现场总线控制系统原理及应用

前言对不同的应用，现场总线有不同的类型，它们已在不同行业得到认可。

现场总线技术和现场总线控制系统是自动化仪表和控制系统的发展方向。目前，现场总线的教材和相关资料尚少，为推动现场总线在我国的应用和普及，配合我国应用现场总线的要求，我们编写了本书。

本书以介绍基金会现场总线技术和基金会现场总线控制系统为主，包括数字通信技术、现场总线技术、现场总线设备和现场总线控制系统的设计、组态、安装和维护等内容，也简单介绍了其他用于工业过程控制的现场总线。

为便于学习，本书采用循序渐进的编写方式，读者可从基本概念和术语开始，逐步深入，从而对现场总线有全面了解。

本书分6章。第1章介绍现场总线的基本概念和现场总线控制系统的基本构成。第2章数据通信基础，介绍数据通信的基本概念，现场总线通信和功能模块的基本概念，是本书的基础。第3章是现场总线模型，包括开放系统互连参考模型、现场总线通信模型、OPC技术等内容。第4章主要介绍用于过程控制的一些现场总线和应用，例如基金会现场总线、PROFIbus过程现场总线、WorldFIP现场总线等，也介绍了介于模拟和数字通信之间的HART现场总线。第5章介绍现场总线设备，包括现场总线变送器类设备、执行器类设备、信号转换类设备、指示记录类和接口类设备等，也介绍了相关的现场总线辅助设备，例如电源、电源调整器和其他附件设备。第6章讨论了基金会现场总线的设计、组态、安装，维护等内容，介绍了它们在工业过程控制中的应用。

本书可供工业生产过程控制领域和设计部门的工程技术人员、设计人员和维护人员作为参考书，也可作为相关专业师生的参考教材。

本书由王慧锋、何衍庆编著。本书编写工作得到华东理工大学教务处、信息科学与工程学院及自动化系有关领导的关心和帮助，贺正勤、严伟达、沈伟愿、吴亚平、肖克、王瑜、姚永斌、卢焕青、何乙平、王朋、倪雁、P Kim、M Stephen、纪军、范秀兰、何展敏等为本书编写做了不少工作，并提供帮助和支持，谨此一并表示衷心感谢！

由于现场总线技术发展迅速，加之编著者水平所限，书中错误和不当之处，恳请读者不吝指正。编著者

2005年4月于华东理工大学

本书以基金会现场总线技术及其控制系统为主，介绍了有关数据通信基础、现场总线模型、现场总线设备和现场总线控制系统的设计、组态、安装和维护等内容，同时也简单介绍了其他用于工业控制的现场总线及其应用。本书所选内容从工程实用角度出发，对工业现场总线的设计、实施和维修具有指导意义。本书可供工业生产过程控制领域和设计部门的工程技术人员、设计人员和维护人员作为参考书，也可作为相关专业师生的参考教材。

目录第1章概述1

11总线1

111总线1

112总线的特点3

113现场总线的发展6

114现场总线的展望9

12现场总线选用准则11

121选用现场总线的准则11

122典型现场总线技术12

13现场总线控制系统的构成16

131现场总线控制系统的基本构成16

132现场总线控制系统构成示例18

133几个容易混淆的概念20

134现场总线控制系统体系框架21

第2章数据通信基础23

21计算机网络及其拓扑结构23

211计算机网络及局域网23

212网络拓扑24

213开放系统互连参考模型25

22现场总线基本概念27

221现场总线的基本术语27

222现场总线的基本操作31

23数据通信基础36

231数据通信的信号36

232编码技术38

233数字数据的传输41

234通信传输媒体47

235通信媒体共享技术50

24差错控制和流量控制51

241产生差错的原因51

242错误检测52

243差错控制和纠正55

244流量控制55

25数据交换技术56

251电路交换56

252报文交换57

253分组交换57

254快速分组交换58

26通信媒体存取控制技术62

261IEEE8023协议62

262IEEE8024通信协议68

263IEEE8025通信协议71

264IEEE8022通信协议72

265基金会现场总线的通信媒体访问协议73

27网络互连75

271TCP/IP75

272现场总线的高层协议84

273网络管理协议91

28现场总线控制系统中的模块及其属性96

281现场总线设备的模块96

282常用功能模块112

283功能模块组态示例127

第3章现场总线模型133

31开放系统互连参考模型133

311开放系统互连参考模型的结构133

312开放系统互连模型的分层和功能133

32现场总线通信模型136

321现场总线通信模型的特点136

322现场总线通信模型137

33OPC技术145

331OPC技术145

332OPC技术的应用149

第4章现场总线技术154

41典型现场总线和性能比较155

411典型现场总线155

412现场总线的比较163

42基金会现场总线163

421基金会现场总线的通信165

422基金会现场总线的功能166

43PROFIbus167

431过程现场总线的分类和通信167

432过程现场总线的功能实现175

433过程现场总线的实现189

434过程现场总线的应用190

44WorldFIP现场总线193

441WorldFIP现场总线的通信193

442WorldFIP现场总线的应用201

45LON总线203

451LON总线的通信203

452LON总线的应用210

46HART现场总线213

461HART现场总线的通信213

462HART现场总线的应用219

第5章现场总线设备224

51现场总线设备分类224

511现场总线设备的分类224

512现场总线仪表的特点225

52现场总线变送器类设备226

521现场总线差压变送器226

522现场总线温度变送器237

53现场总线执行器类设备243

531概述243

532工作原理244

533组态244

54现场总线信号转换类设备245

541电流现场总线转换器245

542现场总线电流转换器246

543现场总线气压转换器246

55现场总线指示记录类设备248

551概述248

552安装248

553显示249

554操作和维护250

56现场总线接口类设备251

561概述251

562工作原理252

563安装与组态255

564现场总线接口卡的维护256

565其他总线接口设备256

57现场总线电源类设备257

571概述257

572现场总线供电系统257

58现场总线附件类设备261

581接线盒261

582现场总线本安栅和多路隔离器262

第6章现场总线控制系统264

61现场总线控制系统的设计和组态264

611现场总线控制系统的设计准则264

612现场总线控制系统的控制组态275

613上位机系统的组态287

614现场总线控制系统的工程设计293

62现场总线控制系统的工程实现299

621现场总线控制系统的布线和安装299

622本安型现场总线控制系统的特点307

623本安型现场总线控制系统的工程实现312

624现场总线控制系统的操作316

625现场总线控制系统的维护318

63现场总线控制系统的应用319

631现场总线控制系统在硝铵装置中的应用319

632现场总线控制系统在煤气混合装置中的应用322

附录一部分现场总线压力变送器所带功能块327

附录二部分现场总线流量仪表所带功能块328

附录三部分现场总线产品的性能329

附录四功能模块允许的操作模式331

附录五已在FF注册现场总线设备332

参考文献337