣1水蒸汽2347吹風(fēng)氣56各階段氣體流向示意圖

階段1234567ΟΧΧΟΟΧΧ上吹ΧΟΧΟΧΟΧ下吹ΧΧΟΧΧΟΟ二上ΧΟΧΟΧΟΧ吹凈ΟΧΧΟΧΟΧ閥門開閉情況吹風(fēng)工作循環(huán)中各閥門開閉狀態(tài)

氣化層溫度將隨著空氣的加入而升高，隨著蒸氣的加入而降低，呈現(xiàn)一定規(guī)律變化，該生產(chǎn)過程被稱為一個(gè)工作循環(huán)。二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

8工藝流程中必須安裝足夠的閥門，通過對(duì)閥門的閉啟來控制間歇制氣工藝生產(chǎn)過程，工藝流程如下圖所示：

爐況監(jiān)測(cè)探頭灰斗燃燒室蒸總閥放空爐口上行測(cè)溫裝置爐條空層干燥層干餾層氣化層灰渣層下行測(cè)溫裝置吹風(fēng)閥上氮閥上吹閥下行閥下氮]閥下吹閥上行閥蒸汽吹回閥煙囪閥煤總閥氣柜9CAN現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)控制機(jī)(IPC)CAN適配器CAN總線打印機(jī)企業(yè)局域網(wǎng)InternetCAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐CAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

10二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

RRCAN驅(qū)動(dòng)器82C250CAN控制器SJA1000Intel16—80C196KC顯示器鍵盤報(bào)警輸出串行接口爐溫監(jiān)測(cè)探頭換向閥站調(diào)節(jié)閥常規(guī)儀表CANFieldBus11二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

軟件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

各節(jié)點(diǎn)軟件具體包括以下各軟件包：

(1)RDSP-4型雷達(dá)信號(hào)處理軟件包；

(2)ZF-4S-BIOS型基本I/O管理模塊；

(3)ZF-4S-ZQC型造氣過程控制軟件包；

(4)ZF-4S-HN型氫氮比控制模塊。12二現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于造氣爐控制系統(tǒng)，從根本上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分散、信息集中、管控一體化的全新分布式控制模式；基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將為造氣爐的高水平自動(dòng)化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。13三現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1.

項(xiàng)目概述我國(guó)的鍋爐產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但運(yùn)行熱效率低,浪費(fèi)能源，污染環(huán)境，自動(dòng)化改造的任務(wù)十分緊迫；

我國(guó)工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展大致經(jīng)過五個(gè)階段：手工控制階段；專用儀表控制階段；電動(dòng)單元組合控制階段；

計(jì)算機(jī)控制階段（分布式控制系統(tǒng)DCS）；

現(xiàn)場(chǎng)總線控制階段。經(jīng)典的PID控制往往不易達(dá)到最佳的控制狀態(tài)采用更先進(jìn)的控制策略勢(shì)在必行。14三現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2.工藝流程簡(jiǎn)介燃料和空氣按一定比例進(jìn)入鍋爐內(nèi)燃燒，生成熱量傳給蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生飽和蒸汽，經(jīng)過過熱器使飽和蒸汽成為有一定溫度和壓力的過熱蒸汽，并且匯集到過熱聯(lián)箱，經(jīng)主氣閥供負(fù)荷設(shè)備使用；燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣除了將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，通過省煤器預(yù)熱鍋爐的給水，通過煙道引導(dǎo)，經(jīng)過除塵器和引風(fēng)機(jī)處理，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，最后通過煙囪進(jìn)入大氣。153.工藝流程圖164.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的鍋爐控制系統(tǒng)

175.SY-2008GL鍋爐監(jiān)控器原理框圖按鍵測(cè)溫?zé)犭娮铚囟茸兯推鱏Y-2008GL監(jiān)控器一體化操作站鍵盤鼠標(biāo)顯示打印中心工作站測(cè)溫?zé)犭娕級(jí)毫ψ兯推髁髁孔兯推饕何蛔兯推饕何婚_關(guān)含氧量變送器顯示手動(dòng)/自動(dòng)切換帶手操開關(guān)伺服放大器執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)各電氣設(shè)備報(bào)警壓力傳感器流量傳感器鍋爐現(xiàn)場(chǎng)控制室186.控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)由各子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，降低了產(chǎn)品成本；

系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、精度高、維護(hù)成本低、系統(tǒng)互換性；采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)分層控制、集中管理、信息共享；主、輔工作站集中在中央控制室，便于設(shè)備和人員的集中管理。

三現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用19四現(xiàn)場(chǎng)總線在配電自動(dòng)化中的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

配電是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電中直接面向電力用戶的重要環(huán)節(jié)。八十年代末，配電自動(dòng)化在美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家逐步發(fā)展起來。配電自動(dòng)化的內(nèi)容大致分為四個(gè)方面：1)饋線自動(dòng)化;2)用戶自動(dòng)化;3)變電站自動(dòng)化;4)配電管理自動(dòng)化。 城市配電自動(dòng)化是國(guó)家最近幾年重要的投資方向，配網(wǎng)自動(dòng)化為電網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、快速故障定位、故障隔離等提供了有力的保障措施。電力配電系統(tǒng)環(huán)境特殊，需要