现场总线控制系统的工程设计

前言本标准是《分散型控制系统工程设计规定》（HG/T 20573－95）的修订版。

本标准根据中华人民共和国工业和信息化部《关于印发2009年第一批工业行业标准制修订计划的通知》（工信厅科(2009)104）号文要求，由中国石油和化工勘察设计协会委托全国化工自动控制设计技术中心站组织修订。

本标准共分14章和1个附录。

本标准的主要技术内容是：标准正文包含四个方面部分内容，第一方面内容为DCS技术要求，包括DCS系统总体要求、DCS 工程设计原则、控制站/操作站/工程师站/通信系统等硬件部分选用原则、DCS应用软件与组态等；第二方面内容为DCS工程设计程序，包括DCS的基础工程设计、详细工程设计步骤及设计任务；第三方面为DCS控制室设计以及DCS供电、接地、防雷系统设计；第四方面为设计服务工作，即按需参加DCS 检验、安装、联调和投运等工作。

标准附录为DCS技术规格书编制要求，包括DCS技术要求、DCS采购、DCS验收等方面的编制要求。

本标准对原标准修订的主要内容是：1. 将原标准的“附录A DCS工程设计程序”部分经修订后编入标准正文。

2. 增加“术语定义和缩略语”、“DCS系统总体要求”、“DCS工程设计原则与职责分工”、“通信系统”四章。

3. 删除“DCS采用原则”等内容，在修改、补充原标准的基础上重新编排本标准的目次与内容。

本标准由中国石油和化工勘察设计协会提出并归口。

本标准的日常管理单位是全国化工自动控制设计技术中心站本标准的的主编单位是中国成达工程有限公司，负责具体技术内容解释。

执行过程中如有意见和建议请寄送日常管理单位和主编单位。

本标准日常管理单位：全国化工自动控制设计技术中心站通讯地址：上海市徐汇区中山南二路1089号徐汇苑大厦12层邮政编码：200030电话*************传真：************本标准主编单位：中国成达工程有限公司通讯地址：成都市天府大道中段279号成达大厦邮政编码：610041本标准主要起草人员：童秋阶李一乐罗倩曾裕玲本标准主要审查人员：孙建文方留安高欣王发兵张晋红陈鹏马恒平王同尧林洪俊于锋张同科孙旭张济航罗向东王雪梅本标准1995年首次发布，2010年第1次修订，本次为第1次修订。

现场总线控制系统设计摘要：根据笔者开发项目现场总线系统的设计和试运经验,全面介绍了现场总线系统的设计原则和方法。

同时也介绍了与现场总线控制系统有关的术语和概念。

设计原则主要涉及系统的开放性、有效性、安全性、有效性与安全性平衡以及经济适用性等原则;设计方法包含了设计周期的两个部分———概念设计和详细设计。

详细设计主要涉及网络设计、设备选型、系统组态及文档创建等。

为同类系统的设计提供了可以借鉴的原则和方法。

关键词：现场总线控制系统;有效性;安全性;设计过程引言根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。

具有全数字化、全分布、双向传输、自诊断、低成本、开放性、互操作性、智能化等特点,在石油、石化等领域获得了成功的应用。

目前现场总线标准尚未统一,市场上主流产品有40种之多。

现场总线控制系统的工程设计是根据生产工艺特点从市场上选择一种符合生产要求的现场总线产品并根据设计原则构建现场总线控制系统。

笔者根据多年多套现场总线控制系统的设计、安装和试运经验,以苏丹穆格来得油田开发项目所使用的基金会现场总线系统为例,介绍现场总线控制系统的设计原则和设计方法,为现场总线控制系统的设计提供可以借鉴的经验。

1现场总线控制系统设计原则1.1有效性原则有效性是回路正常运行时间占总时间的百分比,其目的是尽量减少生产过程的损失。

获得高有效性的工程实现方法有分散、诊断和冗余。

分散包括网络分散、结构分散、设备物理位置分散、控制回路分散和有限停车等。

冗余要求控制器冗余、链路设备冗余、I/O卡件冗余、通信模件冗余、连接介质冗余、变送器冗余和电源冗余等。

除此之外,还有冗余分离、备份主设备等辅助备份技术。

系统诊断是指设计中对现场总线设备丰富的状态字节和判断能力的利用,从而迅速确定过程问题、故障设备；减少平均修复时间、系统错误停车；实现备份设备间的正确切换等。

摘要基于现场总线的控制系统是热工控制系统的发展方向，目前基于现场总线的控制系统在电厂中还没有应用. 本文介绍了现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）的发展，以及FCS的结构及主要技术特点。

全面分析了CAN底层协议和应用层协议DeviceNet的技术特点、协议规范，根据现场对系统的要求，设计出一个基于CAN总线的控制系统，系统充分利用CAN总线的优点，具有较高的可靠性、良好的开放性和互换性。

并且针对这种系统存在的问题进行了分析并提出措施.ABSTRACTField bus control system is the development direction of the thermal control system, field bus control system in the power plant has not been applied. This paper introduces a fieldbus control system (FCS Field-bus Control System), as well as the structure and main technical features of FCS. CAN bottom of a comprehensive analysis of the application layer protocol agreement and the technical features DeviceNet, norm, the scene of the system requirements, design of a control system based on CAN bus, CAN bus system to take full advantage of the merits of improving the system reliability and openness. This system also analyzes the problems and proposed measures.前言一般把现场总线系统Fieldbus Control System，FCS）称为第五代控制系统。

现场总线控制系统---------电气导论概述现场总线是连接现场设备和控制系统之间的一种开放、全数字化、双向传输、多分支的通信网络。

现场总线技术是新事物，但酝酿已有时日。

它是电子、仪器仪表、控制技术、计算机技术和网络技术的发展成果，是工业自动化事业的进展需要，也是技术发展的必然。

现场总线控制系统（FCS）是继分散控制系统（DCS）之后出现的新一代控制系统，它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来了更大的实惠和更多方便，因而促使目前生产的自动化仪表、DCS、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革。

但是过程控制经过50 多年的发展和积累，用户已经在传统的模拟仪表加DCS的体系结构上投入了巨大的资金, 无论国内与国外，DCS 仍是用于过程控制的主流设备，而且现场总线控制系统在功能上还不能完全取代已经发展得比较完善的DCS。

所以，尽管现场总线技术有种种优点，但是现场总线控制系统不可能一蹴而就取代现有的DCS，DCS 和FCS 必将并存一段时期。

这样的话，如何既充分利用当今先进的现场总线技术而又充分发挥DCS 在生产控制中的作用,即将现场总线技术与DCS 进行集成，就成为当前非常迫切的任务之一。

然而将现场总线与DCS 进行集成的方法有多种，侧重点也各有不同。

本设计则着重解决在保留原有控制系统丰富的监测、控制、协调管理功能的基础上，如何实现上位机与现场仪表通信的问题。

由于常规模拟仪表的局限性，DCS 仅能从过程控制站得到现场仪表传送的被测参数值以及向它发出调节信号，而对现场仪表的工作状态则一无所知，这就大大地制约了DCS 工作能力的进一步发挥，影响到综合自动化系统的完整性和可靠性。

因此，解决与现场仪表通信的问题就成了控制技术发展必须解决的问题。

一、现场总线的原理根据国际电工委员会IEC (International Eletrotechnical Commission)标准的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。

PLC毕业设计（论文）开题报告摘要随着计算机网络通讯技术的日益成熟及企业对工业自动化程度要求的提高，自动控制系统已从传统的集中式控制向多级分布式、网络化方向发展，这些技术是工业控制过程智能化的发展方向。

但考虑我国企业的实际情况，尤其是近几年迅速发展的乡镇私营企业，没有足够的能力实现大型的网络自动化，许多工业现场往往是由单台PLC机来控制单台设备机组的自动运行，然后这些单台设备机组之间通过PLC通信端口传递信息，以达到整个生产线的控制。

N：N通讯就是最好的解决方法，使用这种网络通讯，将控制单元连接成小规模控制系统，以满足企业实现生产线的全程控制。

关键词：PLC，N：N通讯ABSTRACTWith the growing of computer network communication technology and increasing of industrial enterprises automation requirements, automatic control system develops from the traditional centralized control to the multilevel distributed network, these technology is intelligent direction of industrial process control. But considering the actual situation of Chinese enterprises，especially the rapid development of private enterprises in the last few years，insufficient capacity to achieve large network automation，in lots of industrial locale auto-running of single equipment complex is often controlled by single PLC set, then information is transferred among all of equipment complex through PLC’s communication ports, in order to achieve the control of the entire production line. N:N communication is the best solution, using such communication network, control modules is linked into a small control system to meet the whole control of enterprise production linesKeywords: PLC N：N communication摘要 (5)ABSTRACT (6)引言 (8)第一章概述 (9)1.1系统简介 (9)1.2N：N通讯的主站点初始化程序（举例） (10)1.3小型可编程控制器（PLC）的简介 (12)1.3.1 PLC的概述 (12)1.3.2 PLC的工作原理 (12)第二章系统的总体设计 (13)2.1软件设计 (13)2.2RS485总线标准 (16)2.3硬件选择 (18)2.3.1传感器 (18)2.4.各站FX2N-PLC内部资源分配 (20)2.5PLC特殊功能寄存器的设定 (22)2.5.1辅助继电器的设定 (22)致谢 (23)附录A程序 (24)3.1第一站 (24)3.2第二站（搬运站） (26)3.3第三站（加工站） (29)3.4第四站（安装站） (31)3.5第五站（安装搬运站） (34)3.6第六站（分类站） (38)附录二外文资料翻译 ................... 错误！未定义书签。

现场总线控制系统应用实例一、引言现场总线控制系统是一种基于计算机网络技术的自动化控制系统，它通过将各种现场设备与控制系统连接起来，实现数据传输和控制指令的交互。

它广泛应用于工业生产、楼宇自动化、交通运输等领域，提高了生产效率和自动化程度。

本文将以几个实际应用案例为例，介绍现场总线控制系统在不同领域的应用情况。

二、工业生产领域1. 汽车制造工厂汽车制造工厂是一个典型的工业生产场景，其中各种机械设备、传感器和执行器需要进行数据交互和控制。

现场总线控制系统在汽车制造工厂中的应用可以实现设备的远程监控和控制，提高生产线的自动化程度和生产效率。

例如，通过现场总线系统可以实时监测机械设备的运行状态和温度，及时采取措施防止故障发生。

同时，通过控制指令可以远程控制设备的启停和调整参数，提高生产线的灵活性和适应性。

2. 石油化工厂石油化工厂是一个复杂的工业生产场景，涉及到各种化工设备、管道和控制系统。

现场总线控制系统在石油化工厂中的应用可以实现设备的集中监控和控制，提高生产过程的安全性和稳定性。

例如，通过现场总线系统可以实时监测管道的压力和流量，及时发现异常情况并采取措施。

同时，通过控制指令可以远程控制设备的开关和调整工艺参数，提高生产效率和产品质量。

三、楼宇自动化领域1. 商业综合体商业综合体是一个集购物、娱乐、办公于一体的大型建筑群，其中涉及到多个子系统的控制和管理。

现场总线控制系统在商业综合体中的应用可以实现各个子系统的集中控制和监测，提高楼宇设施的管理效率和能源利用率。

例如，通过现场总线系统可以实时监测楼宇的温度、湿度和照明情况，根据需求自动调整空调和照明设备的工作状态，节约能源并提供舒适的室内环境。

2. 医院建筑医院是一个复杂的建筑群，涉及到多个科室、楼层和设备的控制和管理。

现场总线控制系统在医院建筑中的应用可以实现科室设备的集中控制和监测，提高医院的运行效率和服务质量。

例如，通过现场总线系统可以实时监测病房的温度和湿度，自动调整空调设备的工作状态，提供舒适的病房环境。

第一章现场总线控制系统（FCS）第一节概述现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统（DCS）后的新一代控制系统。

由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。

一、现场总线的发展随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。

信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。

现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。

1、什么是现场总线现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。

它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。

现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规X的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。

简而言之，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。

它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、作用发生的变化。

现场总线大作业课程名称现场总线学院自动化学院专业班级 14自动化班学号姓名指导老师廉迎战2017年5月28日PROFIBUS+WINCC+生产过程控制小车综合设计一．设计目的1.巩固和掌握对“现场总线控制技术”课程内容的认识和理解，提高应用水平。

2.掌握PROFBUS总线应用方法。

3.初步掌握西门子WINCC开发环境的使用4.能用WINCC设计简单的人机界面并与PLC交互。

二．系统结构1.结构框图1.1系统硬件设计1.1.1系统原理图1..1.2 系统工作原理分析实验中的生产线运输车模拟系统是一个基于Profinet及Profibus DP通讯的系统。

Profinet是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准，可以通过集成Profinet接口，把分布式现场设备直接连接到Profinet上，通过上位机实现远程监控的目的。

Profibus DP用于设备级控制系统与分散式I/O的通信有多种通信方式可选。

主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。

S7-300PLC作为Profibus 总线的主站，S7-200PLC做Profibus总线的从站。

主站读取从站的数据并在进行相应的逻辑运算后向它输出控制信息，通过S7-200PLC来控制现场的工作情况。

同时，S7-300PLC通过Profinet与上位机通信，由上位机负责监控现场工作情况并作出相应操作。

1.1.3 PLC对生产线运输车控制原理PLC控制系统可分为三个部分。

1.输入采样：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息，对于此系统而言，负责收集现场传感器以及各按钮的状态信息；2.逻辑运算：把需要的信号或数据收集后进行相应的逻辑运算和算术运算，并按照被控对象实际动作要求作出反映。

3.输出控制：把运算后的结果，通过输出端口控制相应的设备。

1.1.4 主要部件功能1.上位机：通过Profinet与S7-300PLC互相通信，通过WinCC组态监控生产线运输车模拟系统的工作情况。

基于现场总线技术的优点优势及应用设计方案分析1、现场总线系统概述随着控制技术、计算机技术和通信技术的飞速发展，数字化技术正在从工业生产过程的决策层、管理层、监控层和控制层渗透到现场设备，这样就产生了现场总线技术以及由此组成的控制系统—现场总线控制系统（FCS，FieldbusControlSystem）。

自现场总线技术在90年代后期问世以来，它就已经开创了自动化控制技术的新纪元—数字时代。

目前现场总线技术已经在国内化工、石化、冶金、建材、医药等工业过程中开始了成功的应用并取得了显著的效益。

在国内，现场总线在火电厂机组控制方面已有局部使用，但还没有在全厂使用现场总线控制系统的范例。

签与此，我们在某电厂机组重要程度相对较低的锅炉补给水处理、工业废水处理、循环水处理系统（以下简称主厂房外水系统）采用现场总线技术进行控制，作为FCS 应用的尝试与研究。

2 、现场总线技术根据国际电工委员会IEC61158标准的定义：安装在制造或生产过程区域的现场装置与控制自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线。

由现场总线与现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统FCS。

衡量一个控制系统是否为真正的现场总线控制系统FCS有三个关键要点，即：核心、基础和本质。

FCS的核心是总线协议，只有遵循现场总线协议的控制系统，才能称为现场总线控制系统；FCS的基础是数字智能现场仪表，它是FCS的硬件支撑；FCS的本质是信息处理现场化，这是FCS的系统效能体现。

现场总线控制系统是一种全计算机、全数字、双向通信的新型控制系统。

现场设备级的数字化、网络化是电厂信息化管理的基础。

现场总线技术开发的出发点就是要为用户提供开放的、具有可互操作性、可互换性和统一标准的测量和控制产品，以现场总线技术为基础的FCS的优越性概括起来有以下几方面：互操作性、分散性、可靠性、精确性、开放性、经济性、可维护性。

1999年底IECTC65（负责工业测量和控制的第65标准化委员会）通过了8种类型的现场总线作为IEC61158国际标准。