工业自动化综述报告
课程名称 工业自动化专题讲座 题目名称 工业控制网络技术 学生学院 自动化学院 专业班级 10级自动化（3）班 学 号 学生姓名____ __ __ 指导教师
2013 年 06月 24日
工业自动化控制网络技术——现场总线
一、 摘要：
听了工业自动化专题讲座之后，我结合大三所学的《现场总线》简要介绍国内外现场总线技术的发展状况，其中重点讨论FF总线，以及我国发展FF现场总线技术的措施。
二、 关键字：
现场总线技术、工业自动化、装备自动化、智能仪表等。
三、正文：
1、为什么要选这个研究方向？
本三期间学习了现场总线这门课，主要学习了CAN总线和PROFIBUS总线，而FF总线则设计的内容比较少，为了更全面地了解现场总线，我参考了网上的一些资料和各种关于FF现场总线的文献，来描述现场总线技术在过程工业装备自动化中的应用，以及它们之间的关系。
2、什么是现场总线技术？
现场总线是一种双向串行数字化传输的通讯总线,是国际上八十年代末兴起的新技术,进入九十年代走向实用化。它的出现使仪器仪表实现智能化、串行数字化传输,改变了传统的现场仪表装置与主控系统点对点的联接方式,大量节省现场布线电缆;同时由于现场仪表装置的智能化,把部分主控系统的功能直接下放到现场仪表和装置中,强化了现场控制功能,使控制更直接、可靠,且大大减化了主控系统的结构,节省工程设计及施工费用。现场总线技术正推动着整个自动化控制界的一场新技术。据有关资料分析,使用现场总线技术和产品,可以平均节省工程造价30%以上。因而,现场总线技术的优越性受到全世界冶金、石化、电力、机械制造、交通、楼宇等自动化技术用户的欢迎。
3、多种现场总线及其特点。
随着现场总线技术的发展、国际上出现了多种现场总线通讯协议,如:FF、Profibus、WorldFIP、P-net、Devicenet、Controlnet、Lonworks等,各种协议都有其适用的应用领域,符合各种协议的产品,已成功地在各类工业现场应用。
（星型结构）
（总线型结构）
现场总线的特点之一是系统的全开放,以往一个公司的数字化控制系统只对本公司的数字仪表以自已的通讯协议通讯,无法和其它公司产品联网,给用户使用带来不便。制定现场总线通讯协议,可以使不同公司的产品只要符合同一协议,就可以在同一条总线上工作。实现了控制系统的开放,使用户选择不同公司产品组成最佳性能价格比的系统配置带来极大的方便。但是世界上一些工业自动化技术力量较强的大公司为了尽快使用现场总线技术,都各自开发了通讯协议。目前世界上已有几十种不同的协议,其中影响较大的有十几种。多协议出现又形成了不同协议之间的不开放的情况。为了用户的利益,也为了这一新技术推广应用,国际标准化组织IEC多年来一直致力于制定单一的现场总线标准,IEC提出的标准草案是以FF协议为基础的,但由于各种协议的主导公司出于个自的商业利益,也由于各种总线在不同的工业领域中的应用已使部份用户所接受,所以对制定单一现场总线标准的建议在多次IEC标准化工作会上都没有通过。在1999年12月IEC会议上,投票结果认定FF、Profibus、WorldFIPControlnet、Devicenet、P-net、Swifnet、Interbus等8种协议均为国际标准,承认了目前多种协议并存的局面。IEC现场总线标准并非是8种协议的合订本,而是将每种协议打散,在协议的每一章节上包含有8种协议的有关技术内容。这样一种承认现实的妥协带来的结果是使IEC现场总线标准文本又重又长,失去实用价值,无人过问。8种及8种以外有影响的协议,仍被有实力的大公司在不同领域内推行着。如FF主要用于石化、电力、冶金等连续生产过程控制,Profibus、ControlnetCC-link主要应用于机械制造等断续生产控制,WorldFIP主要用于交通、输变电,Lonworks主要用于楼宇自动化等。多种协议并存的局面在短时间内不会有所改变。
4、FF现场总线的特殊性。
面对多种总线并存的状况,我国的仪器仪表行业,特别是自动化仪表行业,如何选择最适合自己行业特点的现场总线协议,发展高科技产品是非常重要的。我个人认为作为自动化仪表行业的最佳选择是采用FF现场总线技术。
基金会现场总线，即FoudationFieldbus,简称FF，其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WordFIP协议。屈于用户的压力，这两大集团于 1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。
它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。
基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为 3125Kbps,通信距离可达 1900m (可加中继器延长 ),可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为 1Mbps和 2 5Mbps两种，其通信距离为 750m和500m。
在中国FF技术和产品尚不成熟的情况下,目前主要是国外公司在中国推广FF技术及产品。美国Ros2monot公司,巴西的Smar公司在中国均有较好的业绩,他们分别在陕西兴平化肥厂、浙江巨化、滨州化工集团等数十项工程项目中成功的应用了FF技术和产品。
FF技术在公开性、公正性等方面较其它总线有明显特点。它的公开性体现在协议的开
发、修改是由成员单位组成专门的班子集体完成,其任何一条语句的编写均是经过3个以上成员单位共同完成,所有的技术成果均是基金会成员共有,而不是像某些现场总线协议被一家大公司垄断。在协议的一致性测试上可见其公正性。FF基金会为保证各公司开发的协议通讯软件的一致性,要求必须通过FF基金会的一致性测试。测试机构全世界只设一家,测试机构既不设在FF成员较多的美国,也不设在日本,而是委托德国的佛朗和费实验室对世界各地不同公司开发的通讯协议进行一致性测试。公开性、公正性应避免了任何技术上的偏见,保证了FF技术的科学性。FF技术是集体智慧的结晶,保证了技术上的先进性。FF技术还是一个不断发展的新技术,FF基金会1998年组成集体开发班子,经过两年多的努力,完成了FF100M高以太网(HSE)通讯协议的开发,新的FF现场总线可以直接联接PLC及远程I/O,并通过I/O连接现场仪表,使FF现场总线可以同时用于连续及非连续生产过程控制。大大扩大了现场总线技术的应用领域。
5、国内FF总线的相关措施。
为了在中国仪器仪表行业发展现场总线技术,开发现场总线仪表产品,国家计委将“现场总线智能仪表开发研究”列为九五国家重点科技攻关项目,项目编号为“97-755”。仪器仪表行业主要企业、研究所西安仪表集团公司、上海自动化仪表集团公司、四联集团公司、开封仪表厂、吴忠仪表厂、上海自动化仪表研究所、重庆工业自动化仪表研究所、沈阳仪器仪表工艺研究所、北京华控技术公司等参与了攻关工作。该项目主要内容是FF现场总线通讯协议软件、通讯模板及温度、压力、流量等FF协议现场仪表,电动、气动执行器等二十余个基型品种。目前攻关工作已近尾声,由北京华控技术公司、西安仪表集团公司、上海自动化仪表集团公司、四联集团公司、上海工业自动化仪表研究所、重庆工业自动化仪表研究所组成的“九五”攻关联合开发中心开发的FF现场总线通讯协议,现已完成开发工作,并已顺利通过了FF基金会指定的测试机构德国佛朗和费实验室的一致性测试。这将是一套有中国自己版权的FF协议通讯软件,在世界上也只有6家公司有这种软件的版权。因此该软件的开发成功标志着我国在FF通讯技术方面已步入世界先进行列。十余种通讯模板也完成开发工作,将我国自主版权的软件固化在模板上,与各厂开发的二十余种智能仪表联调工作已结束,现有十余种仪表联成实际FF控制系统正在北京四村水厂进行现场考核,另有十余种仪表组成实际演示系统参加了在北京举行的“2000年国际现场总线交流会暨展览会”,整个攻关项目予计在今年下半年接受国家验收,攻关工作取得的成绩,使我国自动化仪表行业实现了从模拟仪表到数字仪表直到现场总线智能化仪表的飞跃,在技术上达到当代国际水平,这些成绩的取得是和国家的支持,国家计委、科技部、国家机械工业局的精心组织及各攻关单位领导及全体攻关人员的努力分不开的,但这些成果仍是技术上的突破,大都是基型品种样机。今后还要在工艺、工装、质量管理等方面进行大量的工作,才有可能实现商品化批量生产,满足用户的需求。
发展中国的现场总线技术,除了新技术新产品开发之外,另一项工作是推广应用工作。推广包括两个方面:一是将现有的攻关成果推广到全国自动化仪表行业,使全国大大小小的自动化仪表生产厂都有生产现场总线智能仪表及开发现场总线新产品的能力,到那时,才能真正完成我国自动化仪表行业由模拟仪表到现场总线智能仪表的新技术;二是向用户的推广应用工作,现场总线是一种新技术,用户有一个认识过程,需要我们向用户做大量的宣传、示范工作,才能逐渐打开国产现场总线产品的市场,只有广泛的应用,用实践证明现场总线给用户带来的实际效益,才能形成大量的市场需求。
为了引进国际先进的现场总线技术,加强现场总线新技术新产品的推广应用工作,在国
家机械工业局、中国仪器仪表行业协会及国际FF基金会的支持下,在1997年4月成立了中国仪器仪表行业协会现场总线(FF)专业委员会(简称CFFC),CFFC现有会员单位150多个,主要的自动化仪表生产企业、研究院所均是其会员单位,其中清华大学、浙江大学、中科院北京自动化所、沈阳自动化研究所及行业内西安仪表集团公司、上海自动化集团公司、四联集团公司三大仪表集团,上海工业自动化仪表研究所、重庆工业自动化仪表研究所、沈阳仪器仪表工艺研究所等30多个单位作为常务理事单位。CFFC是国际FF基金会的集体会员,和国际FF基金会及其主要董事单位Rosmount公司、Smar公司、日本山武公司等保持良好的关系,CFFC从他们那里获得FF技术资料及FF技术发展最新动态,并传送给CFFC会员单位。CFFC成立以来在各部门之间,从振兴我国仪器仪表工业的角度,介绍推荐FF现场总线技术,并协助部门制定我国现场总线技术发展规划,为国家确立“九五”现场总线攻关任务起了一定作用。在1998年12月CFFC成功地举办了“FF技术交流和展览会”,出版了“FF技术概要”“FF本质安全防爆技术指南”“FF现场布线指南” 等资料。最近CFFC做为主要参与组织者,成功地在
北京举办了“2000年国际现场总线技术交流会暨展览会”。CFFC通过一系列的宣传、推广活动,不断推动着我国自动化仪表行业现场总线新技术的浪潮。希望CFFC今后要继续发挥好国内外FF现场总线技术桥梁的作用,不断将FF最新技术及产品引进到中国,把国外著名公司的FF产品介绍给用户,使广大用户在实际应用FF产品过程中,体会到FF技术的优越性。为将来国产FF仪表产品顺利进入市场打开道路。同时希望大力开展国内“九五”攻关成果向全国自动化仪表生产企业的推广工作。中国仪器仪表行业协会也将全力支持CFFC的工作。
6、结束语。
现场总线技术给我国自动化仪表行业产品的更新换代带来了机遇。我们一定要抓住机遇,尽快实现我国自动化仪表行业从模拟到数字化、智能化、网络化的转变,提高我国工业自动化装备水平,为四化建设做出更大的贡献。使我国不仅是一个自动化仪表应用的大国,同时也成为自动化仪表制造业的强国。
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